Tanur Listrik Kelistrikan DC: Teknologi Pembuatan Baja Elektroda Tunggal yang Efisien
Tanur Listrik Kelistrikan DC
Tanur listrik kelistrikan (DC) EAF adalah tanur untuk pembuatan besi primer yang mewakili konsep berbeda dalam desain tanur listrik. DC-EAF hanya memiliki satu elektroda yang bertindak sebagai katoda dan arus mengalir dari elektroda grafit ini ke anode yang dipasang di dasar tanur. Elektroda grafit tunggal mengeksploitasi transfer panas yang sangat efisien dari busur yang dihasilkan antara elektroda grafit atas dan anode yang disediakan oleh muatan tanur. Tampilan tipikal DC-EAF ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Tampilan tipikal DC-EAF
Tanur busur DC-EAF biasanya terdiri dari cangkang baja silinder yang dilapis refraktori, dengan elektroda grafit sentral yang ditempatkan secara vertikal melalui pembukaan di tengah atap. Koneksi anode di dapur tanur dalam kontak langsung dengan lapisan baja cair yang ditutupi oleh lapisan lumpur cair. Energi disediakan melalui busur plasma terbuka (Gambar 2) yang dihasilkan antara ujung bawah katoda dan permukaan atas lumpur terleleh. Setidaknya bagian tengah permukaan lumpur terbuka. Karena tanur diberi daya listrik, suhu sangat tinggi (di atas 1500 derajat C) dapat dicapai.
DC-EAF adalah alternatif untuk EAF berbasis AC (arus bolak-balik). Keluaran transformator UHP (daya ultra tinggi) dikonversi ke DC menggunakan pengubah daya biasanya tiristor yang terhubung jembatan. DC-EAF dilengkapi dengan sistem pengubah daya daya tinggi yang dapat dikontrol memastikan busur yang stabil dalam semua kondisi, pada rating daya maksimum yang mungkin. Busur dalam DC-EAF adalah jet panas berkecepatan tinggi yang berkelanjutan, didorong oleh percepatan elektromagnetik (efek Maecker) di daerah sempit di akar busur pada permukaan elektroda. Busur dihasilkan oleh interaksi antara aliran fluida, medan termal, dan medan elektromagnetik. Gaya elektromagnetik yang mengecil sendiri menjaga jet plasma supersonik yang diatasi panas ini (Gambar 2) cukup kohesien. Reaktor DC digunakan untuk menstabilkan busur lebih lanjut. Selain itu, permukaan mandi cair (ataidak sebagian permukaan di zona pemasangan busur) terbuka, yaitu pada dasarnya tidak ditutupi oleh bahan masukan yang tidak bereaksi. Diagram skematis DC-EAF ditunjukkan dalam Gambar 2.
Gambar 2 Diagram skematis DC EAF
DC-EAF memiliki beberapa persyaratan unik dibandingkan tanur AC selain perbedaan yang jelas dalam pasokan daya listrik. Fitur penting DC-EAF adalah (i) desain yang kokoh dan andal, (ii) fleksibilitas tinggi terhadap bahan muatan (iii) densitas arus dan penggunaan daya tinggi, (iv) stabilitas busur tinggi, (v) kualitas daya yang baik bahkan dalam kondisi jaringan lemah, dan (vi) kontrol tegangan dan arus secara independen. Karakteristik lain DC-EAF dibandingkan AC-EAF adalah sebagai berikut.
Pengembangan Teknologi Tanur Busur DC
Umumnya dipercaya bahwa tanur busur DC adalah perkembangan terbaru. Ini hanya benar secara garis besar. Sudah pada tahun 1881 di Jerman dan 1885 di Swedia, tanur leleh dijelaskan yang menggunakan teknologi DC. Tanur ini memiliki dua pendekatan penglelehan yaitu (i) konsep busur membakar antara elektroda grafit dan muatan logam, seperti yang digunakan saat ini, dan (ii) usulan busur membakar antara dua elektroda yang disusun secara horizontal, dalam kasus ini melelehkan muatan hanya dengan radiasi. Karena pada waktu itu tidak ada pengubah daya DC dengan arus tinggi yang cepat dan dapat dikontrol maupun solusi untuk masalah kehilangan panas termal yang tinggi, tanur busur DC tidak dapat dikembangkan menjadi unit yang layak untuk operasi dalam kondisi industri yang berlaku.
