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Características de projeto de um forno elétrico a arco CA




Recursos de projeto de um forno elétrico a arco CA

  O forno elétrico a arco (EAF) usado para fabricação de aço aplica energia elétrica de alta corrente e baixa tensão aos materiais de carga e, assim, derrete-os e refina-os. O EAF é um forno descontínuo que consiste em um recipiente revestido de refratário coberto com um teto retrátil através do qual os eletrodos entram no forno. As características gerais de um forno a arco elétrico AC típico são mostradas na Fig 1.


Fig 1 Características gerais de um forno elétrico a arco CA

EAF tem um corpo em forma de tigela grande com uma lareira em forma de prato. A casca tem um forro refratário no interior. A câmara de reação do forno é coberta de cima por um teto removível feito de tijolos refratários sustentado por um anel de teto. É alimentado com corrente alternada trifásica (AC) e possui três eletrodos de grafite que são conectados por cabos flexíveis e tubos de cobre resfriados a água.

O projeto dos fornos elétricos a arco mudou consideravelmente nos últimos anos. A ênfase foi colocada em tornar os fornos maiores, aumentando as taxas de entrada de energia para o forno e aumentando a velocidade dos movimentos do forno para minimizar o tempo de desligamento nas operações do forno.





As modernas fundições de aço com EAFs geralmente empregam uma instalação de forno mezanino. Neste tipo de instalação, o forno fica em um nível superior acima do chão de fábrica. O forno é apoiado em uma plataforma que pode assumir várias configurações diferentes. Na configuração de meia plataforma, o suporte da coluna de eletrodos e o pórtico de elevação do teto são articulados à plataforma inclinável durante a operação e o rosqueamento. Ao carregar o forno, o conjunto completo é levantado e girado. Este design permite a configuração de braço de eletrodo mais curto. No projeto de plataforma completa, o suporte da coluna de eletrodos e o conjunto de elevação do teto são totalmente apoiados na plataforma

Os diferentes componentes do EAF se enquadram nos grupos funcionais de (i) estruturas do forno para contenção da sucata e do aço líquido, (ii) componentes que permitem a movimentação do forno e suas principais peças estruturais, (iii) componentes que suportam o fornecimento de energia elétrica para o EAF, e (iv) equipamentos auxiliares de processo que podem residir no forno ou em sua periferia.

Estruturas do forno

  EAF é de forma cilíndrica. Seu fundo consiste em um prato de fundo esférico. A concha que fica em cima disso é cilíndrica e o teto do forno é uma esfera achatada. O fundo do forno fica em um braço de berço que tem um segmento curvo com dentes engrenados. Este segmento fica em um trilho. À medida que o cilindro de inclinação é estendido, o forno balança para frente para bater no forno. Para remover a escória do forno, o forno é inclinado para trás para que o cilindro de inclinação seja totalmente contraído.

Os EAFs hoje em dia são da construção de concha dividida. Nesta construção, a parte superior do invólucro do forno pode ser rapidamente desacoplada e removida do fundo. Isso minimiza bastante o tempo de inatividade durante a troca do casco superior. Uma vez que o revestimento superior é removido, o fundo do forno também pode ser trocado rapidamente.

A parede lateral do forno acima da linha de escória geralmente consiste em painéis resfriados a água. Esses painéis são pendurados em uma gaiola refrigerada a água que os suporta. Painéis resfriados a água permitem entradas de calor muito grandes para o forno sem danificar a estrutura do forno. Os parâmetros que têm uma forte influência na vida útil do painel incluem quantidade e qualidade da água, vazão e velocidade da água, pressão da água de entrada e queda de pressão no painel, material de construção do tubo/painel e diâmetro do tubo. Os painéis refrigerados a água são necessários para suportar altas cargas térmicas e mecânicas.

O teto do forno é em forma de cúpula ou se assemelha a uma seção de cone raso, como é mais comum em telhados resfriados a água usados ​​na prática moderna. O teto consiste em um anel de teto refrigerado a água que forma o perímetro externo da gaiola do teto. Esta gaiola atua como parte da estrutura de elevação do telhado. Painéis refrigerados a água são inseridos nesta gaiola e possuem uma abertura cilíndrica no centro. A seção delta refratária é inserida para preencher esta abertura. Esta seção delta tem abertura mínima ao redor dos eletrodos sem risco de arco entre os eletrodos e os painéis resfriados a água. Todo o telhado da fornalha é suspenso da coluna de elevação do telhado. Normalmente, os suportes do teto e do eletrodo podem ser girados juntos ou independentemente. O curso do eletrodo permite que os eletrodos sejam girados com o teto apoiado na carcaça do forno, o que permite a remoção e substituição da seção delta sem remover o teto. Geralmente, para um projeto de plataforma completa, é empregado um suporte giratório com rolamento de pivô, roda de bogie e braço de pórtico. Para fornos maiores, é usado um pórtico de elevação do telhado.

