आर्क स्टील फर्नेस: डिवाइस, ऑपरेटिंग सिद्धांत, शक्ति, नियंत्रण प्रणाली

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

ए स्टील आर्क फर्नेस (ईएएफ) एक उपकरण है जो विद्युत झुकने से सामग्री को गर्म करता है।

औद्योगिक उपकरणों का आकार छोटी इकाइयों से लेकर लगभग एक टन बिजली (कच्चा लोहा उत्पाद बनाने के लिए फाउंड्री में प्रयुक्त) से लेकर स्टील रीसाइक्लिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले 400 यूनिट प्रति टन तक होता है। अनुसंधान प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाने वाले आर्क स्टील फर्नेस, ईएएफ की क्षमता केवल कुछ दसियों ग्राम हो सकती है। औद्योगिक उपकरणों का तापमान 1800 डिग्री सेल्सियस (3272 डिग्री फारेनहाइट) तक पहुंच सकता है, जबकि प्रयोगशाला स्थापना 3000 डिग्री सेल्सियस (5432 डिग्री फारेनहाइट) से अधिक हो सकती है।

आर्क स्टील फर्नेस (ईएएफ) इंडक्शन फर्नेस से अलग है जिसमें लोड की जा रही सामग्री को सीधे विद्युत झुकने के अधीन किया जाता है, और टर्मिनलों पर करंट आवेशित सामग्री से होकर गुजरता है।

निर्माण

आर्क स्टील फर्नेस का उपयोग स्टील उत्पादन के लिए किया जाता है और यह एक अपवर्तक पोत से बना होता है। मुख्य रूप से तीन खंडों में विभाजित:

• शेल, जिसमें साइड की दीवारें और नीचे का स्टील होता हैकटोरे।
• पैलेट जो आग रोक सामग्री से बना है।
• छत। यह गर्मी प्रतिरोधी अस्तर या वाटर-कूल्ड के साथ हो सकता है। और इसे एक गेंद या एक काटे गए शंकु (शंक्वाकार खंड) के रूप में भी बनाया जाता है। छत अपने केंद्र में एक दुर्दम्य डेल्टा का भी समर्थन करती है जिसके माध्यम से एक या अधिक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड प्रवेश करते हैं।

व्यक्तिगत आइटम

चूल्हे का आकार गोलार्द्ध का हो सकता है और तल को टैप करने के लिए एक सनकी भट्टी में इसकी आवश्यकता होती है। आधुनिक कार्यशालाओं में, आर्क स्टील फर्नेस - ईएएफ 5 - को अक्सर भूतल से ऊपर उठाया जाता है ताकि किसी भी छोर के नीचे सीढ़ी और स्लैग बर्तनों को आसानी से चलाया जा सके। संरचना से अलग इलेक्ट्रोड समर्थन और विद्युत प्रणाली है, साथ ही इच्छुक मंच जिस पर उपकरण खड़ा है।

अद्वितीय टूल

एक विशिष्ट EAF 3 स्टील-स्मेल्टिंग आर्क फर्नेस तीन-चरण स्रोत द्वारा संचालित होता है और इसलिए इसमें तीन इलेक्ट्रोड होते हैं। उनके पास एक गोल खंड है और, एक नियम के रूप में, थ्रेडेड कनेक्शन वाले खंड हैं, ताकि जैसे ही वे पहनते हैं, नए तत्व जोड़े जा सकें।

चाचा आवेशित पदार्थ और इलेक्ट्रोड के बीच बनता है। आवेश को इससे गुजरने वाली धारा और तरंग द्वारा छोड़ी गई विकिरण ऊर्जा दोनों द्वारा गर्म किया जाता है। तापमान लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस (5000 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक पहुंच जाता है, जिससे इलेक्ट्रोड के निचले हिस्से आर्क फर्नेस के संचालन के दौरान गरमागरम लैंप की तरह चमकने लगते हैं।