Pada awal tahun 1970-an, teknologi DC dikembangkan hingga tingkat yang memungkinkan untuk menggunakan teknologi ini untuk tanur busur. Penerapan teknologi ini menciptakan generasi baru tanur busur untuk digunakan di industri pembuatan baja, serta di sektor leg ferro dan logam non-ferrous. Tanur DC dengan elektroda grafit tunggal mengeksploitasi transfer panas yang sangat efisien dari busur yang dihasilkan antara elektroda grafit atas dan anode, yang disediakan oleh muatan di dalam tanur. Penerapan yang berhasil pada tahun 1980-an dan 1990-an mendirikan keuntungan penglelehan dan peleburan tanur DC.
Fitur Desain Dasar
Dalam DC-EAF energi listrik dikonversi menjadi energi termal terutama oleh busur, yang terbentuk antara ujung elektroda atas dan mandi lumpur. Atas elektroda terhubung sebagai katoda, dan sistem konduktif dasar terhubung sebagai anode.
Tanur DC hanya memiliki satu tiang elektroda dan satu elektroda grafit. Elektroda ini bertindak sebagai katoda. Oleh karena itu atas tanur lebih sederhana dan ada lebih sedikit komponen yang harus dirawat dalam kasus DC-EAF dan secara umum memiliki lebih sedikit komponen untuk dirawat dibandingkan desain AC. Elektroda terleleh selama operasi pembuatan baja dan harus diperpanjang dengan potongan baru. Tiang elektroda digunakan untuk pengaturan elektroda. Karena hanya ada satu elektroda kehilangan grafit karena oksidasi lebih rendah dibandingkan tanur busur AC.
Untuk elektroda atas ada persyaratan khusus untuk grafit dan membutuhkan grade grafit khusus. Persyaratan khusus dibandingkan grafit untuk elektroda AC-EAF adalah (i) memiliki koefisien ekspansi termal lebih rendah, (ii) memiliki resistivitas spesifik elektroda lebih rendah, (iii) memiliki konduktivitas termal melintang yang ditingkatkan, (iv) memiliki koefisien ekspansi termal lebih rendah, dan (v) memiliki homogenitas dan kekasaran yang ditingkatkan. DC-EAF membutuhkan sistem pendingin yang efektif di area atap dan dinding samping untuk mengatasi efek lumpur cair panas dalam kontak langsung dengan material refraktori dan radiasi termal yang meningkat.
DC-EAF namun, membutuhkan elektroda kembali, anode, untuk melengkapi sirkuit listrik. Anode ini biasanya disebut sebagai elektroda dasar karena terletak di dasar cangkang tanur. Tanur beroperasi dengan telur panas untuk memastikan jalur listrik ke anode kembali. Beberapa desain berbeda tersedia untuk elektroda kembali dasar termasuk elektroda kembali pin logam dengan refraktori non-konduktif, elektroda balok, elektroda sirip logam, dan dasar refraktori konduktif. Ini ditunjukkan dalam Gambar 3.
Gambar 3 Berbagai jenis konfigurasi anode dasar
Dalam kasus kontak refraktori yang mengkonduksi, lapisan refraktori di tengah dasar tanur bertindak sebagai anode. Dasar memiliki flange lingkar yang terletak di dalam saluran lingkar yang di las ke cangkang tanur. Di dalam saluran, flange didukung oleh blok keramik yang diuatkan serat. Ruang di antara saluran, blok pendukung, dan flange diisi dengan campuran rammi refraktori. Ini mengisolasi dasar secara listrik dari sisa cangkang tanur seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.
Dasar tanur bulat terbuat dari baja suhu tinggi. Plat tembaga lingkar di-bolt langsung ke dasar tanur. Empat terminal tembaga meluas ke bawah melalui dasar tanur dari plat tembaga dan terhubung ke kabel fleksibel yang kemudian terhubung ke saluran bus. Bata refraktori konduktif dipasang di atas plat tembaga. Aliran panas dari dasar tanur (biasanya sekitar 15 kW/sq m) dihilangkan oleh pendingin udara paksa. Karena luas permukaan elektroda dasar yang besar, densitas arus cenderung cukup rendah, biasanya sekitar 5 kA/sq m. Namun, dalam beberapa tanur, material patching non-konduktif digunakan di tengah tanur untuk memaksa arus untuk mendistribusikan lebih merata di seluruh dasar. Dalam kasus distribusi arus yang tepat tidak tercapai, maka ini menghasilkan titik panas di tengah tanur.
