ELABORAREA OTELURILOR IN CUPTOARE ELECTRICE CU ARC Degazare in Vid

Cuptoare cu arc electric scurt istoricPosibilitatea folosirii energiei electrice ca sursa de caldura pentru topirea metalelor si aliajelor si pentru extragerea metalelor din minereuri, a fost prezentat inca din 1802 de catre V.V. Petrov, la numai 2 ani de la inventarea bateriei galvanice. De atunci si pan la realizarea cuptoarelor electrice industriale, dupa construirea primului generator puternic de curent alternativ de catre M.O. Dolivo-Dobrovolski (1891), a trebuit sa treaca un secol intreg. Primele cuptoare electrice introduce in otelarii dupa realizarea generatorului de current alternativ si a transportului energiei electrice la distanta au fost cele cu arc cu actiune indirecta. Cuptorul tip Stassano (1898) avand 2 electrozi de grafit si folosind current monofazat, s-a dovedit nereusit. A urmat cuptorul cu 3 electrozi asezati pe circumferinta si decalati la 120 si inclinati fata de planul orizontal cu aproximativ 7. Capacitoatea cuptoarelor era de 4 tone, din cauza ruperii electrozilor la incovoiere sub propria greutate, iar alte probleme fiind transmiterea caldurii greu prin startul gros de zgura la baia metalica, uzura rapida a captuselii refractare datorita radiatiilor puternice ale arcurilor electrice, pierderi mari de caldura si productivitati mici. Cuptorul tip Rennerfelt a incercat a dirija arcurile electrice spre baia metalica in scopul utilizarii mai bune a calduri, pentru protejarea captuselii refractare. Modificarea constructiva este introducerea unui al patrulea electrod prin bolta, dezavantajele intalnite si la celelate cuptoare nu au putut fi depasite, ceea ce a facut ca acest cuptor cu arc cu actiune indirecta sa nu mai prezinte interes pentru productia de otel. Cuptoarele cu arc cu actiune directa sunt cele care au contribuit la dezvoltarea productiei de otel cu ajutorul curentului electric. Cuptorul monofazic Girod, si alte constructii monofazice, bifazice sau trifazice au eolectrozii montati vertical in bolta, nefiind solicitati la incovoiere decat in timpul bascularii cuptorului, ceea ce a permis marirea diametrului electrozilor si totodata capacitatii cuptorului. Fiecare electrod se afla in circuitul unei faze si fiecare faza lucreaza independent: curentul electric trece de la electrod, prin arcul electric, la baia metalica pe care o starbate, circuitul inchizandu-se prin electrozii din vatra, care sunt din otel moale si raciti cu apa. Cuptorul cu vatra buna conducatoare de electricitate, bi- sau trifazic urmareste incalzirea uniforma a baii metalice pana la vatra ceea ce are importanta pentru desfasurarea reactiilor si pentru alierea otelurilor greu fuzibile

(ferowolfram, feromolobden etc). Problema era vatra conducatoare de electricitate care se executa si intretinea greu, conducea la accidente in exploatare, ideea fiind abandonata in timp. Cuptorul de tip Heroult trifazic, cu vatra neconducatoare de electricitate, facut din agregatul pentru electroliza aluminei, s-a raspandit cel mai mult contribuind la disparitia celor mono si bifazice. In anul 1902 Heroult a elaborat prima sarja industriala de otel (2.2 t in 10 ore, cu tarnsformator de 300kVA), iar din 1915 a devenit competitin din urmatoarele aspecte: complet robust, precis in functionare, conducere si intretinere usoara, mod simplu de producere a caldurii imediat deasupra baii metalice, in arc electric (cu peste 3300 C) si stapanirea sensului si vitezei reactiilor prin stapanirea temperaturii, si atmosferei cuptorului (oxidanta, neutra, reducatoare). Otelaria electrica are in dotare: - 2 cuptoare cu arc electric (CAE), capacitate de la 55 tone la 70 tone fiecare, puterea transformatorului 35 MVA, - 1 VAD-VOD, degazare si dezoxidare avansata cu aport de caldura de la arcul electric sub vid (VAD), decarburare avansata prin insuflare de oxigen sub vid (VOD) - 2 LF-uri (ladle furnace), instalatii de acumulare/mentinere si tratament sub vid a otelului lichid in oala de tratament cu capacitate de tratare de la 55 tone la 147 tone. - 6 cuve de turnare sub vid care permit turnarea lingourilor forjate de la 60 la 450 tone.

