(1) ظروف التشغيل للمواد الحارقة
تتميز أفران القوس الكهربائي، التي تستخدم القوس بين رأس الأقطاب الكهربائية ومواد الشحن كمصدر للحرارة لصناعة الصلب، بظروف فريدة لاستخدام المواد المقاومة للحريق.تطوير أفران القوس ذات التيار المستمرتم إدخال تشغيل عالية الطاقة، وتحريك الغاز السفلي، واستغلال الطاقة السفلية في السنوات الأخيرة. تم بناء سقف الفرن من مواد مقاومة للحرارة من المغنيسيوم الكروم أو المغنيسيوم سبينيل.والتي تظهر استقرار ممتاز ضد الخردة الأساسيةومع ذلك ، فإن ظروف التشغيل للصناعات الحارقة في هذه البيئة صعبة للغاية ، تفرضها خصائص ذوبان القوس.
عملية ذوبان القوس أسرع بنحو ضعف عملية المواقد المفتوحة ، مما يعرض الحواف الصلبة لتغيرات درجة الحرارة المتكررة ودرجات الحرارة العالية لفترة طويلة. خلال مرحلة الشحن ،يتم إزالة سقف الفرن، مما يعرّضها لدرجة حرارة غير متساوية ، مع ارتفاع درجة الحرارة في المركز بشكل كبير عن الطرف. هذا التسخين غير المتكافئ يتفاقم بسبب الطبيعة غير المنتظمة لقوس العمل.وبالتاليعلى سبيل المثال ، في فرن يبلغ وزنه 100 طن ، يتآكل قسم السقف المركزي بمعدل 4 إلى 4.4 ملم لكل حرارة ، مقارنة بـ 2 إلى 2.6 ملم لكل حرارة في الحواف.هذا ارتداء غير متساو يؤدي إلى انتفاخ غير متساوية من السقف، في بعض الأحيان، طلاء الطوب.
في أفران القوس المتردد ، يزيل تصميم الإلكترود الواحد النقاط الساخنة ، ويتم توسيع مساحة السقف المبرد بالماء ، مما يحسن قليلاً من الظروف الحارقة.مع زيادة سعة الفرن و زيادة الطاقة المحددة، تصبح ظروف العمل للأسقف أكثر قسوة. أسقف الفرن دائرية وغالبًا ما يتم بناؤها باستخدام أقواس على شكل مروحة أو تقنيات بناء الطوب الحلقية. يتم وضع الطوب دون مواد ربط أو أسمنت.,يتم تأمينها بمسافات معدنية ذات أطراف حادة. فتحات للكهربائط، استخراج الغاز، وإدخال الأكسجين تقلل من وزن السقف. في بعض الحالات،يتم صب المناطق المحيطة بهذه الفتحات باستخدام أسمنت عالية الألومينا أو الصفائح المتصلة بالفوسفاتكما يتم اتخاذ تدابير للقضاء على الاختصارات الكهربائية.
عمر خدمة أسطح الأفران للأفران ذات السعة أقل من 100 طن عادة ما يكون 60 × 120 درجة حرارة ، في حين أن الأفران الكبيرة ذات السعة أكبر من 100 طن تصل إلى 60 × 80 درجة حرارة.يبلغ إجمالي استهلاك الكهرباء للفرن الكهربائي لكل طن من الصلب حوالي 10~12 كجم، مع سقف يمثل 6 ٪ 7 كجم.
(2) اختيار سقف صلب
لا يزال اختيار المواد الصلبة للأسطح من فرن القوس الكهربائي يتطور. على الرغم من أن المواد الصلبة على أساس MgO-Cr2O3 توفر مقاومة عالية للخامات والمعادن ، إلا أن المواد الصلبة على أساس MgO-Cr2O3 توفر مقاومة عالية للخامات والمعادن.درجة حرارة تخفيف الحمل منخفضة نسبياًعيب آخر للمواد الصلبة الأساسية هو التوسع الحراري الكبير عند درجات الحرارة العالية، والتي يمكن أن تسبب انشقاق المفاصل الطوب وتشوه السقف. لمنع انشقاق المفاصل،يتم استخدام خليط من الطوب المحترق وغير المحترق، مما يسمح بالتقلص للتعويض عن توسع الطوب المحترق. تشير بعض الأدبيات إلى الجمع بين المنتجات غير المحترقة من المغنيسيوم الكروم المحترق والمغطاة بالمعدن.