Gambar 4 Elektroda dasar refraktori konduktif
Konfigurasi elektroda kembali balok menggunakan dari 1 hingga 4 balok baja besar sekitar 100 mm hingga 150 mm diameter tetapi dapat sembesar 250 mm diameter tergantung pada ukuran EAF. Biasanya, desain bertujuan untuk arus 40 kA hingga 45 kA per elektroda dasar. Balok dalam kontak dengan mandi pada permukaan atas dan therefore, meleleh mundur. Tingkat balok meleleh mundur dikontrol oleh pendingin air. Balok dimasukkan ke dalam perumahan tembaga di mana air pendingin disirkulasi. Dengan memberikan pendingin yang cukup, dapat dipastikan bahwa balok tidak meleleh mundur sepenuhnya. Termokopel memantau suhu balok dasar dan suhu air pendingin.
Selingkat pengikat mengisolasi perumahan tembaga dari balok. Balok terhubung ke basis tembaga. Basis tembaga menyediakan koneksi ke kabel daya. Pengaturan tipikal anode balok diberikan dalam Gambar 5.
Gambar 5 Pengaturan tipikal anode balok
Jenis elektroda kembali pin menggunakan beberapa pin logam dengan diameter 25 mm hingga 50 mm untuk menyediakan jalur kembali untuk aliran listrik. Pin ini dikonfigurasi secara vertikal dan benar-benar menembus refraktori. Pin meluas ke dasar tanur tempat mereka ditempatkan oleh dua plat logam. Ujung bawah pin ditempelkan pada plat konduktor daya bawah. Plat kontak bawah didinginkan udara dan terletak di tengah dasar tanur. Bagian atas pin rata dengan lapisan kerja di dalam tanur. Pin dalam kontak langsung dengan mandi dan meleleh mundur seiring dengan lapisan kerja yang aus. Kabel daya kembali dilekatkan pada plat konduktor bawah.
Sistem pemantauan suhu yang luas disediakan untuk melacak aus lapisan dan umur elektroda dasar. Ini memungkinkan penggantian terjadwal elektroda dasar. Desain kartrid terintegrasi yang telah berkembang memungkinkan penggantian cepat elektroda dasar selama pemeliharaan terjadwal 8 jam.
Elektroda kembali sirip baja menggunakan sirip baja yang disusun dalam cincin di dasar tanur untuk membentuk beberapa sektor. Setiap sektor terdiri dari plat tanah horizontal dan beberapa sirip baja yang di las yang meluas ke atas melalui refraktori. Sirip tebal sekitar 1,6 mm dan jaraknya sekitar 90 mm. Sektor di-bolt pada cangkang dasar yang didinginkan udara yang terisolasi secara listrik dari tanah dan terhubung ke 4 nomor konduktor tembaga.
Sebagian besar DC-EAF dioperasikan dengan busur panjang, biasanya 2 hingga 3 kali yang ditemukan dalam operasi tanur UHP konvensional. Akibatnya, DC-EAF memiliki laju aliran air yang lebih tinggi untuk panel yang didinginkan air.
Lapisan Refraktori untuk DC-EAF
Konsep refraktori tanur DC harus dirancang mempertimbangkan kondisi yang lebih keras tempat mereka beroperasi. Tanur busur DC memiliki refraktori khusus di dasar karena anode dipasang di dasar tanur. Selain refraktori dasar, poin penting lainnya yang harus dipertimbangkan untuk desain lapisan refraktori adalah pola zonasi refraktori, kontur dapur, lokasi garis lumpur, ukuran, sudut, dan lokasi lubang pembuangan, orientasi atap, alokasi ekspansi, lokasi port pembakar, konstruksi pintu lumpur, dan elemen pengacau dasar.
DC-EAF memiliki persyaratan refraktori khusus karena elektroda kembali biasanya dipasang di dasar tanur (beberapa DC-EAF menggunakan alternatif dengan dua elektroda grafit). Dalam kasus dasar yang mengkonduksi, lapisan refraktori di tengah dasar tanur bertindak sebagai anode. Plat tembaga biasanya dihubungkan di bawah refraktori konduktif dan bus tembaga kembali dihubungkan ke plat. Dalam kasus ini persyaratan khusus untuk refraktori adalah resistansi listrik rendah (mengutamakan kurang dari 0,5 milli ohm per meter), konduktivitas termal rendah, dan resistensi aus yang tinggi.