तत्व स्वचालित रूप से एक पोजिशनिंग सिस्टम द्वारा उठाए और कम किए जाते हैं जो किसी भी बिजली का उपयोग कर सकते हैंचरखी, लहरा या हाइड्रोलिक सिलेंडर। विनियमन लगभग निरंतर चालू रखता है। आर्क फर्नेस की बिजली खपत क्या है? चार्ज पिघलने के दौरान इसे स्थिर रखा जाता है, भले ही स्क्रैप पिघलने के दौरान इलेक्ट्रोड के नीचे घूम सकता है। तत्व को धारण करने वाली मस्तूल आस्तीन या तो भारी बसबार ले जा सकती है (जो जल-ठंडा खोखली तांबे की ट्यूब हो सकती है जो क्लैंप को करंट की आपूर्ति करती है) या "हॉट स्लीव्स" जहां पूरे शीर्ष पर चार्ज होता है, जिससे दक्षता बढ़ती है।

दूसरा प्रकार कॉपर प्लेटेड स्टील या एल्युमीनियम से बना हो सकता है। बड़े वाटर-कूल्ड केबल बसबार या ब्रैकेट को ओवन के बगल में स्थित ट्रांसफार्मर से जोड़ते हैं। एक समान उपकरण भंडारण में स्थापित किया जाता है और पानी से ठंडा किया जाता है।

टैपिंग और अन्य ऑपरेशन

ईएएफ 50 स्टील आर्क फर्नेस एक इच्छुक प्लेटफॉर्म पर बनाया गया है ताकि परिवहन के लिए तरल स्टील को दूसरे कंटेनर में डाला जा सके। पिघले हुए स्टील को स्थानांतरित करने के लिए टिल्टिंग ऑपरेशन को टैपिंग कहा जाता है। प्रारंभ में, आर्क फर्नेस के सभी स्टील बनाने वाले वाल्टों में रिफ्रैक्टरी से ढका एक डिस्चार्ज च्यूट था, जिसे झुकाने पर धोया जाता था।

लेकिन अक्सर आधुनिक उपकरणों में तरल स्टील में नाइट्रोजन और स्लैग के समावेश को कम करने के लिए एक सनकी निचला आउटलेट वाल्व (ईबीटी) होता है। इन ओवन में एक उद्घाटन होता है जो चूल्हा और खोल के माध्यम से लंबवत चलता है और एक संकीर्ण अंडे के आकार के "टोंटी" में ऑफ-सेंटर होता है। यह भरा हुआ हैआग रोक रेत।

आधुनिक पौधों में इलेक्ट्रोड के एक सेट के साथ दो गोले हो सकते हैं जो उनके बीच से गुजरते हैं। पहला भाग स्क्रैप को गर्म करता है, जबकि दूसरा भाग पिघलने के लिए उपयोग किया जाता है। अन्य डीसी भट्टियों में एक समान लेआउट होता है लेकिन प्रत्येक म्यान और इलेक्ट्रॉनिक्स के एक सेट के लिए इलेक्ट्रोड होते हैं।

ऑक्सीजन तत्व

एसी भट्टियों में आमतौर पर इलेक्ट्रोड के बीच स्थित चूल्हा की परिधि के साथ गर्म और ठंडे धब्बों का एक पैटर्न होता है। आधुनिक लोगों में, साइड की दीवार में ऑक्सी-फ्यूल बर्नर लगाए जाते हैं। इनका उपयोग माइनस ज़ोन में रासायनिक ऊर्जा की आपूर्ति के लिए किया जाता है, जिससे स्टील का ताप अधिक समान हो जाता है। भट्ठी को ऑक्सीजन और कार्बन की आपूर्ति करके अतिरिक्त शक्ति प्रदान की जाती है। ऐतिहासिक रूप से यह स्लैग दरवाजे में भाले (हल्के स्टील के खोखले ट्यूब) के साथ किया जाता था, अब यह ज्यादातर दीवार पर लगे इंजेक्शन इकाइयों के साथ किया जाता है जो ऑक्सी-ईंधन बर्नर और वायु आपूर्ति प्रणालियों को एक पोत में मिलाते हैं।

