Un horno de arco voltaico del (EAF) es un horno que calienta el material cargado por medio de un arco voltaico .
Los hornos de arco se extienden de tamaño de pequeñas unidades de aproximadamente una capacidad de la tonelada (usada en las fundiciones para producir productos del arrabio ) hasta las unidades de cerca de 400 toneladas usadas para la acería secundaria . Los hornos de arco usados en laboratorios de investigación y por los dentistas pueden tener una capacidad solamente de algunos docena gramos. Las temperaturas dentro de un horno de arco voltaico pueden levantarse a 1.800 grados cent3igrado.
Historia
Los primeros hornos de arco eléctricos fueron desarrollados por el Paul Héroult, Francia, con una planta comercial establecida en el Estados Unidos en el 1907 . Inicialmente " steel" eléctrico; era un producto de la especialidad para las aplicaciones tales que las máquinas de herramientas y el acero del resorte. Los hornos de arco también fueron utilizados para preparar el carburo de calcio para el uso en las lámparas de carburo
En el siglo XIX, un número de hombres habían empleado un arco voltaico para derretir el hierro . El Humphry Davy del sir condujo una demostración experimental en el 1810 ; la soldadura fue investigada por Pepys en el 1815 ; Pinchon intentó crear un horno electrotérmico en el 1853 ; y, en el 1878 - el 79, Guillermo Siemens del sir sacó las patentes para los hornos eléctricos del tipo del arco. El horno eléctrico de Stessano del es un tipo horno del arco que gira generalmente para mezclar el baño. El horno de Girod del es similar al horno de Héroult del .
Diferente del tipo del arco de horno electrotérmico es el tipo horno de la inducción. El horno de Kjellin del y el horno de Röchling-Rodenhauser del son dos. El horno de Grönwall del produjo el acero en el Trollhattan, en el Escandinavia .
Mientras que EAFs era ampliamente utilizado en la Segunda Guerra Mundial para la producción de aceros de aleación, era solamente luego que la acería eléctrica comenzó a ampliarse. El coste de capital bajo para un mini-molino - alrededor de US$140-200 por la tonelada de capacidad instalada anual, comparada con US$1,000 por tonelada de capacidad instalada anual para un integró el molino de acero - molinos permitidos que se fijarán rápidamente en Europa guerra-devastada, y también no prohibidos lo para competir con éxito con los trabajadores siderúrgicos grandes de Estados Unidos, tales como Bethlehem Steel y acero de los E., para barato, acero de carbón “productos largos” (acero estructural, barra y barra, alambre y sujetadores en el mercado de los E. Cuando el Nucor - ahora uno de los productores de acero más grandes de los E. - decidía a incorporar el mercado de productos largos a 1969, eligieron comenzar para arriba un mini-molino, con un EAF como su horno de la acería, pronto seguido por otros fabricantes. Mientras que Nucor se amplió rápido arriba y abajo de los E. del este, las compañías que los siguieron en operaciones del mini-molino concentraron en los mercados locales para los productos largos, donde el uso de un EAF permitió que las plantas fueran flexibles con la producción, según demanda local. Este patrón también fue seguido en países en todo el mundo, con la producción de acero del EAF usada sobre todo para los productos largos, mientras que los molinos integrados, usar los hornos y los hornos básicos del oxígeno arrinconaron los mercados para los “productos planos” - el acero de hoja y una placa de acero más pesada. En 1987, Nucor tomó la decisión para ampliarse en el mercado de productos planos, aún usar la ruta de la producción del EAF. El hecho de que un EAF utilice el acero del desecho pues la materia de base, en vez del hierro crudo, ha afectado la calidad del producto plano hecho del acero del EAF, debido a la cantidad limitada de control sobre las impurezas que se contienen dentro del desecho.
