HUTNÍ ZAŘÍZENÍ OCELÁREN Seminární práce č. 1 Téma: Konstrukce kyslíkových konvertorŧ a elektrických obloukových pecí VŠB-TUO, FMMI moje internetové stránky: http://marekherman.mypage.cz/ zpracoval: Marek Herman
OBSAH str. 1 KONSTRUKCE KYSLÍKOVÝCH KONVERTORŦ 2 1.1 Úvod 2 1.2 Historie konvertorů 2 1.3 Konstrukce LD konvertoru 4 1.3.1 Příklad konstrukce 160 t konvertoru a sklápěcího zařízení 6 1.3.2 Vyzdívky kyslíkových konvertorů 6 1.3.3 Kyslíková tryska 8 1.4 Porovnání konvertoru OBM s konvertorem LD 11 1.5 Konvertor Kaldo a rotorový pochod 11 2 KONSTRUKCE ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ (EOP) 13 2.1 Úvod 13 2.2 Historie EOP 12 2.3 Konstrukce EOP 13 2.3.1 Vnější plášť EOP 17 2.3.2 Víko EOP 17 2.3.3 Rameno elektrod 18 2.3.4 Kontaktní čelist 19 2.3.5 Odpichový ţlab 19 2.3.6 Elektrody EOP 19 2.3.7 Vyzdívky EOP 21 2.3.8 Pohybové mechanismy EOP 21 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY 23 1
1 KONSTRUKCE KYSLÍKOVÝCH KONVERTORŦ 1.1 ÚVOD Kyslíkový konvertor je hutnický agregát pro výrobu oceli. Má tvar hruškové nádoby se zuţujícím se hrdlem. Z vnější strany jsou po bocích umístěné nosné čepy, které jsou uloţené v loţiskách, čím umoţňují obousměrné naklápění okolo vodorovné osy. Kolmo na osu naklápění se na jedné straně nachází odpichový otvor pro vypuštění oceli. Struska se z agregátu vylévá přez protáhlou stranu hrdla. Vnitřní část konvertoru je vyzděná ţáruvzdornými materiály. Důleţitou konstrukční částí konvertoru je kyslíková tryska určená na distribuci technicky čistého kyslíku. 1.2 HISTORIE KONVERTORŦ Produkce v agregátu konvertorového typu sahá aţ do roku 1856, kdy anglický vynálezce Henry Bessemer navrhnul výrobu oceli v konvertoru hruškovitého tvaru s kyselou ţárovzdornou vyzdívkou na bázi křemíku. Při tomto procesu výroby oceli se do surového ţeleza foukal vzduch dnem konvertorové nádoby. Technologie je známa pod označením Bessemerŧv konvertor, resp. Bessemerŧv kyselý konvertor. Obr. 1: Bessemerův konvertor Angličan Sidney G. Thomas zaznamenal na patentovém úřadě v roce 1879 modifikaci Bessemerova konvertoru, kdy na ţárovzdornou vyzdívku pouţil zásadité (bazické) materiály. Tato technologie se nazývá Thomasŧv konvertor nebo zásaditý Bessemerŧv konvertor. 2
Obr. 2: Thomasův konvertor Myšlenka pouţití kyslíku při výrobě oceli v konvertoru je starší neţ 100 let, ale teprve koncem 40. let byly v Rakousku úspěšně dokončeny poloprovozní zkoušky. V roce 1952 v ocelárnách v Linci a Donavicích zahájili poprvé provoz kyslíkové konvertory s horním dmýcháním a proces byl nazván zkratkou LD. V roce 1968 vypracovala ocelárna Maxmilianshütte v Sulzbach-Rosenbergu v Německu způsob dmýchání čistého kyslíku dnem konvertoru. Pro nový pochod se v Evropě vţil název OBM /Oxygen Boden Maxhütte/, v Americe Q-BOP /Quick Basic Oxygen Process/. U nás byl vyvinut OXYVIT /Oxygen Vítkovice/. U kyslíkového pochodu se spodním dmýcháním jsou trysky ve dně konvertoru tvořeny dvěma soustřednými trubkami. Vnitřní trubkou se přivádí kyslík, mezikruţím plynné nebo kapalné chladící uhlovodíkové médium. Kyslíkovou tryskou jsou do lázně současně vháněny prachové struskotvorné přísady. Bylo zavedeno i kombinované dmýchání kyslíku. Kyslík se fouká pomocí vrchní trysky nebo i spodní trysky, která je chlazena uhlovodíky, přičemţ inertní plyn můţe být vháněný přez porézní tvárnice umístěné na dně konvertoru. Nejčastější typy jsou procesy LBE (Lance-Bubbling-Equilibrium = tryska pro rovnoměrné probublávání) a proces TBM (Thyssen-Blowing Metallurgy = metalurgie foukání Thyssen). 3