एक आधुनिक मध्यम आकार की स्टील भट्टी में लगभग 60,000,000 वोल्ट-एम्प्स (60 एमवीए) पर रेटेड एक ट्रांसफार्मर होता है, जिसमें 400 से 900 के माध्यमिक वोल्टेज और 44,000 से अधिक करंट होता है। एक आधुनिक दुकान में, ऐसा फर्नेस कोल्ड स्क्रैप लोडिंग से टैपिंग तक लगभग 50 मिनट में 80 मीट्रिक टन तरल स्टील का उत्पादन करने की उम्मीद है।

तुलना में, बुनियादी ऑक्सीजन भट्टियों की क्षमता 150-300 टन प्रति बैच या "हीट अप" हो सकती है और 30-40 मिनट के लिए गर्मी उत्पन्न कर सकती है। भट्ठी के डिजाइन और संचालन के विवरण में बहुत बड़ा अंतर है,अंतिम उत्पाद और स्थानीय परिस्थितियों के साथ-साथ संयंत्र दक्षता में सुधार के लिए चल रहे शोध पर निर्भर करता है।

सबसे बड़ा स्क्रैप-ओनली (टैप वेट और ट्रांसफॉर्मर रेटिंग के संदर्भ में) जापान से निर्यात किया जाने वाला एक डीसी डिवाइस है जिसका वजन 420 मीट्रिक टन है और कुल 256 एमबीए के लिए आठ 32 एमवीए ट्रांसफार्मर द्वारा खिलाया जाता है।

एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में एक टन स्टील का उत्पादन करने में लगभग 400 किलोवाट-घंटे लगते हैं, या लगभग 440 kWh प्रति मीट्रिक। स्क्रैप स्टील को पिघलाने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक न्यूनतम ऊर्जा 300 kWh (गलनांक 1520 °C / 2768 °F) है। इसलिए, 300 एमवीए की शक्ति के साथ 300 टन ईएएफ के लिए लगभग 132 मेगावाट ऊर्जा की आवश्यकता होगी, और टर्न-ऑन समय लगभग 37 मिनट है।

विद्युत चाप का उपयोग करके इस्पात उत्पादन केवल आर्थिक रूप से व्यवहार्य है यदि एक अच्छी तरह से विकसित नेटवर्क के साथ पर्याप्त बिजली है। कई जगहों पर मिलें ऑफ-पीक घंटों के दौरान काम करती हैं, जब उपयोगिताओं की उत्पादन क्षमता अधिक होती है और प्रति मीटर कीमत कम होती है।

ऑपरेशन

आर्क स्टील फर्नेस स्टील को एक छोटी सी करछुल मशीन में डालता है। स्क्रैप धातु को स्मेल्टर के बगल में स्थित एक अवकाश में पहुंचाया जाता है। स्क्रैप दो मुख्य किस्मों में आता है: स्क्रैप (सफेद सामान, कार और इसी तरह से बने अन्य सामानलाइट स्टील) और हैवी मेल्ट (बड़े स्लैब और बीम), साथ ही रासायनिक संतुलन के लिए कुछ डायरेक्ट रिड्यूस्ड आयरन (DRI) या पिग आयरन। अलग भट्टियां लगभग 100% डीआरआई पिघलती हैं।

अगला चरण

स्क्रैप को बड़ी बाल्टियों में लोड किया जाता है, जिन्हें टोकरी कहा जाता है, बेस के लिए क्लैमशेल दरवाजे होते हैं। भट्ठी के अच्छे संचालन को सुनिश्चित करने के लिए यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए कि स्क्रैप टोकरी में है। एक सुरक्षात्मक टुकड़े की एक हल्की परत के साथ शीर्ष पर एक मजबूत पिघल रखा जाता है, जिसके ऊपर एक और हिस्सा होता है। उन सभी को लोड करने के बाद ओवन में मौजूद होना चाहिए। इस समय, टोकरी स्क्रैप प्रीहीटर में जा सकती है, जो स्मेल्टर के गर्म, ऑफ-गैसों का उपयोग ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने, दक्षता में सुधार करने के लिए करता है।

