Elektrisk lysbueovn - Electric arc furnace
En lysbueovn ( EAF ) er en ovn som varmer opp materiale ved hjelp av en lysbue .
Industrielle lysbueovner varierer i størrelse fra små enheter med omtrent ett tonn kapasitet (brukt i støperier for produksjon av støpejernsprodukter ) opp til ca 400 tonn enheter som brukes til sekundær stålfremstilling . Lysbueovner som brukes i forskningslaboratorier og av tannleger kan ha en kapasitet på bare noen få dusin gram. Industrielle lysbueovns temperaturer kan nå 1800 ° C (3300 ° F), mens laboratorieenheter kan overstige 3000 ° C (5400 ° F).
I lysbueovner blir det ladede materialet (materialet som kommer inn i ovnen for oppvarming, for ikke å forveksle med elektrisk ladning ) direkte utsatt for en lysbue, og strømmen fra ovnterminalene passerer gjennom det ladede materialet. Lysbueovner skiller seg fra induksjonsovner , der ladningen i stedet varmes opp av virvelstrømmer .
Historie
På 1800 -tallet hadde en rekke mennesker brukt en lysbue for å smelte jern . Sir Humphry Davy gjennomførte en eksperimentell demonstrasjon i 1810; sveising ble undersøkt av Pepys i 1815; Pinchon forsøkte å lage en elektrotermisk ovn i 1853; og i 1878–79 tok Sir William Siemens ut patenter for elektriske ovner av buetypen.
Den første vellykkede og operative ovnen ble oppfunnet av James Burgess Readman i Edinburgh , Skottland i 1888 og patentert i 1889. Dette var spesielt for dannelse av fosfor .
Ytterligere lysbueovner ble utviklet av Paul Héroult , fra Frankrike , med et kommersielt anlegg etablert i USA i 1907. Sanderson -brødrene dannet The Sanderson Brothers Steel Co. i Syracuse, New York, og installerte den første lysbueovnen i USA Denne ovnen er nå utstilt på Station Square, Pittsburgh, Pennsylvania.
Opprinnelig var "elektrisk stål" et spesialprodukt for bruk som maskinverktøy og fjærstål . Lysbueovner ble også brukt til å fremstille kalsiumkarbid for bruk i karbidlamper . Den Stassano elektrisk ovn er en bue typen ovn som vanligvis roterer for å blande badekaret. Den Girod ovn er i likhet med den Héroult ovnen .
Mens EAF ble mye brukt i andre verdenskrig for produksjon av legert stål, var det først senere at elektrisk stålproduksjon begynte å ekspandere. Den lave kapitalkostnaden for en minimølle - rundt 140–200 dollar per tonn installert årlig kapasitet, sammenlignet med 1000 dollar per tonn installert årlig kapasitet for en integrert stålfabrikk- tillot at kverner raskt ble etablert i krigsherjede Europa, og tillot dem også å lykkes med å konkurrere med de store amerikanske stålprodusentene, som Bethlehem Steel og US Steel , om billige, lange produkter av karbonstål ( konstruksjonsstål , stang og stang, wire og festemidler ) i det amerikanske markedet .
Da Nucor- nå en av de største stålprodusentene i USA-bestemte seg for å gå inn på markedet for lange stålprodukter i 1969, valgte de å starte en minimølle, med en EAF som stålovn, snart etterfulgt av andre produsenter. Mens Nucor ekspanderte raskt i det østlige USA, konsentrerte selskapene som fulgte dem til minimølleoperasjoner på lokale markeder for lange produkter, der bruk av en EAF tillot plantene å variere produksjonen etter lokal etterspørsel. Dette mønsteret ble også fulgt globalt, med EAF -stålproduksjon som hovedsakelig ble brukt til lange produkter, mens integrerte fabrikker ved bruk av masovner og grunnleggende oksygenovner satte markeder for "flate produkter" - stålplater og tyngre stålplater. I 1987 tok Nucor beslutningen om å ekspandere til markedet for flate produkter, fremdeles ved å bruke EAF -produksjonsmetoden.