1.3 KONSTRUKCE LD KONVERTORU Vlastní kyslíkový konvertor sestává z nádoby konvertoru, nosného prstence, čepů, loţisek, sklápěcího zařízení s pohonem a stojanu. Kyslíkový konvertor se neustále vyvíjí. První konvertory měly kapacitu 30 t, hmotnost tavby největších současných agregátů je aţ 400 t. Stále více se projevuje snaha zmenšovat váhu a tepelné namáhání nádoby konvertoru, zlepšovat jakost vyzdívek, usnadňovat jejich výměnu a zlepšovat ovladatelnost agregátu. Plášť konvertorové nádoby je z ocelového plechu o tloušťce 30 aţ 90 mm. Pro snadnější opravy se u konvertorů do obsahu 150 t dělá dno odnímatelné. Z důvodu zachování dostatečné pevnosti konstrukce jsou nádoby větších konvertorů celosvařované. V hrdle konvertoru se nachází vylévací otvor. Úkolem hrdla je umoţnit plnění a vylévání konvertoru, odebírání vzorku kovu a strusky a jiné manipulace ve sklopené poloze tak, aby tekutý kov a struska nezalévaly dmýchací otvory při přerušeném dmýchání vzduchu. Dále má hrdlo zabránit nadměrnému výhozu kovu a strusky a v neposlední řadě má udrţovat uvnitř konvertoru v prostoru nad lázní malý přetlak a tím zabránit přisávání okolního vzduchu. Profilem pracovního prostoru se nazývá vnitřní tvar pracovního prostoru konvertoru vymezený ţáruvzdornou vyzdívkou. Změnou tloušťky vyzdívky je moţno poněkud upravovat vnitřní profil, aby se dosáhlo optimálních technologických a provozních podmínek zkujňovacího pochodu. Rozměry profilu pracovního prostoru jsou stanoveny pomocí empirických a poloempirických závislostí. Pro určení velikosti konvertoru existuje celá řada teoretických vztahů. Těleso konvertoru je pevně spojeno s nosným prstencem, ke kterému jsou přivařeny čepy. U konvertorů do 200 t můţe být sklápěcí zařízení jednostranné, u větších jednotek se pohánějí oba čepy. Těleso konvertoru je moţno sklápět o 270 aţ 360, rychlost naklápění je obvykle 0,1 1,5 ot/min. Pro zajištění stability naklápěného konvertoru je osa čepu otáčení nad těţištěm konvertoru. Sklopný moment se proto při sklápění konvertoru mění v širokém rozmezí podle obsahu konvertoru (vsázky), stavu ţáruvzdorné vyzdívky a polohy konvertoru (sázecí, zkujňovací, odpichová atd.). Pohon sklápění musí zajišťovat sklápění konvertoru, stabilizovat jej v jednotlivých polohách, umoţňovat urychlené a zpomalené sklápění a zachycovat setrvačné síly a zpětné rázy, způsobené nevyváţenými momenty během jednoho cyklu sklápění. Na obr. 3 je znázorněno schéma a rozměry konvertoru. Na obr. 4 je zobrazen LD konvertor o kapacitě 100 t. 4
Obr. 3: Schéma a rozměry konvertoru D vnější průměr d průměr lázně H celková výška h hloubka lázně Obr. 4: LD konvertor o kapacitě 100 t 1 nádoba konvertoru, 2 nosný prstenec, 3 čepy, 4 loţiska, 5 sklápěcí zařízení, 6 - stojan 5
