Valokaariuunin savukaasujen hallinta ja imutehojen optimointi

Parantunut sulatustehokkuus on lisännyt savukaasujärjestelmien vaatimuksia. Savukaasujärjestelmien tarkoituksena on kerätä prosessissa muodostuneet savukaasut savukaasulaitokselle puhdistettavaksi. Valokaariuunissa savukaasuja muodostuu hapetusreaktioiden tuloksena sekä erilaisten aineiden haihtuessa romujen pinnalta. Lisäksi savukaasujen mukana kulkeutuvat suuret pölymäärät. Pääasiallisesti pölyjen ja eri savukaasujen, kuten hiilimonoksidin, päästömääriä rajoitetaan erilaisten lakien ja säännösten avulla. Toisaalta liian suuret imut savukaasujärjestelmässä aiheuttavat lämpöhäviöitä, raaka-aineiden poistumista pölyjen mukana sekä vuotoilman määrän kasvua. Vuotoilmojen määrän kasvu edesauttaa kromin kuonautumista aiheuttaen raaka-ainehävikkiä ruostumattoman teräksen valmistuksessa. Myös korkeat savukaasujen lämpötilat savukaasukanavassa voivat pahimmillaan heikentää savukaasujen puhdistusjärjestelmää esimerkiksi suodatinpussien palamisen takia. Lämpötilojen suhteen tarkoitus on sekä varmistaa riittävä hapen saanti jälkipalamiseen kovilla imutehoilla että vähentää turhan lämmön siirtymistä primäärikanavaan. Rajoitusten takia on tärkeää säätää imutehokkuutta savukaasujen muodostumisen mukaan. Tämän diplomityön tarkoituksena on optimoida imutehot sulatuksen vaiheeseen nähden. Outokumpu Stainless Oy:llä valokaariuuni 2 savukaasujärjestelmä koostuu kolmesta osasta: primääri- ja sekundäärikanavasta sekä savukaasulaitoksesta. Primäärikanava alkaa valokaariuunin holviin kiinnitetystä käyrästä, jonka ensimmäisessä käännöksessä olevasta raosta imetään vuotoilmaa jälkipalamiseen. Sekundäärikanavaan imetään savukaasu–ilmaseosta sulatushallin kattoon asennetusta huuvasta. Ne yhdistyvät juuri ennen savukaasulaitoksella sijaitsevia suodatinpusseja, joiden avulla savukaasut puhdistetaan. Imutehot luodaan suodatinpussien jälkeen sijoitetulla kolmella keskipakopumpulla. Molemmissa savukaasukanavissa sijaitsee säätöpelti. Säätöpeltien ja uunin alipaineen säätötaulukon avulla ohjataan savukaasukanavan imutehokkuutta. Uunin alipaineen säätötaulukolla määriteltiin alipaine karkeaerottimelle. Säätötaulukossa jokaiselle valokaariuunin jänniteparille pystyttiin määrittelemään omat arvonsa jänniteportaan keston suhteen. Tässä diplomityössä testattiin kahta eri sekundäärikanavan säätöpellin asentoa sekä kolmea eri arvoja sisältävää uunin alipaineen säätötaulukkoa valokaariuuni 2:lla. Sekundäärikanavan säätöpellin asento oli määritelty pysyväksi ennen muutoksia 70 % auki muuna aikana paitsi panostuksen ja kalkin injektoinnin ollessa käynnissä. Sen arvo muutettiin aluksi 60 % ja sitten 66 % primäärikanavan imutehokkuuden parantamiseksi sekä riittävän hallin ilman puhdistuksen varmistamiseksi. Ensimmäiseen uunin alipaineen säätötaulukkoon oli lisätty alipainetta lähes jokaiselle jänniteporrasparille. Toiseen taulukkoon lisättiin alipainetta suuremmille jänniteportaille, mutta pienennettiin sitä pienille jänniteportaille. Kolmannessa säätötaulukossa pienien jänniteportaiden arvoja pienennettiin toista säätötaulukkoa enemmän. Näistä taulukoista kerättyä dataa verrattiin alkuperäisen taulukon aikana kerätyn datan kanssa. Saatujen tulosten perusteella savukaasujen lämpötilahälytysten määrää saatiin vähennettyä sekä niihin kulunut aika väheni yli kolmella tunnilla testien käytön aikana verrattuna alkuperäiseen. Kolmannessa taulukossa sulatuksen keston keskiarvo oli lyhentynyt kolme minuuttia alkuperäisestä, tonnia kohti käytetyn sähköenergian määrä putosi 6 Wh/t·°C sekä kromia kuonautui vähemmän. Karkeaerottimen paineella ei kuitenkaan täysin pystytty ohjaamaan valokaariuuni 2:n painetta. Tästä diplomityöstä on hyötyä valokaariuunin savukaasujärjestelmän toiminnasta kiinnostuneille sekä sen imutehojen määrän optimoimista suunnitteleville. Lisäksi tietoa löytyy kromin käyttäytymistä ja valokaariuunin paineen suhdetta tutkiville.Improved melting efficiency has increased the number of requirements to an exhaust gas system. The aim of the