Konstruksjon
En lysbueovn som brukes til stålfremstilling består av et ildfast fôret kar, vanligvis vannkjølt i større størrelser, dekket med et uttrekkbart tak, og gjennom hvilken en eller flere grafittelektroder kommer inn i ovnen. Ovnen er hovedsakelig delt inn i tre seksjoner:
- den skall , som består av sideveggene og nedre stål "skål";
- på herden , som består av det ildfaste som linjer den nedre skål;
- i taket , som kan være foret med ildfast materiale eller vannkjølt, og kan være utformet som en del av en sfære , eller som en kjeglestump (konisk seksjon). Taket støtter også det ildfaste deltaet i midten, gjennom hvilket en eller flere grafittelektroder kommer inn.
Ildstedet kan ha halvkuleform, eller i en eksentrisk bunnovn (se nedenfor) har ildstedet form som et halvert egg. I moderne smelteverk heves ovnen ofte fra første etasje, slik at øser og slaggpotter lett kan manøvreres under hver ende av ovnen. Separat fra ovnstrukturen er elektrodestøtten og det elektriske systemet, og vipplattformen som ovnen hviler på. To konfigurasjoner er mulige: Elektrodestøttene og taket vipper med ovnen, eller er festet til den hevede plattformen.
En typisk vekselstrømovn drives av en trefaset elektrisk forsyning og har derfor tre elektroder. Elektroder er runde i snitt, og vanligvis i segmenter med gjengede koblinger, slik at etter hvert som elektrodene slites, kan nye segmenter legges til. Buen dannes mellom det ladede materialet og elektroden, ladningen varmes opp både av strøm som går gjennom ladningen og av strålingsenergien som utvikles av buen. Den elektriske lysbue temperaturen når rundt 3000 ° C (5400 ° F), og får dermed de nedre delene av elektrodene til å lyse glødende når de er i drift. Elektrodene blir automatisk heves og senkes ved hjelp av et posisjoneringssystem som kan bruke enten elektrisk vinsj taljer eller hydrauliske sylindere . Reguleringssystemet opprettholder omtrent konstant strøm og effektinngang under smeltingen av ladningen, selv om skrap kan bevege seg under elektrodene når det smelter. Mastearmene som holder elektrodene kan enten bære tunge samleskinner (som kan være hule, vannkjølte kobberrør som bærer strøm til elektrodeklemmene) eller være "varme armer", der hele armen bærer strømmen, noe som øker effektiviteten. Varme armer kan være laget av kobberkledd stål eller aluminium . Store vannkjølte kabler forbinder bussrør eller armer med transformatoren plassert ved siden av ovnen. Transformatoren er installert i et hvelv og blir avkjølt med pumpesirkulert transformatorolje, og oljen blir avkjølt med vann via varmevekslere.
Ovnen er bygget på en vippeplattform slik at det flytende stålet kan helles i et annet fartøy for transport. Operasjonen med å vippe ovnen for å helle smeltet stål kalles "tapping". Opprinnelig hadde alle stålfremstillingsovner en tappetut lukket med ildfast som vasket ut når ovnen ble vippet, men ofte har moderne ovner et eksentrisk bunnhull (EBT) for å redusere inkludering av nitrogen og slagg i flytende stål. Disse ovner har et borehull som passerer vertikalt gjennom ildstedet og skallet, og er satt utenfor midten i den smale "nesen" på den eggformede ildstedet. Den er fylt med ildfast sand, for eksempel olivin , når den er stengt. Moderne planter kan ha to skall med et enkelt sett med elektroder som kan overføres mellom de to; det ene skallet varmer opp skrap mens det andre skallet brukes til smelting. Andre DC-baserte ovner har et lignende arrangement, men har elektroder for hvert skall og ett sett med elektronikk.
AC-ovner viser vanligvis et mønster av varme og kalde flekker rundt ildstedets omkrets, med kalde flekker plassert mellom elektrodene. Moderne ovner monterer oksygen-drivstoffbrennere i sideveggen og bruker dem til å gi kjemisk energi til kuldepunktene, noe som gjør oppvarmingen av stålet mer ensartet. Ytterligere kjemisk energi tilføres ved å injisere oksygen og karbon i ovnen; historisk ble dette gjort gjennom lanser (hule rør av mildt stål ) i slaggedøren, nå gjøres dette hovedsakelig gjennom veggmonterte injeksjonsenheter som kombinerer oksygen-drivstoffbrennere og oksygen- eller karboninnsprøytningssystemer til en enhet.