Dimensionarea cuptorului cu arc electric la IMGB

Cuptorul cu arc electric CAE este compus in principal dintr-o constructie metalica, captuseala refractara si instalatie electrica. Caracteristici generale ale cuptoarelor sunt prezentate in tabelul urmator:

Tabelul 1:CEA nr 2 3 Capacitate Tip constructive Zidarie Magneziocarbonica Magneziocarbonica Transformator 30MVA 30MVA Electrozi 500mm UHP 500mm UHP

55 70(73)t Bolta + Cuva - racite cu apa 55 70(73)t Bolta - racita cu apa

Alte caracteristici: Diametrul interior al cuvei = 5500 mm Diametrul electrozilor folositi = 500 mm Cercul de asezare al electrozilor = 1350 mm Inclinare pentru varsare otel = max 42 Inclinare pentru varsare zgura = max 15 Rotirea boltii = 54 Racirea elementelor cu apa Temperatura maxima la partea metalica a cuptorului de 300 C Izolare termica a cuvei cu caramida refractara ( vezi desenul de mai jos) si boltii Fig. 1 Sectiune cuptor 70 tone, partea refractara

Caracteristicile transformatorului sunt prezentate in tabelul 2 si tabelul 3. Tabel 2

Primar Tensiune [V]

Conexiune Treapta 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

35000

Secundar Primar Tensiune Curent Conexiune Treapta [V] [A} 450,53 37610 15 Y 435,41 39689 14 Y 414,69 41768 13 Y 395,03 12 Y 377,16 11 Y 360,82 10 Y 345,85 9Y 332,07 8Y 319,34 42245 7Y 307,56 6Y 296,61 5Y 286,42 4Y 276,9 3Y 268 2Y 259,64 1Y

Y

Secundar Tensiune Curent [V] [A] 265,88 37610 252,62 39689 239,42 41768 228,07 217,75 208,32 199,68 191,72 184,37 177,57 171,25 165,36 159,07 154,73 149,92

capacitatea de sarcina

120% 80% 40%

ajustare+ incarcare

topire

oxidare

dezox

Tabel 3P nominal [KVA] Primar Secundar 30000 30000 U nominal [V] 35000 450 I nominal [A] 495 37610 Numar de faze 3 3 Frecventa Supratemp Supratemp [Hz] ulei [0C] infasurari [0C] 50 60 50 55 25 Tmax intrare apa racire [0C]

Elaborarea otelurilor in cuptorul cu arc electric reprezentate sistematic in anexa 1 de mai jos presupune urmatoarele etape:ANEXA 1 Schema de elaborare oteluri de tip OLCAJUSTARE+REGLAJ ELECTROZI / ADJUSTMENT+ELECTRODES REGULATION (~20min) Ankerfrit ~8kg/t; Ankerjet ~3kg/t INCARCARE / SCRAP CHARGING (~10min) Bena primara ~45t; Var ~20kg/t; Cocs/Coke ~ 15kg/t TOPIRE / SCRAP CHARGE MELTING (~90min) Bene completare/Completion baskets (1-2);Var/Lime~20kg/t; CaF2 ~5kg/t; Cocs/Coke ~10kg/t; Grafit /Graphite~2kg/t INSUFLARE O2/O2 BLOW~6atm/500Nm3/h PROBA 1+TRAS ZGURA I / 1st SAMPLE+1st SLAG OFF (~5min) T0C 15600C [C] [Mn] [P] [S] [Cr] [C]sup+(0,15-0,25) 0,25-0,30 max 0,010 max0,030 max 0,20 OXIDARE / OXIDATION (~20min) Var / Lime ~15kg/t; CaF2 ~3kg/t; (FeMnst ~3kg/t)* Grafit / Graphite ~1kg/t; Insuflare oxygen / Oxygen blow 10-12atm/1200Nm3/h PROBA 2+TRAS ZGURA II / 2nd SAMPLE+2nd SLAG OFF (~5min) T 1620-16300C [C] [Mn] [P] [S] [Cr] ** [C]inf - (0,15-0,20) 0,10-0,15 Max0,008 max0,020 max 0,15 (10) NU/NO DA/YES