Construcción
Un horno de arco voltaico usado para la acería consiste en un refractario - recipiente alineado, generalmente refrigerado por agua en tamaños más grandes, cubiertos con una azotea retractable, y por cuál o más electrodos del grafito entran en el horno. El horno está partido sobre todo en tres secciones:la cáscara del, que consiste en los flancos y el “tazón de fuente de acero más bajo”;
el hogar del, que consiste en el material refractario que alinea el tazón de fuente más bajo;
la azotea del, que puede ser refractario-alineada o refrigerada por agua, y se puede formar como sección de una esfera, o como tronco (sección cónica). La azotea también apoya el delta refractario en su centro, por cuál o más electrodos del grafito entrar en.
El hogar puede ser hemisférico en forma, o en un horno que golpea ligeramente inferior excéntrico (véase abajo), el hogar tiene la forma de un huevo partido en dos. En meltshops modernos, el horno se levanta a menudo de la planta, para poder maniobrar fácilmente las cucharones y los potes de la escoria bajo cualquier extremo del horno. A parte del horno la estructura es la ayuda del electrodo y el sistema eléctrico, y la plataforma de inclinación sobre la cual el horno se reclina. Dos configuraciones son posibles: las ayudas del electrodo y la inclinación de la azotea con el horno, o se fijan a la plataforma levantada.
Un horno típico de la corriente alternada tiene electrodos tres . Los electrodos están alrededor en la sección, y típicamente en segmentos con los acopladores roscados, para como los electrodos usan, poder agregar nuevos segmentos. El arco forma entre el material cargado y el electrodo, y la carga es calentada por el paso actual a través de la carga y por la energía radiante desarrollada por el arco. Los electrodos son levantados y bajados automáticamente por un sistema de colocación, que puede utilizar o los alzamientos eléctricos del torno o los cilindros hidráulicos el sistema de regulación mantiene una entrada aproximadamente constante de la corriente y de energía durante la fusión de la carga, aunque el desecho puede moverse debajo de los electrodos mientras que derrite. El mástil arma sostener los electrodos lleva las barras de distribución pesadas que pueden ser pipas refrigeradas por agua huecos del cobre, usadas para transportar la corriente a los sostenedores de electrodo. Los sistemas modernos utilizan los “brazos calientes”, donde el brazo entero lleva el actual, eficacia cada vez mayor. Éstos se pueden hacer del acero o del aluminio cobre-revestido . Puesto que los electrodos se mueven hacia arriba y hacia abajo automáticamente para la regulación del arco, y se levantan para permitir el retiro de la azotea de horno, los cables refrigerados por agua pesados conectan los tubos/los brazos del autobús con el transformador situado adyacente al horno. Para proteger el transformador contra el calor del horno, está instalado en una cámara acorazada.
El horno se emplea una plataforma de inclinación para poder verter el acero líquido en otro recipiente para el transporte en el proceso de fabricación de acero. La operación de inclinar el horno para verter del acero fundido se llama " tapping". Original, todos los hornos de la acería tenían un canalón que golpeaba ligeramente cerrado con el material refractario que eliminó cuando el horno fue inclinado, pero los hornos a menudo modernos tienen un tap-hole inferior excéntrico (EBT) para reducir la inclusión del nitrógeno y de la escoria en el acero líquido. Estos hornos tienen un taphole que los pasos verticalmente a través del hogar y de la cáscara, y se fijen excéntrico en la “nariz estrecha” del hogar egg-shaped. Las instalaciones modernas pueden tener dos cáscaras con un solo sistema de los electrodos que se pueden transferir entre los dos; una cáscara precalienta el desecho mientras que la otra cáscara se utiliza para la fusión.-basados tienen un arreglo similar, pero tienen electrodos para cada cáscara y un sistema de electrónica.
