Ultra Yüksek Güçlü Ark Fırını Tasarımı: Ton Başına 1000 kVA'nın Çelik Ekonomisini Nasıl Değiştirdiği
1970'lerde bir elektrik ark ocağı işletiyorsanız, transformatörün nominal gücü ton başına 350 ila 500 kVA arasındaydı. 100 tonluk bir ocakta verimlilik günde 25 ila 30 ergitme işlemiydi. Modern ultra yüksek basınçlı elektrik ark ocağı tasarımları ton başına 800 ila 1100 kVA güçle çalışıyor ve aynı ocak şimdi günde 40 ila 50 ergitme işlemi gerçekleştiriyor. Verimlilikteki bu sıçrama, elektrik ark ocağı çelik üretiminin artık birçok yassı ve uzun ürün için entegre yüksek fırın yöntemleriyle doğrudan rekabet etmesinin en büyük nedenidir.
UHP Gerçekte Ne Anlama Geliyor?
"Ultra Yüksek Güç" terimi, 1960'larda British Columbia Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından ortaya atılmış ve başlangıçta ton başına 700 kVA'nın üzerinde çalışan ark fırınlarını tanımlamak için kullanılmıştır. Günümüzde, UHP elektrik ark fırını tasarımları genellikle ton başına 900 ila 1100 kVA arasında çalışmakta olup, en büyük fırınlar kısa devre kararlılığı için ton başına 1200 kVA'ya kadar çıkmaktadır.
Daha yüksek transformatör gücü tek başına verimlilik artışı sağlamaz. UHP'nin şu alanlarda da iyileştirmelere ihtiyacı vardır: su soğutmalı paneller, elektrot kalitesi, transformatör empedans tasarımı ve ark düzenleme tepki süresi. Bunlardan herhangi birini atlarsanız, transformatör nominal değerinden daha az performans gösteren işlevsiz bir demir parçasına dönüşür.
Güç Yoğunluğunun Önemi
Hurda malzemeye ısı transferi darboğaz oluşturuyor. Ton başına 500 kVA'lık bir tasarımda, ark enerjiyi nispeten soğuk bir hurda yığınına yayar ve bu enerjinin çoğu fırın duvarlarına geri yansır. Ton başına 1000 kVA'lık bir tasarımda ise, ark küçük bir hacimde o kadar çok ısı üretir ki, birkaç dakika içinde erimiş bir havuz oluşur ve bu havuz, radyasyon yoluyla değil, banyo yüzeyi aracılığıyla ark enerjisini emer. Sonuç: Çeliğe daha fazla enerji geçer ve su soğutmalı panelleri ve toz toplama sistemlerini ısıtmak için daha az enerji israf edilir.
100 tonluk ultra yüksek basınçlı bir elektrik ark fırınında, tipik çalışma süresi 32 ila 38 dakikadır. Çalışmama süresi (şarj, boşaltma, cüruf temizleme) buna 8 ila 10 dakika daha ekler. Boşaltma aralıkları 40 ila 48 dakika olup, günde 30 ila 36 ergitme işlemi yapılabilir. Daha eski, ton başına 500 kVA'lık bir tasarımda, aynı fırın 65 ila 80 dakika boşaltma aralıklarıyla çalışır ve günde 18 ila 22 ergitme işlemi yapılabilir. Bunu 365 günle çarptığımızda, tek bir fırın için yıllık üretim farkı yaklaşık 1 milyon ton olur.
Ark Kararlılığı ve Titreşim Azaltma
100 tonluk bir fırına takılan 1000 kVA/tonluk bir transformatör, 100 MVA'lık bir güç üretir. Bu, elektrot kolları üzerinden 80 ila 120 kA arasında muazzam bir akım çeker. Hurda malzeme çöktüğünde, akım aniden yükselir ve voltaj düşer. Bu durumun şebekede yarattığı dalgalanma, güç faktörü düzeltmesi düzgün tasarlanmadığı takdirde komşu fabrikaların elektriğini kesebilir.
Modern UHP EAF tasarımları, statik VAR kompansatörleri (SVC) veya modern aktif harmonik filtreler kullanır. Tipik bir 100 MVA fırın kurulumu, 80 ila 120 MVAR dinamik reaktif güç kompanzasyonuna ihtiyaç duyar. SVC ekipmanının maliyeti önemli ölçüde yüksektir - genellikle toplam EAF kurulum maliyetinin %5 ila %8'ini oluşturur - ancak belirli bir noktanın üzerindeki herhangi bir şebeke bağlantısı için pazarlık konusu değildir. MONTE INTELLIGENCE, tasarım aşamasında titreşim performansını modellemek için müşterileriyle birlikte çalışır, böylece SVC boyutlandırması, sermayeyi israf eden bir aşırı tahmin yerine, gerçek çalışma profiliyle eşleşir.
UHP Yüklemesinde Elektrot Kalitesi
Yüksek basınçlı (UHP) elektrik ark ocağı elektrotları hızla tüketir. Ton başına 1000 kVA yükleme altında standart 600 mm'lik elektrotlar, ton başına 1,5 ila 2,5 kg, bazen daha fazla çelik tüketimine neden olur. Elektrotun, çatlama, kırılma veya parçalanma olmadan yüksek akım yoğunluğunu (normalde cm² başına 25 ila 35 A) kaldırabilmesi gerekir. Bu da düşük termal genleşmeye ve tutarlı dirence sahip yüksek kaliteli iğne kok gerektirir.
