Ultra nagy teljesítményű ívkemence tervezése: Miért változtatta meg az 1000 kVA/tonna acélgazdaságosságát?
Ha az 1970-es években elektromos ívkemencét üzemeltetett, a transzformátor névleges teljesítménye 350-500 kVA volt tonnánként. Egy 100 tonnás kemencében a termelékenység napi 25-30 hevítés volt. A modern UHP elektromos ívkemencék tonnánként 800-1100 kVA teljesítményűek, és ugyanez a kemence ma napi 40-50 hevítést végez. A termelékenység ugrása a legfőbb oka annak, hogy az EAF acélgyártás ma már számos lapos és hosszú termék esetében szembeszáll az integrált nagyolvasztó eljárásokkal.
Mit jelent valójában az UHP?
Az „ultra nagy teljesítményű” kifejezést az 1960-as években alkották meg a Brit Columbiai Egyetem kutatói, és eredetileg a 700 kVA/tonna feletti teljesítményű ívkemencéket írta le. Napjainkban az UHP elektromos ívkemencék általában 900-1100 kVA/tonna teljesítménnyel működnek, a legnagyobb kemencék pedig 1200 kVA/tonna teljesítményt is elérnek a rövidzárlat elleni stabilitás érdekében.
A magasabb transzformátorteljesítmény önmagában nem hozza meg a termelékenységnövekedést. Az UHP-hez hasonló fejlesztésekre van szükség a következőkben: vízhűtéses panelek, elektróda minősége, transzformátor impedanciájának kialakítása és ívszabályozás válaszideje. Ha ezeket kihagyjuk, a transzformátor egy buta vasdarab lesz, amely kevesebbet teljesít, mint amennyit a névleges teljesítménye jelez.
Miért fontos a teljesítménysűrűség?
A hőátadás a hulladéknak a szűk keresztmetszet. Egy 500 kVA/tonna teljesítményű kialakításnál az ív energiát sugároz le egy viszonylag hideg hulladékhalomra, és ennek az energiának a nagy része visszaverődik a kemence falaiba. Egy 1000 kVA/tonna teljesítményű kialakításnál az ív annyi hőt termel kis térfogatban, hogy perceken belül olvadt tócsa alakul ki, és ez a tócsa az ív energiáját a fürdő felületén keresztül nyeli el, ahelyett, hogy sugárzást képezne. Az eredmény: több energia jut az acélba, és kevesebb vész kárba a vízhűtéses panelek és porgyűjtő rendszerek fűtése során.
Egy 100 tonnás UHP EAF esetén a tipikus bekapcsolási idő 32-38 perc. A kikapcsolási idő (töltés, csapolás, salakleválasztás) további 8-10 percet ad hozzá. A 40-48 perces csapolásról csapolásra történő bekapcsolás napi 30-36 hevítést eredményez. Egy régebbi, 500 kVA/tonna teljesítményű kialakításnál ugyanaz a kemence 65-80 percig működne csapolásról csapolásra, ami napi 18-22 hevítést eredményez. Szorozzuk meg ezt 365 nappal, és az éves termelési különbség nagyjából 1 millió tonna évente egyetlen kemencén.
Ívstabilitás és villogáscsökkentés
Egy 100 tonnás kemencén lévő 1000 kVA/tonna teljesítményű transzformátor 100 MVA teljesítményű. Ez hatalmas, 80-120 kA-es áramot vesz fel az elektródakarokon keresztül. Amikor a hulladék beomlik, az áram megugrik, a feszültség pedig összeomlik. Az ebből eredő vibrálás a közműhálózaton leállíthatja a szomszédos gyárak működését, ha a teljesítménytényező-korrekció nincs megfelelően megtervezve.
A modern, ultranagy teljesítményű EAF-ek statikus VAR kompenzátorokat (SVC) vagy modern aktív harmonikus szűrőket használnak. Egy tipikus 100 MVA-s kemenceberendezéshez 80-120 MVAR dinamikus reaktív teljesítménykompenzációra van szükség. Az SVC-berendezések költsége jelentős - gyakran a teljes EAF-telepítési költség 5-8 százaléka -, de egy bizonyos pont feletti közműcsatlakozások esetén nem képezi alku tárgyát. A MONTE INTELLIGENCE az ügyfelekkel együttműködve modellezi a villogási teljesítményt a tervezési szakaszban, hogy az SVC méretezése megfeleljen a tényleges működési profilnak, ne pedig egy tőkepazarló túlbecslésnek.
Elektróda minősége UHP terhelésnél
Egy UHP elektromos ívkemence átrágja az elektródákat. A szabványos 600 mm-es elektródák 1000 kVA/tonna terhelés mellett 1,5-2,5 kg/tonna acélfogyasztást eredményeznek, néha többet is. Az elektródának nagy áramsűrűséget kell elviselnie - 25-35 A/cm2 normális - lepattogzás, repedés vagy törés nélkül. Ehhez kiváló minőségű tűkokszra van szükség, alacsony hőtágulással és állandó ellenállással.