Un horno moderno de tamano medio de la acería tendría un transformador clasificado cerca de 60.000 voltamperios (60 MVA), con un voltaje secundario entre 400 y 900 voltios y una corriente secundaria superior a 44. En una tienda moderna se esperaba que tal horno produjera una cantidad de 80 toneladas métricas de acero líquido en aproximadamente 60 minutos de encargar del desecho frío a golpear ligeramente el horno. En la comparación, los hornos básicos del oxígeno pueden tener una capacidad de 150-300 toneladas por la hornada, o “calor”, y pueden producir un calor en 30-40 minutos. Las variaciones enormes existen en detalles y operaciones del diseño del horno, dependiendo del producto final y de las condiciones locales, tan bien como la investigación en curso para mejorar eficacia del horno - el horno más grande del desecho-solamente (en términos de grado del peso que golpea ligeramente y del transformador) está en Turquía, con un peso de golpecito de 250 toneladas métricas y un transformador de 240 MVA.
Para producir una tonelada de acero en un horno de arco voltaico requiere en la orden cercana de 400 kilovatios-hora por la tonelada corta de energía eléctrica, o sobre 440kWh por la tonelada métrica ; la cantidad mínima teórica de energía requerida para derretir una tonelada de acero del desecho es 300kWh (punto de fusión 1520°C/2768°F). La acería del arco voltaico es solamente económica donde hay una fuente abundante de energía eléctrica, con una rejilla eléctrica bien desarrollada.
Operación
El metal del desecho se entrega a una bahía del desecho, situada al lado de la tienda del derretimiento. El desecho viene generalmente en dos grados principales: fragmento (whitegoods, coches - enteros - y otros objetos similares) y derretimiento pesado (losas y vigas grandes), junto con un poco de hierro reducido directo (DRI) o el hierro de cerdo para el equilibrio químico. Algunos hornos, sin embargo, derriten el casi 100% DRI. el desecho se carga en los cubos grandes llamados las cestas, con las puertas de la “cubierta” para una base. El cuidado se toma para acodar el desecho en la cesta para asegurar la buena operación del horno; el derretimiento pesado se pone encima de una capa ligera de fragmento protector, encima de la cual se coloca más fragmento. Estas capas deben estar presentes en el horno después de cargar. Después de cargar, la cesta puede pasar a un precalentador del desecho, que utiliza gases de escape calientes del horno para calentar el desecho y para recuperar energía para aumentar eficacia total de la planta.
la cesta de desecho entonces se lleva la tienda del derretimiento, la azotea se hace pivotar del horno, y el horno se encarga del desecho de la cesta. La carga es una de las operaciones más peligrosas para los operadores del EAF. Hay mucha energía generada por toneladas múltiples del metal que cae ; cualquier metal líquido en el horno es desplazado a menudo hacia arriba y hacia fuera por el desecho sólido, y la grasa y el polvo que cubre el desecho se enciende si el horno es caliente, dando por resultado una bola de fuego que entra en erupción fuera de la tapa del horno y de la puerta de la escoria. En algunos hornos de la gemelo-cáscara, el desecho se carga en la segunda cáscara mientras que la primera se está derritiendo, y se está precalentando con el gas de escape de la cáscara activa. Otras operaciones son carga continua - precalentando el desecho en una banda transportadora, que entonces descarga el desecho en el horno apropiado, o encargando el desecho de un eje fijado sobre el horno, de los gases de escape dirigidos a través del eje. Con todo otros hornos se pueden encargar del metal (fundido) caliente de otras operaciones.
spués de cargar, la azotea se hace pivotar detrás sobre el horno y la fusión comienza. Los electrodos se bajan sobre el desecho, se pega un arco y los electrodos entonces se fijan al alesaje en la capa de fragmento en la tapa del horno. Tensiones más bajas se seleccionan para esta primera parte de la operación para proteger la azotea y las paredes contra calor excesivo y daño contra los arcos. Una vez que los electrodos han alcanzado el derretimiento pesado en la base del horno y los arcos son blindados por el desecho, el voltaje se puede ser aumentado y los electrodos levantar levemente, alargando los arcos y aumentando energía al derretimiento. Esto permite a una piscina fundida formar más rápido, reduciendo épocas tap-to-tap. En hornos más modernos, el oxígeno es también lanced en el desecho, quemando o cortando el acero y quemando el carbón, y el calor a veces químico es proporcionado por las hornillas montadas en la pared del oxy-combustible. Ambos procesos aceleran la fusión de desecho.