T-min 16800C - INSUFLARE GRAFIT / GRAPHITE BLOW (~2,5kg/t) TRAS ZGURA / SLAG OFF (min 90%) (~10min) DEZOXIDARE+ALIERE / DEZOXIDATION+ALLOYING (~10min) Var / Lime ~10kg/t; CaF2 ~2kg/t FeSi75~2kg/t; SiMn ~5kg/t PROBA 3+DIFUZIE + TRAS ZGURA/3rd SAMPLE+DIFUSION+SLAG DRAGGING (~10min) T 1650-16600C [C] [Mn] [Si] [P] [S] [Cr]* [C]inf - 0,05% 0,50-0,60 0,10-0,15 max0,010 max0,017 max0,20 (15) AMESTEC DEZOXIDANT/DIFUSSION MIXTURE (FeSi75(SiCa) ~1kg/t; Var/Lime ~2kg/t; Grafit/Graphite ~0,3kg/t) TRAS ZGURA (min 95%) EVACUARE/TAPPING (~5 min) T ~ 1720-17300C Sulfamin 603bazic ~2kg/t; FeSi75(SiCa)~2kg/t; Grafit/Graphite ***; FeMnHC****

Figura 2. Operatiuni in procesul de elaborare a otelului in cuptor cu arc electric

Incrcarea Materialelor

ncrcarea n cuptor

Topirea

ncrcare fier ncrcare fier vechi, var, vechi, var, feroaliaje feroaliaje n bene. n bene.

Descarcarea Descarcarea benelor benelor in cuptor. in cuptor.

Se topeste Se topeste ncrcatura cu ncrcatura cu ajutorul ajutorul Curentului Electric. Curentului Electric.

Rafinarea cu oxigen

Evacuarea

Se elimin Se elimin elementele elementele nedorite (P) din oel nedorite (P) din oel prin oxidare. prin oxidare.

Evacuarea n oal Evacuarea n oal a otelului pentru a otelului pentru Tratamenul Tratamenul secundar. secundar.

1. Pregatirea incarcaturii metalice

Bena primara (45m3) se pregateste asezandu-se pe suport dupa care i se verifica si inchide lacatul pentru deschidere (in cazul benelor cu lanturi). - incarcarea benei incepe cu fierul de vatra (tabla si/sau span) in cantitate de cca 5% din incarcatura care se aseaza uniform pe fundul benei astfel incat sa acopere sorturile benei. - in continuare se introduce fierul greu (max 40% din incarcatura). Acesta se aseaza cu electro-magnetul bucata cu bucata deasupra stratului de fier de vatra, astfel incat sa se evite rasucirea lor in timpul incarcarii cuptorului prin agatare cu lanturile benei. - deasupra stratului de fier greu se introduce varul cca 20kg/t si carburantul (cocs) ~10 kg/t. - apoi se introduce fierul mijlociu cca 10% - 15% din incarcatura (daca este disponibil). Daca momentan nu exista fier mijlociu, restul de incarcatura se completeaza cu fier usor. - se va obtine astfel in bena mare o cantitate de metal de cca 40 45t Benele de completare completarea incarcaturii metalice pana la cantitatea de incarcatura necesara se realizeaza cu 12 bene. Acestea vor contine fier vechi usor precum si diferenta de fondanti si carburant astfel incat sa se obtina un total de materiale de adaos pe toata incarcatura2. Ajustarea.

Operatie de readucere a profilului zidariei cuptorului in conditii de lucru in siguranta dupa evacuarea fiecarei sarje. Dupa fiecare evacuare a otelului cuptorul se readuce in fata spre usa de lucru, se curata zgura de pe prag si se verifica starea vetrei, pantelor, peretilor si stalpilor. Se sulfa cu oxigen orificiul de evacuare pentru curatarea de resturile de otel si zgura. Daca se constata formarea de lentila de otel, aceasta trebuie indepartata obligatoriu deoarece afecteaza in mod negativ si chiar poate duce la rebutarea din punct de vedere al analizei chimice a sarjelor ce urmeaza a se elabora. Avand in vedere ca in general fenomenul se produce dupa elabo-rarea de sarje inalt aliate (retopiri) cu tonaje ridi-cate (68-70t), obligatoriu dupa aceste sarje se vor elabora minim 3 sarje aliate NiCrMo.

Uzura peretilor se ajusteaza si se limi-teaza prin aplicarea unui strat de material refractar de uzura prin torcretare (tip Ankerjet - strat de 20-30mm) grosime in special in zonele calde de actiune ale arcului electric. Daca se constata uzuri pronuntate ale zidariei (grosimi de perete