Phân tích chuyên sâu về thiết bị cơ khí lò điện hồ quang (EAF): Vỏ lò, mái lò, hệ thống nghiêng và hệ thống hớt xỉ.
Hầu hết các cuộc thảo luận về công nghệ lò hồ quang điện đều tập trung vào hệ thống điện và điều khiển quy trình. Tuy nhiên, khía cạnh cơ khí - vỏ lò, mái lò, cột điện cực, hệ thống nghiêng lò, thiết bị gạt xỉ và cửa xả liệu - cũng quan trọng không kém, và những lựa chọn thiết kế ở đây sẽ quyết định cách thức hoạt động của lò trong 15 đến 20 năm tới. Tôi muốn trình bày chi tiết từng yếu tố cơ khí chính, bao gồm cả những quyết định thiết kế đã được chứng minh hiệu quả trong các hệ thống lò hồ quang điện MONTE INTELLIGENCE lắp đặt trên ba châu lục.
Thiết kế vỏ lò
Vỏ lò là cấu trúc xương sống của toàn bộ lò điện hồ quang (EAF). Vỏ lò EAF 100 tấn nặng từ 180 đến 250 tấn khi rỗng, chứa lớp lót chịu nhiệt từ 35 đến 50 tấn và mang theo bể chứa 100 tấn thép nóng chảy ở nhiệt độ 1600 độ C. Vỏ lò phải chịu được sự thay đổi nhiệt độ giữa 50 độ C (khi rỗng, lớp chịu nhiệt đã được gỡ bỏ) và 1600 độ C (trong quá trình hoạt động) mà không bị biến dạng vĩnh viễn.
Vỏ lò điện hồ quang hiện đại được làm bằng thép carbon hàn, thường là loại ASTM A36 hoặc A516 cấp 70, với độ dày từ 40 mm ở phần chóp trên đến 60 đến 80 mm ở đường xỉ. Phần chóp dưới và đáy lò được gia cố bằng các thanh giằng dày. Vỏ lò được đặt trên một vòng trục có thể nghiêng, giúp truyền toàn bộ tải trọng thẳng đứng và nằm ngang xuống móng trong quá trình nghiêng vỏ lò.
Vỏ lò MONTE INTELLIGENCE được thiết kế bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để tính toán ứng suất nhiệt và độ võng kết cấu. Giới hạn độ võng là 5 mm tại đường xỉ dưới tải trọng vận hành tối đa. Vỏ lò bị võng vượt quá giới hạn này sẽ làm nứt lớp lót chịu lửa sớm. Chúng tôi đã thấy những vỏ lò 30 năm tuổi vẫn đang hoạt động và đáp ứng tiêu chí này vì chúng được chế tạo với dung sai chặt chẽ hơn mức trung bình của ngành.
Thiết kế mái và cơ cấu nâng
Mái lò điện hồ quang (EAF) là một mái vòm chịu nhiệt được đỡ bởi một vòng thép. Mái lò hiện đại sử dụng gạch chịu nhiệt chứa 70 đến 75% alumina, với vật liệu đầm nén có hàm lượng alumina cao xung quanh các lỗ điện cực. Nhiệt độ trên bề mặt nóng của mái lò đạt từ 1500 đến 1700 độ C trong quá trình vận hành ở công suất tối đa.
Mái lò phải được nâng lên và xoay sang một bên cho mỗi chu kỳ nạp liệu. Có ba thiết kế nâng mái lò phổ biến: kiểu xoay công xôn (thường gặp nhất ở các lò nhỏ), kiểu nâng song song với mái trượt (lò cỡ trung bình và lớn), và kiểu nâng giàn (lò rất lớn). Mỗi thiết kế đều có những ưu nhược điểm riêng về thời gian chu kỳ, độ phức tạp cơ khí và khả năng tiếp cận để bảo trì.
Thông thường, MONTE INTELLIGENCE chỉ định thiết kế mái trượt kiểu console cho lò nung có trọng lượng lên đến 80 tấn và mái trượt nâng song song cho lò nung trên 80 tấn. Thiết kế kiểu console có thời gian chu kỳ nhanh hơn (15 đến 20 giây từ lúc nâng đến lúc khóa mở) nhưng yêu cầu khoảng không gian thẳng đứng lớn hơn phía trên lò nung. Thiết kế mái trượt nhỏ gọn hơn và xử lý được các phần mái nặng hơn, nhưng làm tăng thêm 5 đến 10 giây cho chu kỳ.
Cột điện cực và hệ thống kẹp
Các cột điện cực giữ các điện cực than chì và các tay điện cực, và chúng điều chỉnh chiều dài hồ quang thông qua chuyển động thẳng đứng. Tốc độ điều chỉnh rất quan trọng: lò UHP cần chuyển động thẳng đứng từ 5 đến 10 mét mỗi phút để theo kịp sự thay đổi nhanh chóng của mực nước trong bể khi xảy ra hiện tượng sụp đổ phế liệu.
Hệ thống truyền động cột hàn đã phát triển từ xi lanh thủy lực sang động cơ AC điều khiển bằng servo với vít me bi. Hệ thống servo mang lại phản hồi nhanh hơn, độ chính xác định vị tốt hơn và tích hợp dễ dàng hơn với bộ điều chỉnh hồ quang dựa trên mô hình. Việc kẹp điện cực thường được thực hiện bằng khí nén với kẹp an toàn lò xo, cho phép tháo điện cực nhanh chóng trong trường hợp khẩn cấp.
