Horno de arco de acero

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Un horno de arco eléctrico  es un horno de fusión eléctrico que utiliza el efecto térmico de un arco eléctrico para fundir metales y otros materiales.


Descripción general del horno de arco eléctrico

La designación de un horno de fundición de acero por arco, por regla general, contiene su capacidad en toneladas (por ejemplo, DSP-12). La gama de hornos varía de 1 a 400 toneladas . La temperatura en el aglomerado puede alcanzar los 1800 °C . Los elementos principales de un horno de fundición de acero al arco (EAF) son: un espacio de trabajo, que incluye un baño y un espacio superior sobre el baño, un mecanismo para mover electrodos con portaelectrodos, equipo eléctrico y un sistema para regular modos eléctricos. El espacio de trabajo está formado por un revestimiento refractario de obra vista y tacos. El revestimiento puede ser ácido, básico, neutro. Se divide en tres partes: bóveda, muros y bajo. El baño es la parte del espacio de trabajo que contiene acero líquido y escoria. El espacio superior sobre el baño es parte del espacio de trabajo, que está diseñado para alojar el volumen inicial de carga sólida (grumosa) y alejar el techo del horno del baño y los arcos eléctricos. Los portaelectrodos son parte del diseño del mecanismo de movimiento de electrodos, diseñados para sujetar y sujetar los electrodos. Pueden tener forma de pinza o de cuña. El equipo eléctrico de un horno de fundición de acero al arco incluye el equipo de una subestación del horno que proporciona energía a los hornos y el equipo que suministra energía a los mecanismos tecnológicos del horno: mover los electrodos, abrir y cerrar el techo, inclinar el horno, etc.

El sistema para regular los modos eléctricos incluye un conjunto de herramientas que mantienen los valores requeridos de corriente, voltaje, potencia. La base de este sistema es el regulador de potencia del arco eléctrico. La potencia del arco eléctrico está controlada por un controlador adaptativo de software, que mueve los electrodos en un plano vertical con la ayuda de un motor . Se conocen controladores de arco eléctrico con accionamiento electromecánico que, debido a su inercia, no han ganado una amplia difusión y ahora se reemplazan casi por completo por controladores de accionamiento electrohidráulicos. Mover el electrodo hacia arriba o hacia abajo cambia la longitud del arco y la magnitud de las características eléctricas: mover el electrodo hacia arriba aumenta la longitud del arco, lo que conduce a un aumento del voltaje y una disminución de la corriente; cuando el electrodo se mueve hacia abajo, la longitud del arco disminuye, lo que provoca un aumento de la corriente y una disminución del voltaje. Cuando el electrodo toca una carga sólida, se produce un cortocircuito.

El principio de la regulación de potencia es regular la longitud del arco al nivel de voltaje seleccionado del transformador. La conmutación de los pasos de tensión del transformador se realiza desde un punto centralizado. También se practica el uso de controladores diferenciales de potencia utilizando tiristores en su estructura. Implementan un método de control de potencia basado en el mantenimiento de una relación constante entre el voltaje y la intensidad de la corriente y usan retroalimentación sobre la velocidad de rotación del motor de accionamiento del electrodo [1] .

Como regla general, el aglomerado tiene una fuente de alimentación individual a través del llamado transformador "horno" conectado a una línea de alta tensión. La potencia del transformador puede llegar a 300MVA. Su voltaje secundario va de 50 a 300 V (en hornos modernos hasta 1200 V), y su voltaje primario es de 6 a 35 kV (para hornos de alta potencia hasta 110 kV). La tensión secundaria se regula mediante un interruptor de paso, que permanece operativo incluso en modo de fusión.

La fusión del acero se lleva a cabo en el espacio de trabajo del horno, que está limitado desde arriba por una bóveda en forma de cúpula, desde abajo y desde los lados, respectivamente, por un hogar esférico y paredes, cuya carcasa está revestida con refractario. materia desde el interior. El techo desmontable puede estar hecho de ladrillos refractarios sostenidos por un anillo de soporte o, al igual que las paredes del horno, puede estar hecho de paneles enfriados por agua. Los electrodos de grafito conductor se introducen en el espacio de trabajo a través de tres orificios ubicados simétricamente en el arco, que pueden moverse hacia arriba y hacia abajo con la ayuda de mecanismos especiales. El horno generalmente funciona con corriente eléctrica trifásica, también existen hornos de CC. Un horno de arco moderno y potente se utiliza principalmente como unidad para fundir la carga y obtener un producto semiacabado líquido, que se lleva a la composición química requerida mediante un procesamiento posterior.

La fusión incluye varias etapas: fusión, período de oxidación, período de reducción. Cada uno de los modos requiere la solución del problema de la distribución racional del poder sobre las etapas del proceso, que forma los horarios de fusión directiva. En el momento inicial de fusión de la carga sólida, no se aplica la máxima potencia para evitar el desgaste térmico del revestimiento, ya que los electrodos están abiertos. Como resultado de la formación de un arco eléctrico en la carga sólida, comienza la penetración de los pozos. Los electrodos, que descienden a los pozos, están protegidos del revestimiento por la mezcla, lo que permite cambiar al modo de máxima potencia. Después de la fusión completa de la carga, los electrodos se abren nuevamente y, para evitar el desgaste térmico del revestimiento, se reduce nuevamente la potencia de entrada. La búsqueda de cronogramas directivos óptimos para la fusión es una de las tareas más importantes, ya que tiene como objetivo reducir el costo de la electricidad de proceso.