1.3.1 PŘÍKLAD KONSTRUKCE 160 t KONVERTORU A SKLÁPĚCÍHO ZAŘÍZENÍ (obr. 5) Vlastní nádoba je celosvařovaná konstrukce a pomocí konsol je zavěšena v nosném kruhu. Nosný kruh je čtyřdílný, svařované konstrukce se zavařenými čepy pro uloţení a sklápění konvertoru. Připojení nádoby k nosnému kruhu je řešeno vodicími péry a klíny, umoţňující tepelnou roztaţnost nádoby vůči nosnému kruhu a přenášení klopicích momentů. Zařízení pro sklápění sestává z převodového ústrojí včetně 4 elektromotorů a brzd a je zavěšeno na prodlouţeném nosném čepu konvertoru a zajištěno proti otáčení torzním systémem. Tento systém zajišťuje správný záběr v ozubeném převodu a při výkyvech čepu konvertoru. Podpěrné sloupy omezují maximální dovolené naloţení hlavní převodové skříně. Zařízení ke sklápění konvertoru je tvořeno čtyřmi stejnosměrnými elektromotory, čtyřmi spojkami, dvoučelisťovými brzdami a elektrohydraulickým odbrzďovačem, čtyřmi předřazenými převodovými skříněmi a jednou hlavní převodovou skříní včetně mazacího zařízení. Kroutící moment je ze čtyř elektromotorů přes spojky předřazené převodové skříně a pastorky přenášen na velké ozubené kolo, naklínované na čepu konvertoru. Po vypadnutí jednoho elektromotoru nebo předřazené skříně můţe být při normálním provozu i při havarijním případě (ztuhlá vsázka) naklápěno třemi motory. Kopírovací přístroj a převodovka selaynu slouţí k sledování úhlu naklopení konvertoru. 1.3.2 VYZDÍVKY KYSLÍKOVÝCH KONVERTORŦ K vyzdívání kyslíkových konvertorů se pouţívá magnezitu, magnezitochromu a dolomitu. Vlastní vyzdívka stěn je tvořena vnější vrstvou z magnezitových, popř. magnezitchromových tvárnic nebo výdusky o stejném sloţení. Dále následuje tzv. mezivrstva, zhotovená obvykle dusáním dehtomagnezitové hmoty. Na tuto vrstvu navazuje pracovní, tzv. vnitřní vrstva, zhotovená z materiálu na bázi MgO, při čemţ jako pojiva je nejčastěji uţíván dehet. Předností magnezitových materiálů je velká odolnost proti oxidům ţeleza, předností dolomitických materiálů je zvýšená odolnost proti kyselé strusce. Vyzdívka dna konvertoru je tvořena třemi vrstvami, při čemţ vnější vrstva bývá ze šamotových nebo magnezitových cihel. Poté následuje vrstva z dehtodolomitické nebo magnezitodolomitické výdusky, příp. tvárnic stejného sloţení. Vnitřní vrstva je tvořena magnezitovými tvárnicemi či výduskou stejného sloţení. Vyzdívání stěn se provádí pomocí speciálního teleskopického stolu, vyzdívání dna se provádí mimo vlastní těleso konvertoru. 6
Obr. 5: Kyslíkový konvertor LD s naklápěcím ústrojím 7
1.3.3 KYSLÍKOVÁ TRYSKA Kyslíková tryska má pro vlastní pochod rozhodující význam a musí splňovat následující podmínky: - umoţňovat dmychání kyslíku s moţností pruţné regulace mnoţství, tlaku a vzdálenosti trysky od povrchu lázně - dosahovat co největší ţivotnost - moţnost rychlé výměny při poruše - zajištění proti vibracím a minimální hlučnost při provozu Vlastní kyslíková tryska je tříplášťová roura z bezešvých ocelových trubek a je zakončena vyměnitelnou měděnou hlavicí. Konstrukce kyslíkové trysky je znázorněná na obr. 6. Je připojena na pevné přívodní potrubí kyslíku a chladicí