Cơ cấu nghiêng
Cơ cấu nghiêng là bộ phận chuyển động được chú ý nhiều nhất trong quá trình bảo trì định kỳ. Lò nung nghiêng về phía trước từ 12 đến 15 độ để lấy liệu và nghiêng về phía sau từ 5 đến 8 độ để hớt xỉ. Độ nghiêng phải hoạt động trơn tru, có thể điều khiển và đảo chiều được trong phạm vi thời gian chu kỳ cho phép.
Có hai hệ thống truyền động nghiêng phổ biến: xi lanh thủy lực (thiết kế cũ) và cơ cấu bánh răng và thanh răng dẫn động bằng động cơ điện xoay chiều (thiết kế mới). Cơ cấu bánh răng và thanh răng đáng tin cậy hơn trong môi trường nhiệt độ cao và tránh được nguy cơ rò rỉ của hệ thống thủy lực. MONTE INTELLIGENCE chỉ định sử dụng cơ cấu truyền động nghiêng bánh răng và thanh răng cho tất cả các hệ thống lắp đặt mới trên 60 tấn.
Cơ cấu nghiêng tựa trên vòng trục, là một chi tiết rèn bằng thép nặng được gắn trên bệ lò. Các ổ trục được làm mát bằng nước trên các lò lớn hơn để ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt do bức xạ từ vỏ lò. Phản hồi vị trí nghiêng được cung cấp bởi các bộ mã hóa tuyệt đối dự phòng, với các khóa liên động an toàn để dừng quá trình nghiêng tại các điểm đặt vị trí rót và hớt váng.
Hệ thống lỗ vòi đáy lệch tâm (EBT)
Các thiết kế lò điện hồ quang (EAF) hiện đại đều sử dụng hệ thống EBT vì chúng rót được 95% hoặc hơn lượng thép với lượng xỉ thải ra tối thiểu. Lỗ thoát EBT được đặt ở thành bên dưới, hơi lệch so với đường tâm bể. Lỗ thoát được lấp đầy bằng vật liệu đầm nén cát giữa các mẻ nấu và được mở bằng ống dẫn oxy khi rót thép.
Quá trình đầm cát ở lỗ thoát liệu EBT được tự động hóa trên hầu hết các lò điện hồ quang hiện đại. Máy đầm cát định vị lỗ thoát liệu, nén chặt cát ở áp suất từ 4 đến 6 bar và tạo hình cho lỗ thoát liệu. Chu kỳ đầm kéo dài từ 60 đến 90 giây. Tuổi thọ của lỗ thoát liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của bể và nhiệt độ thoát liệu, nhưng tuổi thọ điển hình của lỗ thoát liệu EBT là từ 200 đến 400 mẻ nấu trước khi cần tân trang.
Hệ thống hớt xỉ
Quá trình hớt xỉ loại bỏ lớp xỉ bị oxy hóa sau khi rót thép để làm sạch bể chứa cho mẻ nấu tiếp theo và thu hồi xỉ chứa sắt để tái chế. Lượng xỉ có thể chiếm từ 12 đến 18% trọng lượng thép sau khi rót, và một quy trình hớt xỉ tốt sẽ thu hồi được từ 80 đến 90% lượng xỉ đó dưới dạng xỉ có thể bán được hoặc làm nguyên liệu cho quá trình thiêu kết.
Có hai hệ thống hớt xỉ chính: thiết kế cửa xả xỉ (một cửa có bản lề trên thành lò mở ra để đổ xỉ) và thiết kế thùng chứa xỉ (một thùng di động được đặt bên ngoài lò để hứng xỉ khi lò nghiêng về phía sau). Thiết kế thùng chứa xỉ hiệu quả hơn và là tiêu chuẩn trên hầu hết các lò điện hồ quang hiện đại có công suất trên 60 tấn.
Các tấm làm mát bằng nước và đầu đốt/ống dẫn oxy
Các tấm làm mát bằng nước chiếm từ 70 đến 90% đường xỉ trên lò điện hồ quang hiện đại, phần còn lại là vật liệu chịu lửa. Lưu lượng nước làm mát các tấm rất quan trọng - lưu lượng không đủ dẫn đến cháy thủng tấm, lưu lượng quá mức sẽ lãng phí năng lượng.
Ống phun oxy thường là loại siêu âm làm mát bằng nước với vận tốc thoát ra từ 1,5 đến 3,0 Mach. Ống phun này bơm oxy để khử cacbon, bơm cacbon để tạo xỉ xốp và bơm vôi để xử lý xỉ. Các thiết kế lò điện hồ quang hiện đại sử dụng hai hoặc ba ống phun xuyên qua cửa xả xỉ hoặc thành bên, với hệ thống định vị tự động để tối ưu hóa điểm phun lên bể chứa kim loại nóng chảy.
Ghép lại với nhau
Thiết kế cơ khí của lò điện hồ quang (EAF) quyết định khả năng hoạt động, năng suất và chi phí vận hành của nó. Một lò EAF 100 tấn được thiết kế tốt có thể vận hành từ 8000 đến 9000 mẻ mỗi năm giữa các lần đại tu lớn. Một lò được thiết kế kém sẽ khó đạt được 5000 mẻ. Sự khác biệt không nằm ở hệ thống điện hay hệ thống điều khiển - những hệ thống đó đã hoàn thiện và được chứng minh. Sự khác biệt nằm ở vỏ lò, độ nghiêng, mái lò và lỗ thoát liệu.
MONTE INTELLIGENCE đã dành 20 năm để hoàn thiện các yếu tố cơ khí này. Truy cậpwww.cnlymonte.com/products-electric-arc-furnace.html Để xem ảnh lắp đặt và danh sách tham khảo. Để thảo luận bí mật về dự án lò điện hồ quang (EAF) tiếp theo của bạn, vui lòng gửi email đến helenxu@cnlymonte.com với tiêu đề "Thiết kế cơ khí lò điện hồ quang (EAF)".