अतिप्रवाह

फिर बर्तन को गलाने की दुकान पर ले जाया जाता है, भट्टी की छत खोली जाती है और उसमें सामग्री लदी जाती है। ऑपरेटरों के लिए स्थानांतरण सबसे खतरनाक कार्यों में से एक है। कई टन गिरती धातु से बहुत सारी संभावित ऊर्जा निकलती है। भट्ठी में किसी भी तरल पदार्थ को अक्सर ठोस स्क्रैप और ग्रीस द्वारा ऊपर और बाहर धकेला जाता है। ओवन गर्म होने पर धातु पर धूल जलती है, जिससे आग का गोला फूटता है।

कुछ डबल-शेल उपकरणों में, स्क्रैप को दूसरे में लोड किया जाता है जबकि पहला पिघल रहा होता है, और सक्रिय भाग से निकास गैस द्वारा पहले से गरम किया जाता है। अन्य ऑपरेशन हैं: एक कन्वेयर बेल्ट पर तापमान के साथ निरंतर लोडिंग और काम करना, जो तब धातु को भट्ठी में ही उतार देता है। अन्य डिवाइस बूट कर सकते हैंअन्य कार्यों से गर्म पदार्थ।

वोल्टेज

चार्ज करने के बाद, छत भट्ठी पर वापस झुक जाती है और पिघलने लगती है। इलेक्ट्रोड को स्क्रैप धातु पर उतारा जाता है, एक चाप बनाया जाता है, और फिर उन्हें सेट किया जाता है ताकि वे डिवाइस के शीर्ष पर क्रम्ब परत में फैल जाएं। छत और दीवारों को अत्यधिक गर्मी और चाप क्षति से बचाने के लिए इस ऑपरेशन के लिए कम वोल्टेज का चयन किया जाता है।

एक बार जब इलेक्ट्रोड भट्ठी के आधार पर भारी पिघल तक पहुंच गए हैं और लहरों को क्राउबार द्वारा परिरक्षित किया जाता है, तो वोल्टेज को बढ़ाया जा सकता है और इलेक्ट्रोड को थोड़ा बढ़ाया जा सकता है, पिघलने के लिए शक्ति को लंबा और बढ़ाया जा सकता है। यह पिघला हुआ पूल अधिक तेज़ी से बनने देता है, जिससे टैप-ऑफ समय कम हो जाता है।

ऑक्सीजन को स्क्रैप धातु, जलने या स्टील काटने में उड़ा दिया जाता है, और दीवार बर्नर द्वारा अतिरिक्त रासायनिक गर्मी प्रदान की जाती है। दोनों प्रक्रियाएं पदार्थ के पिघलने में तेजी लाती हैं। सुपरसोनिक नोजल ऑक्सीजन जेट को फोमिंग स्लैग में घुसने और तरल स्नान तक पहुंचने की अनुमति देते हैं।

अशुद्धियों का ऑक्सीकरण

स्टीलमेकिंग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा स्लैग का बनना है जो पिघले हुए स्टील की सतह पर तैरता है। यह आमतौर पर धातु के आक्साइड से बना होता है और ऑक्सीकृत अशुद्धियों को इकट्ठा करने के लिए एक जगह के रूप में भी काम करता है, एक थर्मल कंबल के रूप में (अत्यधिक गर्मी के नुकसान को रोकता है) और दुर्दम्य अस्तर के क्षरण को कम करने में भी मदद करता है।

कार्बन स्टील का उत्पादन करने वाले बुनियादी अपवर्तक के साथ एक भट्टी के लिए, सामान्य स्लैग फॉर्मर्स कैल्शियम ऑक्साइड (CaO कैलक्लाइंड के रूप में) होते हैंचूना) और मैग्नीशियम (डोलोमाइट और मैग्नेसाइट के रूप में MgO।)। इन पदार्थों को या तो स्क्रैप से लोड किया जाता है या मेल्टडाउन के दौरान भट्टी में उड़ा दिया जाता है।

एक अन्य महत्वपूर्ण घटक आयरन ऑक्साइड है, जो तब बनता है जब स्टील को ऑक्सीजन के साथ जलाया जाता है। बाद में, जब गर्म किया जाता है, तो कार्बन (कोयले के रूप में) को इस परत में अंतःक्षिप्त किया जाता है, जो लोहे के ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके धातु और कार्बन मोनोऑक्साइड बनाता है। इसके परिणामस्वरूप स्लैग का झाग होता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक तापीय क्षमता होती है। कोटिंग ओवन की छत और साइड की दीवारों को तेज गर्मी से होने वाले नुकसान से बचाती है।