vody. Je zavěšena na elektricky poháněném zvedacím zařízení, které ji umoţňuje zvedat a spouštět. Posunování trysky a regulace tlaku a mnoţství kyslíku a chladicí vody se ovládají dálkově. Aby nenastala při nesprávné manipulaci havárie, jsou pohyby trysky blokovány na jednotlivé polohy konvertoru. V současné době se pouţívají trysky válcovité, Lavalovy nebo speciální trysky a to buď jednopramenné nebo vícepramenné. Víceotvorové trysky podmiňují rovnoměrnější pohyb lázně a vývin oxidu uhelnatého. Počet otvorů se pohybuje v rozmezí 3 aţ 5ti, příp. 5 aţ 7. Při malé vzdálenosti mezi otvory s osou trysky dochází k splývání jednotlivých proudů, čímţ je sniţován výsledný efekt. V případě opačném, tzn. ţe daný úhel je velký, potom se zmenšuje hloubka proniku proudu kyslíku do lázně a vytváří se plameny o vysoké teplotě, ohroţující vyzdívku konvertoru. Proto trysky u menších konvertorů mívají úhel, který svírají jednotlivé otvory se svislou osou 5 aţ 6, zatím co u trysek pro konvertory s hmotností tavby nad 100 t je úhel α = 8 10. Na obr. 7 je uvedeno schéma jednopramenné a třípramenné trysky. Na obr. 8 je znázorněna hlavice kyslíkové trysky. V roce 1979 byla zavedena v Japonsku technologie výroby oceli v konvertoru s rotující tryskou, nazvaná LD CL /Circling Lance/. Kyslíková tryska se pohybuje během foukání po kruţnici a intenzifikuje zkujňovací proces. Rychlost rotace je od 0,1 do 5 otáček za minutu, přičemţ poloměr otáčení je 0,4 poloměru konvertoru. Ţivotnost trysky by neměla být kratší neţ doba kampaně ocelářského agregátu. Ţivotnosti trysek jsou v závislosti na konstrukci, způsoby výroby i uţití různé. Nejvyšší ţivotnost trysek u LD konvertoru činí aţ 1500 taveb, nejniţší 100 300 taveb. 8
Obr. 6: Konstrukce kyslíkové trysky 1 přívod vzduchu, 2 přívod vody, 3 bezpečnostní ventil, 4 odvod vody, 5 přírubové pouzdro, 6 deska, 7 vodní usměrňovač, 8 bezpečnostní dorazový kolík, 9 kyslíkové potrubí, 10 mezikus usměrňovače, 11 měděná hlavice 9
Obr. 7: Uspořádání hlavic kyslíkových trysek a jednopramenné, b - třípramenné Obr. 8: Hlavice kyslíkové trysky 10
1.4 POROVNÁNÍ KONVERTORU OBM S KONVERTOREM LD Tvar konvertoru se spodním dmýcháním oproti LD konvertoru se vyznačuje menším měrným objemem a menším poměrem výšky k vnějšímu průměru. Aby se zabránilo exhalacím do prostoru haly je vlastní nádoba konvertoru umístěna do uzavřeného krytu. Kyslíkové konvertory se spodním foukáním kyslíku dávají moţnost předehřívání ocelového odpadu pomocí trysek ve dně konvertoru. Při foukání kyslíku spodem lze zpracovávat podstatně větší kusy šrotu neţ v LD konvertoru. Ţivotnost vyzdívky stěn konvertorů OBM bývá ve srovnání s LD obvykle poněkud vyšší, zato ţivotnost vyzdívky dna je niţší. Celkové uspořádání konvertoru při foukání kyslíku spodem dává moţnost úspornějšího řešení haly konvertorové ocelárny. Celkové pořizovací náklady oproti ocelárně s LD konvertory jsou při stejné výrobní kapacitě minimálně o 10 % niţší. 