En mellomstor, moderne stålovn ville ha en transformator på rundt 60 000 000 volt ampere (60 MVA), med en sekundær spenning mellom 400 og 900 volt og en sekundær strøm på over 44 000 ampere. I en moderne butikk forventes en slik ovn å produsere en mengde på 80 tonn flytende stål på omtrent 50 minutter fra lading med kaldt skrap til tapping av ovnen. Til sammenligning kan grunnleggende oksygenovner ha en kapasitet på 150–300 tonn per batch, eller "varme", og kan produsere en varme på 30-40 minutter. Det finnes enorme variasjoner i ovnsdesigndetaljer og drift, avhengig av sluttprodukt og lokale forhold, samt pågående forskning for å forbedre ovnens effektivitet. Den største ovnen kun for skrap (når det gjelder tappevekt og transformatorvurdering) er en DC-ovn som drives av Tokyo Steel i Japan, med en tappevikt på 420 tonn og matet av åtte 32 MVA-transformatorer for 256 MVA total effekt.
Energi tetthet
Å produsere tonn stål i en lysbueovn krever omtrent 400 kilowattimer (1,44 gigajoules ) per kort tonn eller omtrent 440 kWh (1,6 GJ) per tonn ; den teoretiske minste energimengden som kreves for å smelte et tonn skrapstål er 300 kWh (1,09 GJ) (smeltepunkt 1.520 ° C (2.768 ° F)). Derfor vil en 300-tonn, 300 MVA EAF kreve omtrent 132 MWh energi for å smelte stålet, og en "oppstartstid" (tiden stål blir smeltet med en bue) på omtrent 37 minutter. Elektrisk lysbue stålfremstilling er bare økonomisk der det er rikelig, pålitelig elektrisitet, med et velutviklet elektrisk nett. Mange steder opererer fabrikker i høysesongen når verktøyene har overskuddsproduksjonskapasitet og prisen på elektrisitet er lavere. Dette sammenligner seg veldig gunstig med energiforbruket til global stålproduksjon ved alle metoder anslått til omtrent 20 GJ per tonn (1 gigajoule er lik 270 kWh).
Operasjon
Skrapmetall leveres til en skrapbrønn, som ligger ved siden av smelteverket. Skrap kommer vanligvis i to hovedklasser: makulering ( hvitevarer , biler og andre gjenstander laget av lignende lettmålerstål) og tungsmelte (store plater og bjelker), sammen med noe direkte redusert jern (DRI) eller råjern for kjemisk balanse. Noen ovner smelter nesten 100% DRI.
Skrap lastes inn i store bøtter kalt kurver, med "clamshell" dører for en base. Det tas forsiktig med å legge skraplagret i kurven for å sikre god ovndrift; tung smelte plasseres på toppen av et lett lag med beskyttende riv, på toppen av som er plassert mer makulering. Disse lagene skal være tilstede i ovnen etter lading. Etter lasting kan kurven passere til en skrapforvarmer, som bruker varme ovnsgasser for å varme opp skrap og gjenvinne energi, noe som øker anleggets effektivitet.
Skrapkurven tas deretter til smelteverkstedet, taket svinges av ovnen, og ovnen lades med skrot fra kurven. Lading er en av de farligere operasjonene for EAF -operatørene. Mye potensiell energi frigjøres av tonn fallende metall; ethvert flytende metall i ovnen forskyves ofte oppover og utover av det faste skrapet, og fett og støv på skrapet antennes hvis ovnen er varm, noe som resulterer i at en ildkule bryter ut. I noen ovner med to skall fylles skrotet inn i det andre skallet mens det første smeltes og forvarmes med avgass fra det aktive skallet. Andre operasjoner er kontinuerlig lading-forvarmingsskrap på et transportbånd, som deretter tømmer skrapet inn i ovnen, eller lader skrap fra en aksel som er satt over ovnen, med avgasser rettet gjennom akselen. Andre ovner kan lades med varmt (smeltet) metall fra andre operasjoner.