Konfigurasi tipikal menggunakan lapisan kerja tebal 150 mm yang terdiri dari campuran magnesia terikat karbon yang mengandung 5 persen hingga 10 persen karbon. Bahan ini dapat dipasang panas atau dingin. Di bawah lapisan kerja bata magnesia karbon tiga lapis dipasang. Kandungan karbon sisa bata bervariasi dari 10 persen hingga 14 persen. Dengan perawatan teratur, konfigurasi elektroda dasar ini telah mencapai umur dasar hingga 4.000 panas.
Konfigurasi elektroda kembali balok menggunakan dari 1 hingga 4 balok besar baja (sekitar 250 mm diameter) tergantung pada ukuran tanur. Balok ditanam di dasar refraktori. Balok dikelilingi oleh bata refraktori dasar. Sisa dapur dirammi dengan campuran rammi magnesia khusus. Campuran rammi magnesia digunakan untuk mempertahankan area bata di sekitar elektroda. Konfigurasi elektroda kembali ini telah mencapai lebih dari 1.500 panas pada dasar tanur.
Jenis elektroda kembali pin menggunakan beberapa pin logam dengan diameter 25 mm hingga 50 mm untuk menyediakan jalur kembali untuk aliran listrik. Pin ini benar-benar menembus refraktori hingga dasar tanur tempat mereka dilekatkan pada plat logam. Campuran rammi magnesia kering digunakan untuk seluruh lapisan dapur. Campuran ini dirammi di antara pin logam. Secara alternatif, bata magnesia karbon dapat digunakan di area sekitar anode. Ini membantu meningkatkan umur dasar tanur tetapi lebih mahal. Umur dasar tipikal bervariasi dari 2.000 panas hingga 4.000 panas tergantung pada bahan refraktori yang digunakan.
Elektroda kembali sirip baja menggunakan sirip baja yang disusun dalam cincin di dasar tanur untuk membentuk beberapa sektor. Setiap sektor terdiri dari plat tanah horizontal dan beberapa sirip baja yang di las yang meluas ke atas melalui refraktori. Campuran rammi magnesia kering digunakan di antara sirip. Dapur juga dilapisi dengan bahan ini.
Pertimbangan Listrik untuk DC-EAF
Untuk mencapai throughput tanur maksimum, kontrol daya tanur harus dioptimalkan untuk memastikan input daya maksimum pada semua tahap proses penglelehan dan selama variasi bahan muatan. Pada saat yang sama, gangguan jaringan minimum harus selalu dijamin. Kualitas daya harus selaras dengan utilitas.
Pasokan DC
Daya tinggi yang diperlukan lagi disediakan dari jaringan AC 3-fasa tegangan tinggi. Ini dikonversi ke DC dengan retifikasi keluaran transformator tanur. Retifikasi dicapai oleh tiristor yang terhubung jembatan. Biasanya pasokan 12, 18, atau 24 pulsa digunakan dalam tanur busur, diperoleh oleh beberapa transformator paralel yang terpisah secara listrik satu sama lain sehingga pulsa masing-masing tumpang tindih secara seragam. Pemisahan listrik ini, sebesar 15 derajat, 10 derajat atau 7,5 derajat, sesuai dengan sistem 12, 18 atau 24 pulsa, dilakukan oleh berbagai koneksi kumis dalam transformator. Karena alasan ini transformator yang digunakan untuk DC-EAF cukup berbeda dari yang digunakan untuk AC-EAF dan secara umum tidak cocok untuk operasi tanur AC.
Karakteristik volt/ampere dari pasokan DC terdiri dari penurunan tegangan DC yang lemah menurun seiring dengan peningkatan arus DC. Kemiringan garis ini sekitar 1 volt per kA dan ditentukan oleh reaktansi komutasi kombinasi transformator/pengubah, bukan oleh tanur busur. Oleh karena itu untuk membatasi perjalanan arus yang luas karena tegangan busur yang sangat berbeda, tiristor digunakan lebih disukai dibandingkan dioda. Saat conduksi setelah nol arus (penundaan sudut penembak) berada di kontrol terminal gerbang. Setiap tiristor, dalam prinsipnya, dapat dimatikan dalam setengah siklus. Namun demikian, dalam beberapa penundaan milidetik antara perubahan tegangan busur (misalnya ringkas) dan kontrol tiristor, arus dapat meningkat secara signifikan. Untuk mengurangi laju kenaikan arus biasanya menambahkan reaktor dalam loop arus DC, reaktansi alami loop arus DC tinggi yang tidak memadai.