1.5. KONVERTOR KALDO A ROTOROVÝ POCHOD Označení konvertoru Kaldo vznikl sloučením prvé slabiky jména vynálezu BO Kalinga a závodu, kde byla postavena provozní jednotka Domnarvet. Ocel se vyrábí v rotujícím konvertoru pod úhlem 17 20, jejíţ otáčky se mění od 0 do 30 za min. Konstrukce konvertoru však umoţňuje různé naklonění nádoby při sázení nebo odpichu a výměnu nádoby. Kyslík je dodáván tryskou pod úhlem 25. Konvertor Kaldo umoţňuje zpracovávat surové ţelezo libovolného sloţení. Nevýhodou je značná spotřeba ţáruvzdorného materiálu, která je 3 4 krát větší neţ u kyslíkového konvertoru. Výhodou je především to, ţe je snadněji regulovatelný neţ vlastní kyslíkové pochody. Na obr. 9 je uspořádání Kaldo konvertoru. Zkujňovací proces, který vyuţívá ke zkujňování kyslíku a otáčivé bubnové pece je tzv. rotorový pochod. Vlastní zkujňovací nádoba má délku aţ 15 m a otáčí se kolem své podélné osy rychlostí 0,2 4 ot/min. Z jedné strany zasahují do pece dvě trysky, z nichţ jedna, tzv. primární, je ponořena do lázně a pomocí jí se fouká kyslík, zatím co druhá, tzv. sekundární, zasahuje do prostoru nad lázní s slouţí ke spalování oxidu uhelnatého. Změnou otáček rotoru lze za provozu měnit oduhličovací a odfosfořovací rychlosti. Výroba oceli v rotujících konvertorech a její různé obměny nemůţe prozatím soutěţit s pochodem LD, který je předčí hlavně velkým výkonem a jednoduchostí zařízení. 11
Obr. 9: Uspořádání Kaldo konvertoru 12
2 KONSTRUKCE ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ 2.1 ÚVOD Elektrická oblouková pec (EOP) je hutnický agregát pro výrobu oceli přetavením ze šrotu a kusového surového ţeleza. Zdrojem tepla v EOP je elektrický oblouk generovaný transformováním elektrického proudu o vysokém napětí (22 000 V) a nízkém proudu (80 300 A) na elektrický proud o nízkém napětí a velmi vysokém proudu (cca desítky tisíc A). Obloukové pece mohou být podle druhu napětí buď stejnosměrné nebo střídavé. Střídavé pece lze dále dělit na jednofázové a trojfázové. Podle povahy vyzdívky mohou být pece zásadité a kyselé. EOP můţeme rozdělit podle elektrických příkonů na: - běţné výrobnosti RP (regular productivity) - vysoké výrobnosti HP (high productivity) - velmi vysoké výrobnosti UHP (ultra high productivity) - extrémně vysoké výrobnosti SUHP (super ultra high productivity) Ocel se z EOP vypouští přez půdní nebo boční odpichový ţlab. Struska se z agregátu vylévá přez protáhlé struskové dveře. Vnitřní část obloukové pece je vyzděná ţárovzdornými materiály. 2.2 HISTORIE ELEKTRICKÉ OBLOUKOVÉ PECE Účinky elektrického oblouku na tavení vsázky objevil v roce 1800 Sir Humphrey Davy. Praktické vyuţití elektrického oblouku zavedl Sir William Siemens v roce 1878, který navrhnul, patentoval, zkonstruoval a řídil proces tavení kovové vsázky elektrickým obloukem. Sir William Siemens také popsal princip přímého oblouku (mezi elektrodou a vsázkou) a nepřímého oblouku (mezi elektrodami). Technologie tavení oblouku je však závislá od stabilní dodávky elektrické energie, která však ke konci 19. století nebyla zabezpečená. K rozšiřování EOP docházelo kontinuálně s rozvojem energetického průmyslu a rozvojem technologie výroby grafitových elektrod. První komerčně vyuţívaná EOP byla postavená v městě Heroult (UK) v roce 1899. Šlo o jednofázový typ EOP na stejnosměrný proud. Tato pec je zobrazena na obr. 10. Od roku 1910 do roku 1980 byla téměř kaţdá EOP postavena jako trojfázová, která pouţívala střídavý proud. 13