a las partes importantes de acería es la formación de escoria, que flota en la superficie del acero fundido. La escoria consiste en los óxidos del metal y actúa generalmente como destinación para las impurezas oxidadas, como una manta térmica (que para pérdida de calor excesivo) y ayuda reducir la erosión de la guarnición refractaria . Para un horno con los materiales refractarios básicos, que incluye la mayoría del acero de carbón - produciendo los hornos, los formadores generalmente de la escoria son el óxido de calcio (CaO, bajo la forma de cal quemada ) y el óxido de magnesio (MgO, bajo la forma de dolomía y magnesita ). Encargan del desecho, o están soplados a estos formadores de la escoria en el horno durante la fusión. Más adelante en el calor, el carbón (bajo la forma de coque ) es lanced en esta capa de la escoria, quemando parcialmente para formar el gas del monóxido de carbono, que entonces causa la escoria a la espuma, no prohibiendo mayor la eficacia termal, y una mejor estabilidad del arco y a la eficacia eléctrica . La manta de la escoria también cubre los arcos, previene daño a la azotea de horno y a los flancos de calor radiante.
una vez que se alcanzan las condiciones planas del baño, es decir el desecho se ha derretido totalmente, otro cubo de desecho se carga en el horno y se derrite a menudo. Después de que la segunda carga se derrita totalmente, las operaciones refinadoras ocurren para comprobar y para corregir la química de acero y para sobrecalentar el derretimiento sobre su temperatura de congelación con objeto de golpear ligeramente. Presentan a más formadores de la escoria y más oxígeno es lanced en el baño, quemando impurezas tales como silicio, sulfuro, fósforo, aluminio, manganeso y calcio y quitando sus óxidos a la escoria. Los metales que tienen una afinidad más pobre para el oxígeno que el hierro, tal como níquel y de cobre, no se pueden quitar con la oxidación y deben ser controlados con química del desecho solamente, por ejemplo la introducción del hierro reducido directo y del hierro de cerdo mencionados anterior. Una escoria que hace espuma se mantiene en todas partes, y desborda a menudo el horno a verter fuera de la puerta de la escoria en el hoyo de escoria. El muestreo de la temperatura y el muestreo del producto químico (bajo la forma de “frialdad” - una muestra pequeña, solidificada del acero) ocurren vía las lanzas automáticas.
una vez que la temperatura y la química están correctas, el acero se golpea ligeramente hacia fuera en una cucharón precalentada con la inclinación del horno. Tan pronto como la escoria se detecte durante golpear ligeramente el horno se inclina rápido detrás hacia el lado deslagging, reduciendo al mínimo la escoria que entra en la cucharón. Durante golpear ligeramente algunas adiciones de la aleación se introducen en la corriente del metal. A menudo, algunas toneladas de acero líquido y la escoria se deja en el horno para formar un “talón caliente”, que las ayudas precalientan la carga siguiente del desecho y aceleran su fusión. Durante y después de golpear ligeramente, se vuelve el horno “”: la puerta de la escoria se limpia de la escoria solidificada, las reparaciones pueden ocurrir, y los electrodos se examinan para el daño o se alargan a través de la adición de nuevos segmentos; el taphole se llena de la arena en la terminación de golpear ligeramente. Para las 90 toneladas, el horno de potencia media, el proceso entero llevará generalmente cerca de 60-70 minutos de golpear ligeramente de un calor golpear ligeramente del siguiente (el tiempo tap-to-tap).