يتم اختبار مواد صلبة للنار مبتكرة لسقف الفرن، بما في ذلك الكوروندوم-الكروميت، والكوروندوم المتعدد، ومجموعات من المواد الأساسية والعالية الألومينا.يتم إيلاء اهتمام خاص للمواد الصلبة التي تحتوي على الكروم، حيث أن تفريق الطوب الكروم قد يضيف الكروم إلى الصلب، وهو أمر غير مسموح به لبعض الصفوف من الصلب.
مع التقدم في التكنولوجيات المعدنية مثل أفران الطاقة الذرية، آلات الصب المستمر، وأفران القوس الكهربائي الكبيرة،من المتوقع أن ينمو دور الفرن الكهربائي في صناعة الصلب بشكل كبيرتوفر الأفران الكهربائية مزايا مقارنة بالأفران المفتوحة والمحولة، بما في ذلك المرونة في ضبط تكوين الصلب وإنتاج مختلف فئات الصلب.هذا التوسع مفيد أيضا من الناحية الاقتصادية بسبب الزيادة المستمرة في توافر الخردة.
في الصين ، تستخدم الطوب ذات الالومينا العالية عادة لسقف الفرن ، مع تطبيق خليطات التشويش حول المركز وحفرات الإلكترود في أغطية الفرن الأصغر. ومع ذلك ،مع تطوير الفرن الكهربائي الكبير فائق القوة، انخفضت عمر الخدمة للطوب عالي الألومينا، مما دفع إلى استخدام المزيد من الطوب الأساسي.
(3) تطبيق تكنولوجيا التبريد بالماء
يرتبط تطوير صناعة الصلب الكهربائية الحديثة ارتباطًا وثيقًا باعتماد المحولات عالية الطاقة ، والتي تضمن مستويات طاقة الوحدة من 600 إلى 800 كيلو فولت / طن خلال مرحلة الصهر.التسخين المسبق لمواد الشحن، حقن الأكسجين في حمام الذوبان، وتسخين الفرن باستخدام محرقات غاز الأكسجين هي من بين الميزات المتقدمة.المكونات المبردة بشكل مصطنع تستخدم بشكل متزايد لاستبدال أجزاء من الغطاء الحارق.
أثناء إمدادات الأكسجين المكثفة للحمام المنصهر ، تزيد تكوين الغبار (15-40 غرام / م 3) من الكثافة البصرية للوسط الغازي ، مما يجعل سوداؤه قريبًا من 1.هذا يكاد يُخفي تماماً الحمام المنصهر وسقف الفرن، مما يقلل من درجة حرارة السقف. تتضمن الأسطح والجدران التي تشكل الحصى العديد من الهياكل المبردة بالماء ، مع دروع تبريد متنقلة تحمي النقاط الساخنة في الجدران.
أدى إدخال المكونات المبردة بشكل مصطنع إلى تصميمات جديدة لفرن القوس الكهربائي ، مما يقلل من نسبة مساحة سطح الغطاء الصلب إلى مساحة سطح المعدن.تحسين ظروف تبادل الحرارة يقلل من الحمل الحراري على الحمام المنصهر، والذي يزداد مع تقليل أو القضاء على الغشاء المقاوم للنيران.تسمح الهياكل ذات التطوير القابل للتعديل بالأسقف الأفقية المبردة بالماء التي يمكن أن تتحرك لأسفل على طول الجدران المبردة بالماء مع تقدم عملية الذوبان.
استخدام التبريد الاصطناعي في أفران صناعة الصلب يزيل القيود المفروضة من خلال الأحمال الحرارية ودرجات حرارة الغطاء، مما يخلق الظروف لزيادة عملية الصهر.على الرغم من أن الهياكل المبردة بالماء تزيد قليلا من استهلاك الكهرباء، تقليل وقت التوقف وزيادة الإنتاجية تعزز الكفاءة الاقتصادية العامة. يتم تقليل استهلاك المواد الحارقة بشكل كبير (تقريبا إلى الحد الأدنى) ،يتم خفض استهلاك الأقطاب الكهربائية لكل وحدة بنسبة 15%، والعمل اليدوي الثقيل المرتبط بالطوب المقاوم للنيران يقل.
أظهر التطوير التجريبي للأفران ذات مكونات الغطاء المبردة بالماء أن توفير الطاقة والتكاليف في الصناعات ذات الصلة (إنتاج الأجهزة الحارقة، النقل،تصنيع الكترودات، وما إلى ذلك) تتجاوز تكاليف الطاقة الإضافية المرتبطة بالمعدات المبردة بالماء.