Obr. 10: Jednofázový typ EOP na stejnosměrný proud z roku 1899 2.3 KONSTRUKCE ELEKTRICKÉ OBLOUKOVÉ PECE Elektrickou obloukovou pec tvoří ocelový plášť, zevnitř opatřený ţárovzdornou vyzdívkou. Tavicí prostor pece je uzavřen snímatelným víkem pece, které se skládá z klenby ze ţárovzdorných tvárnic vyzděných do klenbového rámu kruhu víka. Pec má pracovní prostor a ocel se odpichuje přes odpichový ţlab. Elektrody jsou uchyceny drţáky a rameny drţáků elektrod. Pec je sklopná a otočná kolem vertikální osy. Při vsázení do pece pomocí sázecího koše shora se portál s víkem pece a elektrodami zvedne a pootočí směrem k odpichovému ţlabu. Přívod elektrického proudu je zabezpečen ohebnými měděnými vodou chlazenými kabely a vodou chlazenými měděnými trubkami nad rameny drţáků elektrod k elektrodám. Konstrukce EOP je znázorněná na obr. 11. Na obr. 12 je zobrazen pohled na 180 t EOP fy VAI. Na obr. 13 19 jsou zobrazeny vnější plášť EOP, víka EOP, ramena elektrod, kontaktní čelist, elektrody EOP. 14
Obr. 11: Konstrukce EOP 1 nístěj, 2 stěny, 3 víko, 4 odpichový otvor (ţlab), 5 struskové dveře, 6 drţák elektrod, 7 elektrody 15
Obr. 12: Pohled na 180 t EOP fy VAI 16
2.3.1 VNĚJŠÍ PLÁŠŤ EOP Vnější plášť EOP je vyrobený z ocelového plechu o tloušťce 15 30 mm. Pokud je EOP vybavená elektromagnetickým mícháním, musí být plášť vyrobený z nemagnetické austenitické oceli. V současnosti se dno se stěnami EOP nemontuje napevno, ale formou klínů. Toto řešení umoţňuje relativně rychlou výměnu nístěje EOP v případě opotřebení ţáruvzdorné vyzdívky. Obr. 13: Vnější plášť EOP 2.3.2 VÍKA EOP Moderní EOP pouţívají víka vysocehlinitá, zásaditá nebo vodou chlazená. - vysocehlinitá na bázi Al 2 O 3, 75 80 % Al 2 O 3 - zásaditá magnezitochromová - vodou chlazená chladnice v obvodové části, střed kolem elektrod se zhotovuje zednickým způsobem Chladnice jsou provedeny systémem trubka-mezera-trubka, chlazení je rozděleno do více chladících okruhů. Na vnitřní (pecní) straně trubkové konstrukce jsou navařeny trny, které slouţí jako drţáky ţáruvzdorného betonu nanášeného na celý povrch před uvedením do provozu. Hmotnost vodou chlazeného víka je menší neţ zděného. Průtočné mnoţství vody musí zabezpečit dostatečné chlazení bez vývinu páry aţ 200 m 3 /hod pro víko o průměru 6 m. 17
Obr. 14: Víko EOP 2.3.3 RAMENO ELEKTROD Rameno elektrod je nosičem elektrod, na které se napájejí kontaktní čelisti. Zhotovuje se z vodivého materiálu (Cu, Al). Obr. 15: Rameno elektrod 18
2.3.4 KONTAKTNÍ ČELIST Kontaktní čelist slouţí pro přívod elektrického proudu na tavící elektrodu. Čelisti jsou chlazené vodou, vyrábějí se z bronzu (cca 88 % - 91 % Cu a 9 % - 12 % Zn). Čelist má dva nálitky pro trubky, kterými se přivádí elektrický proud a přivádí a odvádí chladící voda. Obr. 16: Kontaktní čelist 2.3.5 ODPICHOVÝ ŢLAB Odpich oceli se uskutečňuje pomocí odpichového ţlábku, jehoţ délka v závislosti na konstrukci budovy elektroocelárny je 1 aţ 2 m. Ţlábek je zhotoven z ocelového plechu, vyzděn a vymazán ţárovzdorným materiálem (šamotem). 