Ventajas del horno de arco voltaico para la acería
El control exacto de la química y uso alentador temperatura de hornos de arco eléctricos durante la Segunda Guerra Mundial para la producción de acero para las cubiertas de la cáscara. Los hornos de arco de la acería producen hoy muchos grados de acero, de las barras de refuerzo concretas y de los canales de la comerciante-calidad común, de las barras, y de los planos estándar a los grados de calidad especiales de la barra usados para la industria del automovil y de petróleo.Un horno de arco típico de la acería es la fuente de acero para un mini-molino, que puede hacer barras o pelar el producto. El horno de arco de la acería se encarga generalmente de acero del desecho, aunque si es de fundición de un horno o del hierro dirigir-reducido están disponibles económicamente, éstos se pueden también utilizar para la acería.
Aspectos medioambientales
Aunque el horno de arco voltaico moderno sea un reciclador muy eficiente del desecho de acero, la operación de una tienda del horno de arco puede tener efectos ambientales adversos. Mucho del coste de capital de una nueva instalación será dedicado a los sistemas previstos para reducir estos efectos, que incluyen:Altos niveles de sonido
Producción del polvo y del gas de escape
Producción de la escoria
Demanda de agua de enfriamiento
Tráfico de carro pesado para el desecho, el movimiento de materiales, y los productos
Efectos ambientales de la producción eléctrica
Debido a la calidad muy dinámica de la carga del horno de arco, los sistemas eléctricos pueden requerir medidas técnicas para mantener la calidad de la energía para otros clientes; el parpadeo y la distorsión armónica son efectos secundarios comunes de la operación del horno de arco en un sistema eléctrico.
Otros hornos de arco eléctricos
Para la acería, los hornos de arco de la corriente continua (C.) se utilizan, con un solo electrodo en la azotea y la vuelta actual a través de una guarnición inferior conductora o los pernos conductores en la base. es una consumición más baja del electrodo por la tonelada de acero producida, puesto que se utiliza solamente un electrodo, así como armónicos menos eléctricos y otros problemas similares. Sin embargo, el tamaño de los hornos de arco de la C. es limitado por los electrodos disponibles y el voltaje máximo permitido. El mantenimiento del hogar de horno conductor es un embotellamiento en la operación extendida de un horno de arco de la C. Sin embargo, Danieli - fabricantes del equipo de la planta siderúrgica - se está preparando para instalar un horno de la C. de 420 toneladas, accionado por dos 160 transformadores de MVA, en un molino de acero japonés. En vez de un electrodo de grafito superior y de un hogar conductor más bajo, este EAF tendría dos electrodos de grafito superiores.En una planta siderúrgica, un horno de la cucharón se puede utilizar para mantener la temperatura del acero líquido durante el proceso después de golpear ligeramente del horno de desecho-fusión. Esto también permite que el acero fundido sea mantenido pronto para usar en caso de retardo más adelante el proceso de fabricación de acero. El horno de la cucharón consiste en el sistema refractario solamente de la azotea y del electrodo de un horno de desecho-fusión, pero no tiene ninguna necesidad de una carga de inclinación del mecanismo o del desecho.
Los hornos de arco eléctricos también se utilizan para la producción de las aleaciones no ferrosas y para la producción del fósforo . Los hornos para estos servicios son físicamente diferentes de los hornos de la acería y pueden funcionar encendido un continuo, algo que la hornada, base. Los hornos del proceso continuo pueden también utilizar el goma-tipo (Soderberg) electrodos para prevenir las interrupciones debido a los cambios del electrodo. Tales hornos se conocen generalmente como hornos de arco sumergidos, porque las extremidades de electrodo se entierran en la escoria/la carga, y la formación de arcos ocurre a través de la escoria, entre el mate y el electrodo. Un horno de arco de la acería, por la comparación, forma arcos en el abierto. La llave es la resistencia eléctrica, que es qué genera el calor requerido: la resistencia en un horno de la acería es la atmósfera, mientras que en un horno de arco sumergido, la escoria o la carga forma la resistencia. El metal líquido formó en cualquier horno es demasiado conductor formar una resistencia termógena eficaz.