अशुद्धियों का दहन

एक बार जब स्क्रैप धातु पूरी तरह से पिघल जाती है और एक फ्लैट पूल तक पहुंच जाता है, तो दूसरी बाल्टी को भट्टी में लोड किया जा सकता है। दूसरा चार्ज पूरी तरह से पिघल जाने के बाद, स्टील की रासायनिक संरचना को जांचने और सही करने के लिए रिफाइनिंग ऑपरेशन किए जाते हैं और टैपिंग की तैयारी में पिघल को उसके हिमांक से ऊपर गर्म कर दिया जाता है। अधिक स्लैग फॉर्मर्स पेश किए जाते हैं और बहुत सारी ऑक्सीजन स्नान में प्रवेश करती है, सिलिकॉन, सल्फर, फास्फोरस, एल्यूमीनियम, मैंगनीज और कैल्शियम जैसी अशुद्धियों को जलाती है, और उनके ऑक्साइड को स्लैग में निकालती है।

कार्बन निष्कासन तब होता है जब ये तत्व पहले जल जाते हैं, क्योंकि ये ऑक्सीजन के समान अधिक होते हैं। लोहे की तुलना में कम आत्मीयता वाली धातु, जैसे निकल और तांबा, को ऑक्सीकरण द्वारा नहीं हटाया जा सकता है और इसे केवल रसायन विज्ञान के माध्यम से नियंत्रित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यह प्रत्यक्ष रूप से कम किए गए लोहे और कच्चा लोहा की शुरूआत है जिसका उल्लेख पहले किया गया था।

झागदार लावापूरे समय बनी रहती है और अक्सर ओवन को दरवाजे से इच्छित गड्ढे में ओवरफ्लो करने के लिए ओवरफ्लो करती है। स्वचालित भाले का उपयोग करके तापमान माप और रासायनिक चयन किया जाता है। ऑक्सीजन और कार्बन को यांत्रिक रूप से स्टील में डूबे हुए विशेष जांच से मापा जा सकता है।

उत्पादन लाभ

स्टील-स्मेल्टिंग आर्क फर्नेस के लिए एक नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करके, 100% कच्चे माल - स्क्रैप धातु से स्टील का उत्पादन करना संभव है। यह अयस्क से प्राथमिक उत्पादन की तुलना में पदार्थ के उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा को बहुत कम कर देता है।

एक और लाभ लचीलापन है: जबकि ब्लास्ट फर्नेस महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं हो सकते हैं और वर्षों तक चल सकते हैं, इसे शुरू किया जा सकता है और जल्दी से बंद किया जा सकता है। यह स्टील मिल को मांग के आधार पर उत्पादन में बदलाव करने की अनुमति देता है।

मिनी मिल के लिए विशिष्ट आर्क स्टील फर्नेस स्टील का स्रोत है, जो बार या स्ट्रिप उत्पाद का उत्पादन कर सकता है। मिनी-स्मेल्टर स्टील बाजारों के अपेक्षाकृत करीब स्थित हो सकते हैं और एक एकीकृत संयंत्र की तुलना में परिवहन आवश्यकताएं कम होती हैं, जो आमतौर पर शिपिंग पहुंच के लिए किनारे के करीब स्थित होती हैं।

आर्क स्टील फर्नेस डिवाइस

योजनाबद्ध क्रॉस सेक्शन एक इलेक्ट्रोड है जिसे रैक और पिनियन ड्राइव द्वारा उठाया और उतारा जाता है। सतह को आग रोक ईंटों और नीचे के आवरण के साथ पंक्तिबद्ध किया गया है। दरवाजा इंटीरियर तक पहुंच की अनुमति देता हैडिवाइस के हिस्से। ओवन बॉडी रॉकर आर्म्स पर टिकी हुई है ताकि टैपिंग के लिए इसे झुकाया जा सके।