2.3.6 ELEKTRODY EOP Elektrody se upínají mezi dvě vodou chlazené čelisti, při čemţ vlastní uchycení se uskutečňuje stálým tlakem ocelové pruţiny, ovládané hydraulickým zařízením. Mechanismus pohybu elektrod se uvádí v činnost buď od stejnosměrných elektromotorů nebo hydraulických válců. Jejich úkolem je zajistit pohyb elektrod směrem nahoru a dolů, a to podle změny hodnot proudu a napětí na kaţdé fázi. Pohyb elektrod musí vykazovat dostatečnou rychlost v obou směrech pohybu, minimální zpoţdění mezi impulsem regulátoru a mechanismem pohybu, krátkou dojezdovou dráhu, jakoţ sniţování rychlosti pohybu při přibliţování skutečných hodnot napětí a proudu na elektrodách k hodnotám zvoleným. 19
Stálé opotřebování elektrod, změna výšky kovu v peci a klidné hoření oblouku vyţaduje snadný a rychlý posuv elektrod v obou směrech. U většiny stávajících obloukových pecí je pohyb elektrod ovládán automatickým regulátorem, který reaguje na změnu hodnot napětí a proudu, naměřených na elektrodách. Kaţdá fáze má tedy samostatný regulátor. Cena elektrod činní cca 40 000 Kč/1t pro RP a HP, aţ 100 000 Kč/1t pro UHP. Na EOP se většinou pouţívají grafitové elektrody. Poţadavky na grafitové elektrody: - nízký měrný elektrický odpor - odpovídající tepelná vodivost a tepelná roztaţnost - vysoká zatíţitelnost elektrody - nízká měrná spotřeba elektrod Další poţadavky na elektrody: - elektrody nesmí obsahovat přísady znečišťující ocel - dostatečná pevnost při nízkých i vysokých teplotách - hladký povrch - moţnost spojování elektrod pomocí tzv. spojek, vsuvek které se našroubují do závitu na čelní straně elektrody. Obr. 17: Elektrody EOP 20
2.3.7 VYZDÍVKY EOP U pŧdy pece (nístěje) je vyţadována těsnost vůči pronikání oceli a odolnost proti vyplouvání. Půda se podílí na fyzikálně-chemických reakcích, je silně namáhána tepelně i mechanicky (během sázení ocelového odpadu). Poţadovaných vlastností půdy se dosahuje vhodnou kombinací tloušťky a provedení izolační vrstvy, magnezitových cihel a pracovní vrstvy. Pracovní vrstva je tvořena hutným, objemově stálým a dobře slinutým monolitem. Zhotovuje se z jemně drceného magnezitového slinku (nebo magnezitodolomitového). Vyzdívka stěn pecí je rovněţ namáhána změnami teplot v důsledku hoření oblouků, mechanickým pnutím při klopení pece a dalšími faktory. Provedení stěn EOP a jejich vyzdívání je moţno rozdělit do dvou skupin podle způsobu odvodu tepla z pracovního prostoru pece: - odvod tepla pláštěm pece do jejího okolí, přičemţ vlastní magnezitové zdivo je od pláště v různé míře tepelně izolováno - vyuţití vodních chladičů (velkoplošných), které odvádějí teplo z převáţné části pracovního povrchu pece, který je zde tvořen pouze tenkou vyzdívkou případně nástřikem keramické hmoty či garnisáţi na chladičích. Pouţití chladičů umoţňuje plné vyuţití výkonu UHP pecí a tedy vyšší výrobnost, menší spotřebu ţáruvzdorného materiálu - vodou chlazené panely se konstruují nejčastěji jako trubkové (průměr trubek 70-90 mm), síla stěny je 8 aţ 10 mm a musí být dostatečně odolné proti mechanickým vlivům (sázení), na druhé straně musí zajišťovat rychlý přestup tepla do chladící vody. Vyrábějí se z oceli s dobrou tepelnou vodivostí. 