Etter lading svinges taket tilbake over ovnen, og smeltingen begynner. Elektrodene senkes ned på skrotet, en bue blir slått og elektrodene settes deretter til å bore inn i laget av makulering på toppen av ovnen. Lavere spenninger velges for denne første delen av operasjonen for å beskytte taket og veggene mot overdreven varme og skader fra buene. Når elektrodene har nådd den tunge smelten ved ovnens bunn og buene er skjermet av skrotet, kan spenningen økes og elektrodene heve noe, forlenge buer og øke kraften til smelten. Dette gjør at et smeltet basseng kan dannes raskere, noe som reduserer trykk-til-tap-tider. Oksygen blåses inn i skrotet, brenner eller kutter stålet, og ekstra kjemisk varme tilføres av veggmonterte oksygenbrennere. Begge prosessene akselererer smeltesmelt. Supersoniske dyser gjør at oksygenstråler kan trenge gjennom skummende slagg og nå væskebadet.
En viktig del av stålproduksjonen er dannelse av slagg , som flyter på overflaten av det smeltede stålet. Slagg består vanligvis av metalloksider , og fungerer som en destinasjon for oksidert urenhet, som et termisk teppe (stopper overdreven varmetap) og bidrar til å redusere erosjon av ildfast foring. For en ovn med basiske ildfaste materialer, som inkluderer de fleste karbonstål -produserende ovner de vanlige slaggdannere er kalsiumoksyd (CaO, i form av brent kalk ) og magnesiumoksyd (MgO, i form av dolomitt og magnesitt ). Disse slaggdannerne blir enten ladet med skrotet, eller blåses inn i ovnen under smelting. En annen hovedkomponent i EAF -slagg er jernoksid fra stål som brenner med det injiserte oksygenet. Senere i varmen injiseres karbon (i form av koks eller kull ) i dette slagglaget, som reagerer med jernoksydet for å danne metallisk jern og karbonmonoksidgass , som deretter får slagget til å skumme , noe som gir større termisk effektivitet , og bedre lysbue stabilitet og elektrisk effektivitet . Slaggteppet dekker også buene, og forhindrer skader på ovntaket og sideveggene fra strålevarme.
Når den første skrapladningen er smeltet, kan en annen bøtte med skrap lades inn i ovnen, selv om EAF-utviklingen går mot design med enkeltladning. Skrapladings- og smelteprosessen kan gjentas så mange ganger som nødvendig for å nå den nødvendige varmevekten - antall ladninger er avhengig av tettheten av skrap; lavere tetthet skrap betyr flere ladninger. Etter at alle skrapladninger har smeltet fullstendig, foregår raffineringsoperasjoner for å kontrollere og korrigere stålkjemien og overvarme smelten over frysetemperaturen som forberedelse til tapping. Flere slaggdannere blir introdusert og mer oksygen blåses inn i badekaret, og brenner ut urenheter som silisium , svovel , fosfor , aluminium , mangan og kalsium , og fjerner oksidene til slagget. Fjerning av karbon skjer etter at disse elementene først har brent ut, ettersom de har en større affinitet for oksygen. Metaller som har en dårligere affinitet for oksygen enn jern, som nikkel og kobber , kan ikke fjernes gjennom oksidasjon og må kontrolleres gjennom skrapkjemi alene, for eksempel å innføre det direkte reduserte jern- og råjernet som er nevnt tidligere. Et skummende slagg opprettholdes gjennomgående, og overløper ofte ovnen for å helle ut av slaggdøra inn i slagggropen. Temperaturprøvetaking og kjemisk prøvetaking skjer via automatiske lanser. Oksygen og karbon som automatisk kan måles via spesielle sonder som dip inn i stålet, men til alle andre elementer, en "chill" sample - en liten, størknede prøver av stålet - analyseres på en bue-utslipp spektrometer .