Az elektródagyártás során a szurok impregnálásának lépése nagy teljesítményű terhelés alatt fontosabb, mint a kisebb kemencéknél. Az nagy teljesítményű áramnál fellépő korai elektródameghibásodások – a híres spiráltörések és a zöld szurok robbanásai – a nem egyenletes vagy elégtelen szurokpenetrációra vezethetők vissza. A MONTE INTELLIGENCE minden 700 kVA/tonna feletti kemencéhez nagy teljesítményű elektródákat használ, és hosszú távú szállítási megállapodások esetén ellenőrzi a bejövő elektródatételeket.
Habos salak gyakorlat
Egy 1000 kVA/tonna teljesítményű kemencét nem lehet üzemeltetni stabil habos salak nélkül. A salaknak el kell temetnie az íveket, hogy megakadályozza a tűzálló anyagok károsodását és maximalizálja a hőátadást. Egy 10-15 cm vastag habos salakréteg elnyeli az ív sugárzását és csökkenti a tűzálló anyagok kopását a salakvezetékben.
A habos salak a magas FeO₂-tartalmú salakba történő szénbefecskendezéssel keletkezik. A szén-FeO₂ reakció CO₂ gázbuborékokat hoz létre, amelyek a salak térfogatát 2-3-szorosára növelik. A salak habosítása érzékeny a C/FeO₂ arányra, a salak bázikusságára és a fürdő hőmérsékletére. A MONTE INTELLIGENCE vezérlőrendszerek figyelik a füstgáz összetételét, hogy nyomon kövessék a habzási állapotot, és valós időben beállítsák a szénbefecskendezés sebességét.
Vízhűtéses panelek és héjkialakítás
Az UHP terhelés a hőáramot az oldalfalakra koncentrálja. A tűzálló anyagok önmagukban nem bírják ki a hőterhelést. A modern UHP elektromos ívkemencék salakvonalának 70-90 százalékát vízhűtéses panelek borítják, a többi tűzálló marad a fürdő ütközési zónájában, ahol a salakfagyás védi a héjat.
Egy 100 tonnás UHP kemence hűtővíz-árama óránként 800-1200 m3 között van, 5-8 Celsius-fokos hőmérséklet-emelkedéssel. A hűtővíz által eltávolított hő a bevitt energia 8-12 százalékát teszi ki, ami valódi hatékonysági veszteség, de a magasabb termelékenység érdekében kompromisszum. A jó kemencekialakítás minimalizálja a hűtővíz hőterhelését az ív alakjának és a salakbevonatnak a kezelésével.
Specifikus energia- és termelékenységi kompromisszumok
Az UHP elektromos ívkemencék fajlagos energiafogyasztása alacsonyabb, mint a régebbi konstrukcióké. Egy modern UHP kemence tonnánként 350-420 kWh-val működik, szemben az 1980-as évekbeli 500-600 kWh/tonnával. Az energiamegtakarítás a nagyobb teljesítménysűrűségből és a rövidebb leágazási ciklusból adódik, ami csökkenti az állandó veszteségeket (a tűzálló anyag felmelegedése, az elektróda energiája és a vízhűtés állásidő alatt).
A kompromisszum a tőkeköltségben rejlik. Egy 100 tonnás, teljes értékű szellőzőventilátorral (SVC), vízhűtéses panelekkel és nagyáramú buszrendszerekkel ellátott, nagy teljesítményű (UHP) kemence tonnánként 1,5-2-szeresébe kerül egy hagyományos 600 kVA teljesítményű kemence árának. A megtérülés a helyi áramköltségtől és az acél eladási árától függ - jellemzően 4-7 év azokon a piacokon, ahol az áram ára 0,06 USD/kWh vagy az alatt van.
UHP EAF és megújuló energia integráció
Az egyik trend, amelyet a MONTE INTELLIGENCE követ, a következő: az UHP elektromos ívkemencék terhelései jól illeszkednek a szakaszos megújuló energiához. Az ív gyorsan fel- és le tud emelkedni, hogy illeszkedjen a szél- vagy napenergia elérhetőségéhez, és a fürdő elég nagy ahhoz, hogy tompítsa a rövid teljesítménykieséseket. Számos európai gyár kísérletezett dinamikus teljesítményprofilokkal, amelyek követik a szélenergia-termelést, és az energiaköltség-megtakarítás (5-15 százalék az átalánydíjas hálózati áramhoz képest) most komoly érdeklődést vált ki a texasi, belső-mongóliai és az Arab-öbölbeli üzemeltetőkből.
Beszéljen a MONTE INTELLIGENCE-szel az UHP EAF-ről
Azoknak a vásárlóknak, akik egy UHP utólagos beépítést vagy zöldmezős EAF-et értékelnek, a MONTE INTELLIGENCE mérnöki csapata egyetlen megvalósíthatósági tanulmányban modellezheti a transzformátor méretezését, az SVC specifikációját, a hűtővízigényt és a termelékenységi célokat. Látogasson el a weboldalrawww.cnlymonte.com/products-electric-arc-furnace.html Referencia telepítésekhez és transzformátor opciókhoz. Bizalmas megbeszélés megkezdéséhez írjon e-mailt a helenxu@cnlymonte.com címre, a tárgy mezőben az UHP EAF ajánlatkérést és a kívánt mennyiséget feltüntetve.