O fundo do forno consiste em uma carcaça de aço com várias camadas de refratários. O fundo do forno consiste em uma seção de placa esférica. Esta seção é revestida refratária com o revestimento normalmente consistindo de um revestimento de segurança com um revestimento de trabalho compactado no topo. Nos fornos, onde os elementos de agitação de gás são instalados na parte inferior do forno, blocos de bolso especiais são instalados durante a instalação do revestimento de segurança de tijolo. Alternativamente, os elementos de agitação são colocados no lugar e o refratário é colocado em torno deles. A seção inferior do forno também contém o mecanismo de rosqueamento.

Várias aberturas são normalmente fornecidas para as operações do forno. As mais óbvias são as três portas de eletrodos que permitem que os eletrodos entrem no forno através do teto. Além disso, um quarto orifício é fornecido no teto do forno para permitir a extração dos fumos do forno. Um quinto furo pode ser fornecido por várias razões, como alimentação DRI/HBI contínua, injeção de carvão ou injeção de cal. Esses orifícios estão no alto do forno e, portanto, não afetam a infiltração de ar no forno tanto quanto as aberturas inferiores. As aberturas inferiores do forno incluem o orifício da torneira que é preenchido com areia e a porta de escória. A porta de escória foi originalmente fornecida para permitir a decantação da escória do forno. Em fornos modernos, também é usado para fornecer acesso ao forno para queimadores de oxi-combustível e lanças de oxigênio. Várias portas também são normalmente fornecidas ao redor da circunferência do invólucro do forno para queimadores. Ocasionalmente, uma abertura pode ser fornecida no alto da parede lateral do forno para permitir o acesso de uma lança de descarbonetação refrigerada a água ao forno. Outras aberturas podem ser fornecidas na parte baixa da parede lateral do forno ou na fornalha para permitir a injeção de gases inertes, oxigênio, cal ou carbono.

Movimentos do forno

Para operações de EAF, é necessário que vários dos componentes do forno se movam. Os requisitos típicos para movimento incluem elevação/rotação do teto para permitir o carregamento de sucata, elevação/descida do eletrodo e oscilação para permitir o carregamento de sucata, elevação/descida do eletrodo para regulação do arco, inclinação do forno para frente para rosqueamento, porta de escória para cima/baixo para operações de remoção de escória, inclinação do forno para trás para remoção de escória, fixação/desfixação do eletrodo para ajustar o comprimento de trabalho do eletrodo e movimento de quaisquer sistemas auxiliares, como a lança do queimador.

O EAF é inclinado tanto para rosqueamento quanto para remoção de escória. Durante o rosqueamento do forno, o ângulo máximo de inclinação para frente depende do tipo de fundo do forno. Para rosqueamento de bico convencional, é necessário inclinar em um ângulo de 45 graus para rosquear totalmente o forno. Para fornos de rosqueamento de fundo, o ângulo máximo de inclinação é geralmente de 15 a 20 graus. Um requisito importante do rosqueamento livre de escória é que o forno possa ser inclinado para trás rapidamente assim que a escória começar a ser transportada para a panela. A velocidade máxima típica de inclinação para frente é de 1 grau por segundo e a velocidade de inclinação para trás é de 3 a 4 graus por segundo.

Normalmente os movimentos do forno são feitos usando um sistema hidráulico central que fornece força motriz. O sistema hidráulico é composto por um reservatório central, filtros, acumulador, válvulas hidráulicas e tubulação hidráulica. À medida que o fluido hidráulico passa pelas válvulas em uma das duas direções dentro de um determinado circuito, os cilindros hidráulicos são estendidos ou contraídos para fornecer movimento de vários componentes mecânicos. Sem fluxo de fluido e pressão suficientes dentro de um circuito, o movimento não é possível. Assim, problemas como baixo nível de fluido, baixa pressão do acumulador, vazamentos no sistema, degradação do fluido devido ao superaquecimento, acúmulo de sólidos em válvulas ou linhas hidráulicas e desgaste em componentes mecânicos podem levar a um desempenho insatisfatório do sistema e, em alguns casos, à falha do sistema.

Sistema de água de resfriamento do forno

O sistema de água de resfriamento é importante e integral para a operação do EAF. Existem vários sistemas de refrigeração. Algumas operações, como resfriamento de transformadores, resfriamento de fechamento delta, resfriamento de tubo de barramento e resfriamento de porta eletrodo, requerem água de resfriamento extremamente limpa e de alta qualidade. Esses sistemas geralmente consistem em um circuito de circuito fechado, que conduz a água através desses equipamentos sensíveis. A água no circuito de circuito fechado passa por um trocador de calor para remover o calor. O circuito no lado de circuito aberto do trocador de calor normalmente flui para uma torre de resfriamento para dissipação de energia. Outros elementos resfriados a água, como painéis laterais do forno, painéis do teto, dutos do sistema de gás, gaiola do forno, etc. normalmente recebem água de resfriamento de uma torre de resfriamento.