Når temperaturen og kjemi er riktig, tappes stålet ut i en forvarmet øse gjennom å vippe ovnen. For ovner i rent karbonstål, så snart oksen oppdages under tappingen, vippes ovnen raskt tilbake mot avslagssiden, noe som minimerer slaggeoverføring til øsen. For noen spesielle stålkvaliteter, inkludert rustfritt stål, helles slaggen også inn i øsen, for å bli behandlet ved sleivovnen for å gjenvinne verdifulle legeringselementer. Under tappingen blir noen legeringstilsetninger introdusert i metallstrømmen, og flere flytemidler som kalk tilsettes på toppen av øsen for å begynne å bygge et nytt slagglag. Ofte er det noen få tonn flytende stål og slagg igjen i ovnen for å danne en "varm hæl", som hjelper til med å forvarme den neste ladningen med skrap og akselerere smeltingen. Under og etter tapping blir ovnen "snudd": slaggdøren rengjøres for størknet slagg, de synlige ildfaste stoffene inspiseres og vannkjølte komponenter kontrolleres for lekkasjer, og elektroder inspiseres for skader eller forlenges ved tilsetning av nye segmenter ; tapphullet er fylt med sand når tappingen er fullført. For en 90 tonn middels kraftig ovn vil hele prosessen vanligvis ta omtrent 60–70 minutter fra tapping av en varme til tapping av den neste (trykk-til-tap-tiden).
Ovnen tømmes regelmessig for stål og slagg, slik at det kan foretas en inspeksjon av ildfaste materialer og større reparasjoner om nødvendig. Ettersom ildfaste materialer ofte er laget av kalsinerte karbonater , er de ekstremt utsatt for hydrering fra vann, så alle mistenkte lekkasjer fra vannkjølte komponenter blir behandlet ekstremt alvorlig, utover den umiddelbare bekymringen for potensielle dampeksplosjoner . Overdreven ildfast slitasje kan føre til utbrudd, hvor det flytende metallet og slagget trenger inn i ildfaste og ovnsskall og rømmer inn i områdene rundt.
Fordeler for stålfremstilling
Bruken av EAF gjør at stål kan lages av et 100% metall av metall. Dette reduserer energien som kreves for å lage stål kraftig sammenlignet med primær stålproduksjon fra malm.
En annen fordel er fleksibilitet: Selv om masovner ikke kan variere sin produksjon med mye og kan forbli i drift i flere år om gangen, kan EAF -er raskt startes og stoppes, slik at stålfabrikken kan variere produksjonen etter behov.
Selv om bueovner i stål vanligvis bruker skrapstål som hovedmateriale, kan varmt metall fra en masovn eller direkte-redusert jern være økonomisk tilgjengelig, men disse kan også brukes som ovnmateriale.
Ettersom EAF-er krever store mengder elektrisk kraft, planlegger mange selskaper driften for å dra fordel av strømpriser utenom topp .
En typisk lysbueovn i stål er kilden til stål for en minifabrikk, som kan lage stenger eller stripe produkter. Minimøller kan plasseres relativt nær markedene for stålprodukter, så transportkravene er mindre enn for en integrert fabrikk, som vanligvis ville ligge nær en havn for bedre tilgang til skipsfart.
Elektrisk lysbueovn stålfremstilling resulterer i lavere karbondioksidutslipp på rundt 0,6 tonn CO 2 per tonn produsert stål, noe som er betydelig lavere enn den konvensjonelle produksjonsveien via masovner og den grunnleggende oksygenovnen.
Problemer
Selv om den moderne lysbueovnen er en svært effektiv gjenvinner av stålskrap , kan drift av en lysbueovnsbutikk ha negative miljøeffekter. Mye av kapitalkostnaden for en ny installasjon vil bli viet til systemer som skal redusere disse effektene, som inkluderer:
- Kapsler for å redusere høye lydnivåer
- Støvoppsamler for ovnens avgass
- Slaggproduksjon
- Kjølevannbehov
- Tung lastebiltrafikk for skrap, materialhåndtering og produkt
- Miljøeffekter av elektrisitetsproduksjon
På grunn av den meget dynamiske kvaliteten på lysbueovnen, kan kraftsystemer kreve tekniske tiltak for å opprettholde kvaliteten på andre kunder. flimmer og harmonisk forvrengning er vanlige bivirkninger av kraftsystemet ved lysbueovnsdrift.