2.3.8 POHYBOVÉ MECHANISMY EOP Nedílnou součást obloukových pecí tvoří pohybové mechanismy, zahrnující sklápěcí mechanismus, natáčecí zařízení nístěje a mechanismy pro sázení pece horem. EOP jsou konstruovány vesměs jako oboustranně sklopné, tj. s moţností sklápění na stranu odpichovou i sázecí. Střední a velké pece se sklápějí kolem ocelových kruhových segmentů, připevněných k plášti. Sklápěcí mechanismus bývá elektrický nebo hydraulický. Rychlost sklápění musí být regulovatelná. Na odpichovou stranu se dá pec obvykle naklápět aţ o 45, na stranu pracovní plošiny o 10 aţ 15. Schéma spodních mechanismů na sklápění pece je na obr. 18. U některých větších pecí lze natáčet nístěj i okolo svislé osy, při čemţ rozsah natáčení na obě strany pece bývá 30. Před kaţdým natočením nístěje se musí zvednout elektrody, aby nedošlo k jejich ulomení. Natočením nístěje se zabezpečuje rychlejší natavení vsázky a šetří se vyzdívka. Zaváţení vsázky u EOP se provádí pomocí sázecích košŧ nebo sázecích strojŧ. V průběhu zaváţení vsázky musí být elektrody zvednuty, aby nedošlo k jejich poškození. Aby zaváţení vsázky bylo co nejkratší, stále častěji je vsázka zaváţena horem a to hlavně u velkých pecí. Při této technologii se celý objem vsázky nasype do pece zpravidla najednou (u malých pecí) nebo na dvakrát (u velkých pecí). 21
Sázení horem vyţaduje moţnost odstranit víko pece před započetím sázení. Otevírání pece se můţe provádět buď vyjíţděním nístěje či klenby, anebo otáčením klenby o 180. Před sázením shora musí být zvednuty elektrody a klenba pece a teprve poté dochází k posunu nístěje či klenby. Vyjíţdění nístěje vyţaduje výkonné posuvné zařízení, zato není nutno prodluţovat silnoproudé elektrické vedení. Naproti tomu při vyjíţdění klenby se ve srovnání s předchozím typem zařízení projevují výhody a nevýhody v opačném směru. Navíc dochází při posunu klenby k otřesům vyzdívky a tím i sníţení její ţivotnosti. Obr. 18: Schéma spodních mechanismů na sklápění pece 22
Pouţitá literatura: [1] Chocholáč, M., Rozum K., Mikolajek J. aj. Algoritmizace hutní výroby. VŠB-TU Ostrava, 1980, 1. vydání, 342 s. [2] Mikolajek, J. Zařízení oceláren. I. díl. VŠB-TU Ostrava, 1985, 1. vydání, 209 s. [3] Příhoda, M., Hašek P. Hutnické pece. VŠB-TU Ostrava, 1983, 1. vydání, 367 s. [4] Broţ, L. aj. Hutnictví ţeleza. SNTL Praha, 1988, 1. vydání, 460 s. [5] Parma, V. Ocelářství II. VŠB-TU Ostrava, 1980, 1. vydání, 186 s. [6] Meluzin, L. Stroje a zařízení. VŠB-TU Ostrava, 2002, 23 s. Dostupné z: (http://www.fbi.vsb.cz/shared/uploadedfiles/fbi/zelezo.pdf) [7] Výroba ocele v kyslikovom konvertore. Studijní texty. Technická univerzita Košice. Dostupné z: (http://oceliarstvo.ic.cz/kk/index.html) [8] Michalek, K. Elektrometalurgie a výroba feroslitin. Studijní opora. VŠB-TU Ostrava, 2008, 185 s. Dostupné z: (https://www.fmmi.vsb.cz/shared/uploadedfiles/fmmi/618-michalek- Elektrometalurgie-a-vyroba-feroslitin.pdf.pdf) [9] Elektrometalurgia výroby ocele. Studijní texty. Technická univerzita Košice. Dostupné z: (http://oceliarstvo.ic.cz/eop/index.html) 23