Elektrot üretiminde zift emdirme aşaması, daha küçük fırınlara kıyasla ultra yüksek basınç (UHP) yüklemesi altında daha büyük önem taşır. UHP akımında meydana gelen erken elektrot arızaları - o meşhur bağlantı ucu kırılmaları ve yeşil zift patlamaları - tutarsız veya yetersiz zift penetrasyonuna bağlıdır. MONTE INTELLIGENCE, ton başına 700 kVA'nın üzerindeki tüm fırınlarda UHP sınıfı elektrotlar kullanır ve uzun vadeli tedarik anlaşmalarında gelen elektrot partilerini denetler.
Köpüklü Cüruf Uygulaması
Stabil köpüklü cüruf olmadan ton başına 1000 kVA'lık bir fırını çalıştıramazsınız. Cüruf, refrakter hasarını önlemek ve ısı transferini en üst düzeye çıkarmak için arkları örtmelidir. 10 ila 15 cm kalınlığındaki köpüklü cüruf tabakası, ark radyasyonunu emer ve cüruf hattındaki refrakter aşınmasını azaltır.
Köpüklü cüruf, yüksek FeO içeriğine sahip bir cürufa karbon enjekte edilmesiyle oluşur. Karbon-FeO reaksiyonu, cüruf hacmini 2 ila 3 kat artıran CO gaz kabarcıkları üretir. Cüruf köpürmesi, C/FeO oranına, cüruf bazikliğine ve banyo sıcaklığına duyarlıdır. MONTE INTELLIGENCE kontrol sistemleri, köpürme durumunu izlemek ve karbon enjeksiyon oranını gerçek zamanlı olarak ayarlamak için atık gaz bileşimini izler.
Su Soğutmalı Paneller ve Gövde Tasarımı
Yüksek basınçlı (UHP) yükleme, ısı akışını yan duvarlarda yoğunlaştırır. Refrakter malzeme tek başına bu termal yüke dayanamaz. Modern bir UHP elektrik ark fırınında, su soğutmalı paneller cüruf hattının %70 ila %90'ını kaplar; geri kalan kısım ise cüruf donmasının kabuğu koruduğu banyo-etki bölgesinde kalan refrakter malzemedir.
100 tonluk ultra yüksek basınçlı bir fırında soğutma suyu akışı saatte 800 ila 1200 m³ aralığındadır ve sıcaklık artışı 5 ila 8 derece Celsius arasındadır. Soğutma suyuyla uzaklaştırılan ısı, giriş enerjisinin %8 ila %12'sini temsil eder; bu gerçek bir verimlilik kaybıdır ancak daha yüksek verimlilik için yapılan bir ödünleşmedir. İyi bir fırın tasarımı, ark şeklini ve cüruf örtüsünü yöneterek soğutma suyu ısı yükünü en aza indirir.
Enerji ve Verimlilik Arasındaki Özgül Dengelemeler
Yüksek basınçlı (UHP) elektrik ark fırını tasarımları, eski tasarımlara göre daha düşük özgül enerji tüketimi sağlar. Modern bir UHP fırını, ton başına 350 ila 420 kWh enerji tüketirken, 1980'li yıllardan kalma bir tasarım ton başına 500 ila 600 kWh enerji tüketir. Enerji tasarrufu, daha yüksek güç yoğunluğundan ve daha kısa üretim döngüsünden kaynaklanır; bu da sabit kayıpları (refrakterin ısınması, elektrot enerjisi ve çalışma dışı sürelerdeki su soğutması) azaltır.
Buradaki dezavantaj sermaye maliyetindedir. Tam SVC, su soğutmalı paneller ve yüksek akım bara sistemlerine sahip 100 tonluk bir UHP fırını, geleneksel 600 kVA/ton fırına göre 1,5 ila 2 kat daha pahalıdır. Geri ödeme süresi, yerel elektrik maliyetine ve çelik satış fiyatına bağlıdır; genellikle elektrik fiyatının kWh başına 0,06 ABD doları veya altında olduğu pazarlarda 4 ila 7 yıl sürer.
UHP EAF ve Yenilenebilir Enerji Entegrasyonu
MONTE INTELLIGENCE'ın takip ettiği bir trend şu: Ultra yüksek basınçlı (UHP) elektrik ark fırını yükleri, kesintili yenilenebilir enerjiyle iyi bir uyum sağlıyor. Ark, rüzgar veya güneş enerjisinin kullanılabilirliğine uyacak şekilde hızlı bir şekilde yükseltilip alçaltılabiliyor ve fırın, kısa süreli güç düşüşlerini tamponlayacak kadar büyük. Birçok Avrupa fabrikası, rüzgar enerjisi üretimini takip eden dinamik güç profilleriyle denemeler yaptı ve enerji maliyet tasarrufları (sabit fiyatlı şebeke elektriğine kıyasla %5 ila %15) şu anda Teksas, İç Moğolistan ve Arap Körfezi'ndeki işletmecilerin ciddi ilgisini çekiyor.
UHP EAF hakkında MONTE INTELLIGENCE ile görüşün.
Yüksek basınçlı (UHP) bir transformatörün yenilenmesini veya sıfırdan bir elektrik ark fırını (EAF) kurulmasını değerlendiren alıcılar için, MONTE INTELLIGENCE mühendisliği, transformatör boyutlandırmasını, SVC spesifikasyonunu, soğutma suyu ihtiyacını ve verimlilik hedeflerini tek bir fizibilite çalışmasında modelleyebilir. Ziyaret edinwww.cnlymonte.com/products-electric-arc-furnace.html Referans kurulumları ve transformatör seçenekleri için. Gizli bir görüşme başlatmak için, konu satırına "UHP EAF sorgusu" ve hedef tonajınızı belirterek helenxu@cnlymonte.com adresine e-posta gönderin.