Los aficionados han construido una variedad de hornos de arco, basados a menudo en los kits de la soldadura de arco voltaico contenidos por los bloques o los potes de flor silical. Aunque el petróleo bruto, estos hornos simples es capaz de derretir una amplia gama de materiales y de crear el carburo de calcio etc.
Refundición del arco del vacío
En usos aeroespaciales militares y comerciales críticos, los ingenieros materiales especifican comúnmente los aceros de VIM-VAR. El VIM significa que inducción del vacío derretida y los medios del VAR limpia el arco con la aspiradora refundido. Los aceros de VIM-VAR se convierten en cojinetes para los motores de jet, los ejes de rotor para los helicópteros militares, los actuadores de aleta para los aviones de combate, los engranajes en transmisiones del jet o del helicóptero, los montajes o los sujetadores para los motores de jet, los ganchos de la cola del jet y otros usos exigentes. La mayoría de los grados de acero se derriten una vez y entonces se echan o se vierten en una forma sólida antes de la forja o del balanceo extensa metalúrgico a una forma de los sonidos. En cambio, los aceros de VIM-VAR pasan a través de dos derretimientos más alto de la purificación bajo vacío. Después de derretir en un horno de arco voltaico y de alear en un recipiente de la descarburización del oxígeno del argón, los aceros destinados para el vacío que refunde se funden en moldes de lingote. Los lingotes solidificados entonces dirigen hacia un horno fusorio de la inducción del vacío. Este proceso de refundición del vacío libra el acero de inclusiones y de gases indeseados mientras que optimiza la composición química. La operación del VIM vuelve estos lingotes sólidos al estado fundido en el vacío contaminante-libre de un vacío. Este derretimiento rigurosamente controlado requiere a menudo hasta 24 horas. Todavía envuelto por el vacío, los flujos de fundición del crisol del horno del VIM en el electrodo gigante moldean. Un electrodo típico coloca cerca de 15 pies (5 metros) de alto y estará en varios diámetros. Los electrodos solidifican bajo vacío. Para los aceros de VIM-VAR, la superficie de los electrodos refrescados se debe moler para quitar las irregularidades y las impurezas superficiales antes de que el vacío siguiente refunda. Entonces el electrodo de tierra se coloca en un horno del VAR. En un horno del VAR el acero derrite gradualmente gota a gota en el compartimiento vacuum-sealed. Limpiar el arco con la aspiradora que refunde quita más lejos inclusiones persistentes para proporcionar limpieza de acero superior y para quitar más lejos los gases tales como oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Controlar la tarifa en la cual estas gotitas forman y solidifican asegura una consistencia de la química y de la microestructura a través del lingote entero de VIM-VAR. Esto alternadamente hace el acero más resistente para fracturar y/o para fatigar. Este proceso del refinamiento es esencial resolver las características de funcionamiento de partes como un eje de rotor del helicóptero, un actuador de aleta en un jet militar o un cojinete en un motor de jet. Para algunos usos comerciales o militares, las aleaciones de acero hierro-basadas pueden pasar con solamente un vacío refunden, a saber las VARIEDADES por ejemplo, los aceros para las cajas sólidas del cohete, los trenes de aterrizaje o las barras de la torsión para los vehículos de lucha implican típicamente el un vacío refunden. El arco del vacío que refunde también se utiliza en la producción del titanio y de otros metales que sean reactivos o en se requiere qué pureza elevada.| Random links: | Tepeyollotl | La manera del puño de estallido | Partido conservador progresivo de la elección de la dirección de Ontario, 2002 | Pudín de pan y de la mantequilla | Tommy Makem |