Sistem elektrolučnog zagrevanja

1 UVOD

Elektrolučno zagrevanje se koristi kod elektrolučnih peći za proizvodnju čelika. Pretvaranje električne energije u toplotnu, kod elektrolučnih peći (ELP) vrši se električnim pražnjenjem u gasovitoj sredini ili vakumu. Ovakvim pražnjenjem moguća je velika koncetracija gustine snage i dobijanja izrazito visokih temperatura. Zbog velike koncetracije gustine snage na relativno maloj zapremini, kod elektrolučnog zagrevanja nije moguće ravnomerno zagrevanje metala, te se lučne peći koriste za topljenje metala, a ne za termičku obradu.
Slika 1.1 Presek kroz elektrolučnu peć

2 ELEKTROLUČNE PEĆI

Elektrolučna peć je električna peć u kojoj se sirovo gvožđe topi električnim lukom. Ovo je moderniji postupak dobivanja legiranih čelika u kojima je udeo drugih metala(legiranih elemenata) veći od 5%. Elektrolučna peć se obično sastoji od vatrostalnog omotača u koji se stavlja šarža(metalni ostaci koji će se topiti). Tri velike elektrode, najčešće od grafita, se nalaze na specijalnim spajalicama strukture koja omogućava dizanje i spuštanje elektroda zavisno od zahteva.
Nakon što se peć napuni šaržom topljenje počinje spuštanjem elektroda da bi se upalio električni luk između elektroda i šarže. Toplota generisana sa tri električna luka osigurava topljenje i rafinisanje šarže. Energija koja se oslobađa u tom procesu procenjuje se na 100MJ/cm³ po volumenu električnog luka pri strujama od 60 kA što rezultira temperaturama od oko 10000ºC u sredini luka.
Pojavom električnog luka započinje proces topljenja koji se odvija u dve faze.
U prvoj fazi (faza topljenja) koja traje oko 25min, potrošnja peći je neravnomerna.
Druga faza (faza rafinacije) ima ravomerniju potrošnju i traje oko 30min. U drugoj fazi otopljena šarža se zagrejava do potrebne temperature, ubacuju se drugi materijali potrebni za finalni proizvod.
Kapacitet elektrolučne peći određen je njenim unutrašnjim promerom, koji može iznositi od 2m do 7m. Zavisno od promera peći, masa punjenja se kreće od 2,7 do 155 tona a kapacitet transformatora od 1500 do 35000 kVA. Ove peći su kontrolisane tako da se mogu naginjati i na prednju stranu (za uklanjanje troske) i na zadnju stranu (za izlivanje čelika).
Oblik peći je valjkastog oblika. Telo peći se sastoji od čeličnog ognjišta (zakovanog ili zavarenog) i vatrostalne obloge. Plašt kao sastavni deo peći je osetljiv na iskivljavanje. Dno plašta je ravno. Na slojeve šamotnih opeka postavljeni su slojevi magnezitnih (bazične peć) ili silikatnih opeka (kisele peći), zatim granulirani materijal poda i stranica ognjišta: magnezitna mešavina (bazične peći) ili kvarcni pesak (kisele peći). Iznad ognjišta valjkasti zid peći ozidan je silikatnim opekama; blago zakrivljeni svod takođe je izveden od silikatnih peka. Elektrolučna peć se može puniti kroz vrata s prednje strane ili odozgo, pomicanjem svoda na stranu. Ispred svake elektrolučne peći mora biti postavljena plamena peć za sušenje dodataka, kako vlaga u njima nebi izazvala eksplozije ili upijanje vodonika u čelik. Na strani izlivanja čelika postavljena je mosna dizalica ( nosivosti 100t za 60t čelika).
Slika 2.1 Čeličana sa dve elektrolučne peći

3 PODELA ELEKTROLUČNIH PEĆI

Elekrolučne peći se mogu podeliti u više grupa:

1.Peći sa direktnim delovanjem luka; Luk gori između vertikalnih elektroda i metala-šarže. Ovakve peći predstavljaju moćne agregate, snage preko 100 MVA i upotrebljavaju se za proizvodnju alatnih čelika, visokolegiranih i brzoreznih čelika, za topljenje čeličnog liva. Šarža se sastoji od otpada ili delimično rafinisanog čelika ili istopljenog gvožđa iz elektroredukcionih ili kupolnih peći. Ovakve peći predstavljaju proizvodne kapacitete sa diskontinuiranim procesom proizvodnje. Izvode se kao trofazne sa lukom-elektrodom u svakoj fazi. Elektrode ravno prolaze kroz svod peći i obešene su vertikalno. Elektrode se nalaze iznad šarže, tako da je luk koji se formira između elektroda i šarže otkriven i direktan. U upotrebi su grafitne i ugljene koje se u procesu proizvodnje troše 5 do 9 kg po toni proizvoda. Za efikasnu eksploataciju peći od velikog je značaja mogućnost pomeranja elektroda. Pomeranje elektroda naviše ili naniže ostvaruje se samostalno za svaku elektrodu posebno pomoću mehanizma za pomeranje elektroda. Režimski uslovi dizanja i spuštanja elektroda moraju biti u direktnoj vezi sa uslovljenim zahtevom za tu operaciju.

2.Peći sa posrednim ili indirektnim delovanjem luka; Luk se uspostavlja između elektroda koje su postavljene na suprotnim krajevima horizontalno u cilindričnoj čeličnoj komori koja je obložena vatrostalnom oblogom, a toplota se šarži predaje uglavnom zračenjem. Obično služe za topljenje metala i legura sa nižom tačkom topljenja. Snaga im je reda 500-600 kVA i najčešće se izrađuju kao monofazne.

3.Peći sa pokrivenim lukom ili lučno-otporne; Luk gori u gasovitom prostoru unutar šarže, koja se može smatrati kao otpornost redno ili paralelno vezana sa lukom. Električna otpornost šarže je velika, te je toplota razvijena u njoj značajna. Ovakve peći se nazivaju redukcione i služe za dobijanje sirovog gvožđa, umesto visoke peći.