Andre lysbueovner
For stålfremstilling brukes likestrøm (DC) lysbueovner, med en enkelt elektrode i taket og strømmen går tilbake gjennom en ledende bunnforing eller ledende pinner i basen. Fordelen med likestrøm er lavere elektrodeforbruk per tonn stål som produseres, siden bare en elektrode brukes, samt mindre elektriske harmoniske og andre lignende problemer. Størrelsen på likbueovner er begrenset av den nåværende bæreevnen til tilgjengelige elektroder og maksimal tillatt spenning. Vedlikehold av den ledende ovnen er en flaskehals i forlenget drift av en likbueovn.
I et stålfabrikk brukes en sleivovn (LF) for å opprettholde temperaturen på flytende stål under bearbeiding etter tapping fra EAF eller for å endre legeringssammensetningen. Ølen brukes til det første formålet når det er forsinkelse senere i stålfremstillingsprosessen. Skjeovnen består av et ildfast tak, et varmesystem og, når det er aktuelt, en mulighet for å injisere argongass i bunnen av smelten for omrøring. I motsetning til en smelteovn, har ikke en sleivovn en vippemaskin eller skrapladningsmekanisme.
Lysbueovner blir også benyttet til produksjon av kalsiumkarbid , ferrolegeringer , og andre ikke-jernholdige legeringer , og for produksjon av fosfor . Ovner for disse tjenestene er fysisk forskjellige fra ovner som produserer stål og kan fungere kontinuerlig, snarere enn batch. Kontinuerlige prosessovner kan også bruke Søderberg-elektroder av pasta-type for å forhindre avbrudd fra elektrodeendringer. En slik ovn er kjent som en nedsenket lysbueovn , fordi elektrodespissene er begravet i slagget/ladningen, og lysbue oppstår gjennom slagget, mellom matten og elektroden. En stålbueovn, til sammenligning, buer i det fri. Nøkkelen er den elektriske motstanden , som er det som genererer varmen som kreves: motstanden i en stålfremstillingsovn er atmosfæren, mens slaggen (eller ladningen) tilfører motstanden i en bueovn med nedsenket bue . Det flytende metallet som dannes i en av ovnene er for ledende til å danne en effektiv varmegenererende motstand.
Amatører har konstruert en rekke lysbueovner, ofte basert på lysbuesveisesett inneholdt av silisiumblokker eller blomsterpotter. Selv om de er rå, kan disse enkle ovner smelte et bredt spekter av materialer, lage kalsiumkarbid og mer.
Avkjølingsmetoder
Mindre lysbueovner kan avkjøles tilstrekkelig ved sirkulasjon av luft over strukturelle elementer i skall og tak, men større installasjoner krever intensiv tvungen kjøling for å holde strukturen innenfor sikre driftsgrenser. Ovnskallet og taket kan avkjøles enten av vann som sirkuleres gjennom rør som danner et panel, eller av vann som sprayes på panelelementene. Rørformede paneler kan byttes ut når de blir sprukne eller når livssyklusen for termisk belastning. Spraykjøling er den mest økonomiske og den høyeste effektive kjølemetoden. En spraykjøling kan utstyres nesten uendelig; utstyr som varer 20 år er normen. Imidlertid, mens en rørformet lekkasje umiddelbart oppdages i en driftsovn på grunn av trykktapalarmene på panelene, er det for øyeblikket ingen umiddelbar måte å oppdage en meget liten volum spraykjøling. Disse gjemmer seg vanligvis bak slaggedekning og kan hydrere ildfaste materialer i ildstedet som kan føre til brudd på smeltet metall eller i verste fall en dampeksplosjon.
Plasma lysbueovn
En plasma lysbueovn (PAF) bruker plasmafakkler i stedet for grafittelektroder. Hver av disse faklene har et foringsrør med en dyse og aksial slange for å mate en plasmadannende gass (enten nitrogen eller argon) og en brennbar sylindrisk grafittelektrode inne i røret. Slike ovner kan kalles "PAM" (Plasma Arc Melt) ovner; de brukes mye i titan-smelteindustrien og lignende spesialmetallindustrier.