O circuito de resfriamento normalmente consiste em bombas de alimentação, bombas de retorno, filtros, células de torre de resfriamento e instrumentação de monitoramento de fluxo. Equipamentos sensíveis normalmente possuem instrumentação instalada para medição e monitoramento da vazão e temperatura da água de resfriamento. No caso de equipamentos refrigerados a água, a interrupção do fluxo ou quantidades inadequadas de água podem levar a sobrecarga térmica severa e, em alguns casos, falhas catastróficas.

Sistema de lubrificação

Normalmente o EAF possui um sistema de lubrificação automática que fornece lubrificação a diferentes partes móveis com base em várias operações que ocorrem durante a realização de um calor. Por exemplo, algumas peças são lubrificadas a cada três oscilações do telhado, após o rosqueamento. Alguns componentes, como rolamentos de rolos, são críticos para a operação do forno e são lubrificados periodicamente à mão. Alguns locais de difícil acesso são atendidos usando tubos e blocos remotos.

  Sistemas auxiliares

A EAF possui vários sistemas auxiliares que são essenciais para a operação e desempenho do forno. Esses sistemas são descritos abaixo.


  Sistemas elétricos

Os sistemas elétricos em uma oficina EAF normalmente consistem em um sistema primário que consiste em um transformador abaixador de pátio que recebe energia da rede para alimentar a energia depois de descer para o transformador EAF. O disjuntor principal no sistema primário isola os sistemas elétricos no EAF da rede. No lado secundário do sistema elétrico primário, geralmente são fornecidos um interruptor a vácuo e uma desconexão motorizada para isolar o transformador do forno secundário da fonte de alimentação primária.

A chave a vácuo é uma chave de longa duração que permite que o circuito elétrico secundário seja interrompido sob carga ou sem carga. As chaves a vácuo geralmente são classificadas para 40.000 operações ou quatro anos, mas geralmente essas chaves atingem uma vida útil de 200.000 operações sem manutenção. A principal causa de falha de um interruptor a vácuo é um fole metálico que é fechado em um vácuo e usado para fornecer uma vedação para o contato móvel. Uma vez que esta vedação começa a se desgastar, ocorre um vazamento de vácuo e torna difícil isolar adequadamente a alimentação primária da secundária.

A chave de desconexão motorizada é tipicamente uma chave guilhotina motorizada que é capaz de isolar fisicamente o EAF da fonte de alimentação primária. Os interruptores de faca são retraídos quando o forno não está sob carga (interruptor de vácuo aberto, eletrodos levantados) para que não ocorra arco entre as lâminas em ambos os lados do interruptor.

  Transformador EAF

O transformador EAF recebe a energia primária de baixa corrente e alta tensão e a transforma em uma energia de alta corrente e baixa tensão para uso no EAF. A operação confiável do EAF depende totalmente da operação confiável do transformador EAF.

A transformação da potência do nível de kV da rede para o nível de tensão necessário no EAF geralmente é feita em duas etapas. Um primeiro transformador (ocasionalmente dois transformadores em paralelo) reduz a tensão da linha de alta tensão para um nível de média tensão (geralmente 33 kV). A partir do barramento de 33 kV, o forno a arco é alimentado por um transformador de forno especial para serviço pesado. A tensão secundária deste transformador de forno é projetada para permitir a operação dos arcos na faixa desejada de tensões e correntes de arco. Uma vez que existem vários requisitos de combinações de tensão/corrente de arco através do calor, é necessário ter uma escolha de tensões secundárias. O transformador do forno está equipado com um comutador de derivação para esta finalidade.

A finalidade de um comutador de derivação é permitir a escolha de diferentes combinações de tensões e correntes para diferentes estágios de um aquecimento. Isso é conseguido alterando o número de voltas da bobina primária (o primário recebe uma corrente mais baixa, por isso é mais simples alterar o número de voltas nesta bobina em vez da bobina secundária de alta corrente). Basicamente, o comutador assume a forma de uma caixa motorizada de contatos que comuta a corrente primária para diferentes partes da bobina ao redor do núcleo de ferro. A maioria dos comutadores de derivação são projetados para operar “em carga”. Um movimento de contato 'fazer antes de quebrar' é normalmente usado para evitar a interrupção da corrente. Esses contatos estão sujeitos a forte erosão devido ao arco e, portanto, precisam de manutenção preventiva.

  Circuito elétrico secundário 

O circuito secundário do sistema elétrico EAF consiste nos cinco componentes principais a seguir.

Processo de manufatura

  1. Guitarra elétrica
  2. Chaleira Elétrica de Chá
  3. Cobertor Elétrico
  4. Automóvel elétrico
  5. Aspectos importantes do projeto de alto-forno e equipamentos auxiliares associados
  6. Automação de Controle e Modelagem de Forno Elétrico a Arco
  7. Utilização de Metal Quente para Siderurgia em Forno a Arco Elétrico
  8. Forno de arco elétrico DC
  9. Diferentes tipos de processo de soldagem a arco elétrico
  10. Entendendo a soldagem a arco elétrico