exhaust gas system is to gather all the gas formed in the process and transfer them to a off-gas plant. In the electric arc furnace (EAF) the gases are mainly formed as a result of the oxidation reactions and evaporation of volatile materials on the surface of the scrap. In addition there are lot of dust carried by the off-gases. The amount of the discharged dust and off-gases like CO is restricted by different laws and regulations. On the other hand too strong suction effect cause heat and raw material losses and increase air infiltration into the EAF. The more air infiltrated into the furnace, the more possibilities there is to chrome slagging. It’s an undesirable effect in the stainless steel industry. The high gas temperatures in the exhaust gas ducts can also weaken the gas purification system by burning some of the filter bags. The purpose at the temperature control is to secure the level of oxygen supply by stronger suction and decrease the unnecessary heat transfer into the primary duct by weaker suction. Therefore, it is important to adjust the suction effect according to the formation of gases. The aim of this master’s thesis is to optimize the suction effect according to the stages of melting. The exhaust gas system at EAF 2 in Outokumpu Stailess Oy consists of three parts: a primary and a secondary duct and a combustion gas plant. The primary duct begins from an elbow attached to the roof of the EAF. Between the elbow and the furnace exist a gap where air is infiltrated for a post combustion. Into the secondary duct a mixture of gases and air is sucked by the canopy situated at the roof of the melting hall. These two ducts join before the bag filters, which are located in the combustion gas plant. The suction effect is created by three centrifugal fans situated after the bag filters. There is adjustable plate in both of the ducts. The adjustable plates and a setting matrix of the negative pressure in the furnace control the suction effects in the ducts. The setting matrix of the negative pressure in the furnace defines the negative pressure in a drop-out box next to EAF. In the control matrix the value of the negative pressure and its duration was able to be set to every pair of voltage levels. In this master’s thesis two different positions of the adjustable plate in the secondary duct and three different set of values at the control matrix in EAF 2 were tested. Before the changes, the adjustable plate in the secondary duct was directed to 70 % position at other time excluding charging and lime injection. The position was changed first to 60 % and then to 66 % in order to improve the suction effect at the primary duct and to ensure clean factory atmosphere. In the first version of the setting matrix the values for every pair of voltage levels were lower than in the original one. In the second the values for higher voltage levels were lower but for the lower voltage levels they were higher. In the third the lower voltage levels were the highest and higher level values were same than in the second. The data collected during the use of these three versions were compared to the data collected during the original settings. According to the results the amount of temperature alerts of the combustion gas decreased and the duration of the alerts was shortened by over three hours during the test compared to original version. In addition in the third version the average of the duration of the melting was shortened by three minutes from original, the used electrical energy per ton of charged material was decreased by 6 Wh/t·°C and slagging of the chrome decreased. Nevertheless, the negative pressure at the coarse separator couldn’t properly control the negative pressure in EAF 2 at neither one of the versions. This master’s thesis can prove to be beneficial for persons interested in exhaust gas systems and for researcher planning to optimize its suction effect. In addition information of the relation between chrome behavior and the pressure in EAF can be found