Vakuumbue omsmelting
Vakuumbuesmelting (VAR) er en sekundær omsmeltingsprosess for vakuumraffinering og produksjon av barrer med forbedret kjemisk og mekanisk homogenitet.
I kritiske militære og kommersielle romfartsapplikasjoner spesifiserer materialingeniører vanligvis VIM-VAR-stål. VIM betyr vakuuminduksjon smeltet og VAR betyr vakuumbue omsmeltet. VIM-VAR-stål blir lagre for jetmotorer, rotoraksler for militære helikoptre, klaffaktuatorer for jagerfly, gir i jet- eller helikopteroverføringer, fester eller festemidler for jetmotorer, jethalekroker og andre krevende applikasjoner.
De fleste stålkvaliteter smeltes en gang og blir deretter støpt eller teemed til en fast form før omfattende smiing eller rulling til en metallurgisk forsvarlig form. I kontrast går VIM-VAR-stål gjennom ytterligere to sterkt rensende smelter under vakuum. Etter smelting i en lysbueovn og legering i et argon oksygen avkarburiseringskar, blir stål som er bestemt for vakuumomsmelting, støpt i støpeformer. De størknede barrer går deretter til en vakuuminduksjonssmelteovn. Denne vakuumsmeltingsprosessen befri stålet for inneslutninger og uønskede gasser mens den kjemiske sammensetningen optimaliseres. VIM-operasjonen returnerer disse faste støttene til smeltet tilstand i et forurensningsfritt tomrom i et vakuum. Denne tett kontrollerte smelten krever ofte opptil 24 timer. Fremdeles innhyllet av vakuumet renner det varme metallet fra VIM -ovnen i digelen til gigantiske elektrodeformer. En typisk elektrode er omtrent 5 fot høy og vil ha forskjellige diametre. Elektrodene størkner under vakuum.
For VIM-VAR-stål må overflaten til de avkjølte elektrodene males for å fjerne uregelmessigheter og urenheter før neste vakuumsmelting. Deretter plasseres jordelektroden i en VAR -ovn. I en VAR-ovn smelter stålet gradvis dråpe for dråpe i det vakuumforseglede kammeret. Vakuumbuesmelting fjerner ytterligere dvelende inneslutninger for å gi overlegen stålrenhet og fjerne gasser som oksygen, nitrogen og hydrogen. Kontroll av hastigheten som disse dråpene dannes og størkner, sikrer en konsistens av kjemi og mikrostruktur gjennom hele VIM-VAR-ingoten, noe som gjør stålet mer motstandsdyktig mot brudd eller tretthet. Denne forbedringsprosessen er avgjørende for å oppfylle ytelseskarakteristikken til deler som en helikopterrotoraksel, en klaffaktuator på en militærstråle eller et lager i en jetmotor.
For noen kommersielle eller militære bruksområder kan stållegeringer bare gå gjennom en vakuumsmelting, nemlig VAR. For eksempel innebærer stål for solide rakettkasser, landingshjul eller vridningsstenger for kampbiler vanligvis en vakuumoppsmeltning.
Vakuumbuesmelting brukes også ved produksjon av titan og andre metaller som er reaktive eller som krever høy renhet.
Se også
Referanser
Videre lesning
- JAT Jones, B. Bowman, PA Lefrank, "Electric Furnace Steelmaking", i The Making, Shaping and Treating of Steel , RJ Fruehan, redaktør. 1998, AISE Steel Foundation: Pittsburgh. s. 525–660.
- Thomas Commerford Martin og Stephen Leidy Coles, Historien om elektrisitet , New York 1919, ingen ISBN, kapittel 13 "The Electric Furnace", tilgjengelig på Internettarkivet
Eksterne linker
- Anerkjennelse av første støperi som historisk sted
- Hjemmelaget lysbueovn med sveiser (Forsiktig med eksperimenter!)
- Electric Arc Furnace -modul på steeluniversity.org , inkludert en fullt interaktiv simulering
- Prosessmodeller demonstrerer EAF drift og kontroll (MPC)
- YouTube -video av en liten EAF på New Zealand