ARK FIRINLARI VE KULLANIM YERLERİ

ARK FIRINLARI VE KULLANIM YERLERİ

         Ark fırınları demir,çelik gibi metallerin eritme işlemlerinde metalleri cevherlerinden ayırmada kullanılır. Fırınların kapasitesi 150 kg ile 200 ton arasındadır. Ark elektrodu düzeni bakımından üçe ayrılır

         Direkt ark ergitme fırınında ark, elektrotla ergitilecek malzeme arasında meydana gelir. Örtülü ark ergitme fırınında ise elektrot uçları ergitilecek metal içerisine gömülüdür. Bu tipe örtülü ark ergitme yada kapalı ark ergitme fırını denmektedir. İki elektrot arasında bulunan malzeme elektrik iletici durumundadır. Isı enerjisi, ark ve malzemenin direnci tarafından meydana gelir.

         Ark fırınları tek fazlı yada üç fazlı olarak yapılabilir. Küçük fırınlarda daha çok tek fazlı, büyük fırınlarda ise üç fazlı akım kullanılır. Ark her elektrotla metal arasında meydana gelir. Potadaki metal, adeta üç fazı yıldız şeklinde bağlar. Metalin kendisi de bu bağlantının nötr noktasını oluşturur.

         Fırının iç kısmı ateş tuğlası ile örülmüştür. Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen hamurun, gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır. Aşınma sadece refrakter astarda olur, belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir.

         Bu tip fırınlarda grafit veya karbon elektrotlar kullanılır. Fırınların kapasitesine göre elektrotların çapı 5 cm ile 100 cm arasında değişir. Grafit elektrotlarda akım yoğunluğu, karbon elektrotlara göre üç kat daha fazladır.

                                         Şekil 6.10 : Üç fazlı ark fırını

         Ark fırınlarında güç, gerilimin karesi ile doğru orantılı olarak değişir. Metal eridikçe fırına verilecek gücün, dolayısıyla gerilimin düşürülmesi gerekir. Bunun için primeri ayarlanabilen bir transformatör kullanılır. Genellikle bu transformatörün primeri yıldız, sekonderi üçgen bağlanır.

         Şekil 6.11’ de elektrotların yükseklik ve ark mesafesi ayarı görülmektedir. Fırının ilk çalıştırılmasında arkın meydana gelmesi için elektrotla fırın içindeki metalin birbirine değmesi gerekir. Bu anda şebekeden çok fazla akım çekilir. Sonraları metal erimeye başladığında, elektrotla metal arasındaki mesafenin değişmesi veya elektrotların ayarlanması gerekir. Elektrotların ayarı küçük ocaklarda elle, orta ve büyük kapasiteli fırınlarda otomatik kumanda ile yapılır. Otomatik kumanda elektro-mekanik sistemle de yapılabilir. Büyük fırınlarda genellikle, su yada hidrolik yağ basıncı ile çalışan elektro-hidrolik yada pnomatik sistem kullanılmaktadır. Elektrot bağlantı başları, fırındaki ısının dışarı çıkmasını önleyecek şekilde sızdırmazlık sağlanarak yapılır.

            Ark fırınlarına elektrik enerjisi bir ara transformatörden geçtikten sonra ara bara üzerinden dağıtım yapılarak, fırın şalterine ulaşır.  Elektrik enerjisi fırın transformatörü, kademe şalteri, şok bobinleri, sekonder çıkış baraları üzerinden suyla soğutulan esnek ( flexibil ) kablolar ile yine suyla soğutulan bakır borulardan elektrotlara taşınır.

         Arkla ergitme fırınlarında metal eridikçe fırının güç katsayısı düşer. Bu sebepten fırının çalışma zamanı ilerledikçe, kompanzatör sisteminden devreye kondansatör eklemek gereklidir.

Tablo 6.3 : Ark fırını kapasitesine bağlı olarak, kullanılabilecek transformatör güçleri ve gerilim sınır değerleri

Şekil 6.12’de 200 ton eritme kapasiteli elektrik ark fırınının perspektif görünüşü ve önemli parçalarının tanıtımı görülmektedir. Fırın küresel taban üzerine silindirik şekilde yükselen çelik gövdeye sahiptir. Reaksiyon bölgesi ateşe dayanıklı  refrakter tuğlalarla örülmüş ve çevresi, bir çatı bileziği ile çevrilmiş kaldırılabilir bir tavanla kaplanmıştır. Bu fırında eritilmiş metalin karıştırılması için statoru fırın tabanının altındaki kızak ortasına yerleştirilmiş bir elektromanyetik karıştırıcı mevcuttur.

Bir elektrik ark fırını yapılırken göz önüne alınması gereken önemli faktörler şunlardır:

☻ Eritilmesi istenen çeliğin ağırlığı

☻ Yatırım maliyeti

☻ Elektriksel gücün temin edilebilmesi

☻ Fırının gövde çapı 

☻ Diğer çelik üretim ekipmanlarıyla koordinasyon

         Şekil 6.12’de bulunan numaraların anlamları :

1)     Elektrot

2)     Elektrot tutucu

3)     Platform

4)     Tavan

5)     Tavan çerçevesi

6)     Fırın gövdesi

7)     Yedek kapı

8)     Çalışma alanı

9)     Fırın döndürme mekanizması

                 10)   Eğilme mekanizması

                 11)   Destek

                 12)   Dairesel destek

                 13)   Tavan ve platform asma taşıyıcısı

                 14)   Çıkış ağzı

                 15)   Enerji kabloları

                 16)   Karşı ağırlık şaftı

                 17)   Elektrotların ve elektrot tutucuların hareket mekanizması

                 18)   L şeklinde destek

                 19)   Kontak desteği

                 20)   Elektrot tutucu kolu

                 21)   Su soğutmalı akım taşıyıcı üniteler