Historia

Por primera vez en el mundo, VV Petrov mostró la posibilidad de usar un arco para fundir metales en 1803. Petrov demostró que con la ayuda de un arco de este tipo es posible no solo fundir metales, sino también restaurarlos de los óxidos calentándolos en presencia de agentes reductores de carbono. Además, logró conseguir la soldadura de metales en un arco eléctrico.

En 1810, Humphry Davy realizó una demostración experimental de quema de arco. En 1853, Pichon intentó construir un horno electrotérmico. En 1878-79, Wilhelm Siemens recibió una patente para un horno de arco eléctrico. En 1899, el primer horno de acero de arco de acción directa construido por Héru .

Aunque el aglomerado se usó durante la Segunda Guerra Mundial para producir aleaciones de acero, se generalizó solo después de su final.

Proceso de fundición

La fusión en horno eléctrico de arco, después de inspeccionar el horno y reparar las secciones afectadas del revestimiento (relleno), comienza con el llenado de la carga . En los hornos modernos, la carga se carga desde arriba utilizando un cubo de carga (canasta). Para proteger el hogar de impactos con piezas grandes de la carga, se cargan pequeños desechos en el fondo de la tina. Para la formación temprana de escoria, se introduce cal en el relleno en una cantidad del 2-3% en peso de la carga de metal. Una vez que se completa el llenado, los electrodos se bajan al horno, se enciende el interruptor de alto voltaje y comienza el período de fusión. En esta etapa, los electrodos pueden romperse (si hay poca conductividad entre el electrodo y la carga, el arco eléctrico desaparece y el electrodo se apoya contra una parte no conductora de la carga). La regulación de la potencia de salida se realiza cambiando la posición de los electrodos (la longitud del arco eléctrico ) o el voltaje en los electrodos. Después de un período de fusión, se forma una capa de metal y escoria en el horno . La escoria se descarga a través de la coladera de escoria (ventana de trabajo), añadiendo constantemente agentes formadores de escoria, durante todo el período de fusión, con el fin de eliminar el fósforo de la masa fundida. La escoria se espuma con materiales que contienen carbono para cerrar los arcos, mejorar la capacidad de descarga y reducir el desperdicio de metal.

La liberación del acero terminado y la escoria en la cuchara de acero se lleva a cabo a través de una salida de acero y una tolva inclinando el espacio de trabajo (o, si el horno está equipado con una salida inferior en lugar de una tolva, entonces a través de ella). La ventana de trabajo, cerrada por un amortiguador, está diseñada para controlar el progreso de la fusión (medir la temperatura del metal y tomar muestras de la composición química del metal). Además, la ventana de trabajo se puede utilizar para suministrar materiales formadores de escoria y de aleación (en hornos pequeños). En los hornos modernos de servicio pesado, el suministro de materiales que forman escoria durante la fusión se realiza a través de un orificio especial en el techo mediante una cinta transportadora. Los materiales carbonosos para la formación de espuma de escoria se introducen en el horno en porciones a través del techo o se inyectan mediante quemadores de inyección con un chorro de aire comprimido. Antes y durante la colada, se agregan a la cuchara agentes de aleación y desoxidantes, y también se agregan materiales formadores de escoria cuando se corta la escoria del horno.

Beneficios del aglomerado

El uso de energía eléctrica (corriente eléctrica), la capacidad de fundir carga (chatarra) de casi cualquier composición, el control preciso de la temperatura del metal y su composición química empujaron a la industria a utilizar aglomerado durante la Segunda Guerra Mundial para la producción . de acero aleado, fundición de alta calidad y, como resultado, piezas de armas y municiones . Hoy en día, los hornos de fundición de acero de arco producen varios grados de acero y hierro fundido, y también pueden ser una fuente de materias primas (productos semiacabados) para ACP y CCM .

Desventajas

Alto sobrecalentamiento local debajo de los electrodos; la dificultad de mezclar y promediar la composición química del acero; una cantidad significativa de productos de combustión y ruido durante el funcionamiento.

Automatización de fundición de acero en EAF

Las principales tareas del control automatizado del proceso de fusión son:

  1. Control centralizado del proceso tecnológico y funcionamiento del horno con emisión de información sobre el registro y señalización de desviaciones de los valores establecidos.
  2. Control de procesos.
  3. Gestión energética para asegurar el máximo aprovechamiento de la potencia del horno.
  4. Gestión de operaciones de apoyo.
  5. Recogida y selección de información con expedición de la documentación necesaria.
  6. Control sobre el funcionamiento de los equipos con registro de alarmas y averías [2] .

Las opiniones modernas sobre los problemas del control automatizado de los procesos de fusión por arco eléctrico se basan en la necesidad de resolver dos problemas: la creación de una estructura óptima de hornos de arco eléctrico como complejos electrotecnológicos y la síntesis del control óptimo de los procesos físicos y químicos que ocurren en el sistema "fusión - revestimiento - escoria - atmósfera".

Véase también

Notas

  1. ↑ Demin D. A. Síntesis de sistemas de control para procesos tecnológicos de fusión por arco eléctrico de hierro fundido [Texto] / D. A. Demin // Eastern European Journal of Advanced Technologies. - 2/10 (56) 2012. - pág. 4-9. Modo de acceso: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3881 Archivado el 28 de enero de 2021 en Wayback Machine .
  2. ↑ Glinkov G.M., Makovsky V.A. APCS en metalurgia ferrosa. - 2do. - M. : Metalurgia, 1999. - S. 251-263. — 310 s. — ISBN 5-229-01251-X .

Literatura