Reaktor ini diukur untuk memiliki induktansi dalam kisaran 100 mikro-Henry hingga 400 mikro-Henry. Karena mereka membawa arus penuh DC, kehilangan ohmik signifikan dan hanya dapat dipertahankan dalam batas yang dapat diterima dengan menggunakan bagian yang memadai dari tembaga atau aluminium yang membentuk kumis. Tiristor masing-masing mampu menangani beberapa kA dan beberapa kV dengan polaritas terbalik. Susunan tiristor yang terhubung seri dan paralel membentuk setiap kaki. Sekuring dan resistor penyeimbang tegangan digunakan sebagai tindakan pelindung. Pendingin dilakukan dengan air deionisasi.
Karakteristik Listrik DC-EAF
Kontrol tiristor biasanya dipilih untuk mempertahankan arus konstan. Dengan demikian arus AC sebelum pengubah juga konstan, begitu juga arus primer. Mempertimbangkan daya pada primer AC, terlihat bahwa arus konstan berarti MVA konstan. Karakteristik MW sebagai fungsi MVAR adalah kuadran lingkar di mana (kuadrat MW) + (kuadrat MVAR) = (kuadrat MVA) = konstan. Biasanya kemiringan garis volt/ampere linier dan menurun biasanya 100 V dalam 100 kA. Dengan demikian pada 100 kA, misalnya, kontrol tiristor dapat mempertahankan arus konstan atas rentang tegangan busur dari sekitar 900 V turun hingga ringkas dengan mengubah sudut penembak.
Koneksi Dasar
Untuk beroperasi dengan satu busur DC perlu membuat koneksi listrik (anode positif) ke muatan baja. Beberapa solusi telah dikembangkan untuk masalah ini. Beberapa jenis koneksi dasar untuk DC-EAF ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 6 Jenis koneksi dasar
Dalam satu jenis arus anode dibagi di antara banyak batang baja yang ditanam dalam blok refraktori yang dirammi. Batang, dengan diameter sekitar 25 mm, dapat berpanjang satu meter dan dihubungkan oleh plat tembaga di bawah cangkang tanur. Blok anode keseluruhan dapat berukuran 1 m hingga 2 m dalam diameter. Variasi pada jenis pin adalah menggunakan lembaran tipis baja, lagi ditanam dalam refraktori. Variasi lain adalah menggunakan balok baja dengan diameter 250 mm melalui selang isolasi, yang mengarah ke koneksi tembaga yang didinginkan di bawah cangkang tanur. Dalam ketiga desain ini (pin, lembaran atau balok) atas konduktor baja meleleh selama panas. Ini meleleh kembali saat daya mati dan setelah muatan besi tua.
Alternatif untuk desain arus baja-ke-baja adalah satu di mana arus diambil melalui refraktori konduktif ke plat tembaga dasar dengan diameter besar. Dalam semua jenis koneksi dasar harus ada isolasi antara koneksi anode dan cangkang tanur. Ini untuk mengurangi kemungkinan arus melewati cangkang secara langsung ke bus anode.
Kualitas daya adalah perhatian utama sistem pasokan daya dalam unit EAF. Diperlukan kepatuhan terhadap batas berkedip, faktor daya, dan harmoni. Algoritma kontrol elektroda yang efektif mengurangi pergantian transformator dan pengaturan ukuran yang tepat dari reaktor DC dan filter harmoni diperlukan untuk memenuhi persyaratan utilitas. Selain itu, pengurangan berkedip aktif opsional dan koreksi faktor daya berkelanjutan melalui Kompensator Var Statis (SVC) diperlukan untuk menjamin kepatuhan terhadap persyaratan utilitas yang paling ketat dan/atau mengizinkan operasi di daerah terpencil dengan kondisi jaringan lemah.
Berkedip terutama disebabkan oleh fluktuasi daya reaktif. Oleh karena itu, tautan cepat yang mengirim informasi dari kontrol pengubah ke kontrol SVC, yang memungkinkan perhitungan konsumsi daya reaktif aktual tanur diperlukan. Informasi ini digunakan untuk meningkatkan performa mitigasi berkedip. Hasil penggunaan sistem SVC adalah (i) input daya rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan kompensasi Var konvensional, (ii) koreksi faktor daya berkelanjutan dekat satuan, (iii) kontrol tegangan bus tanur, (iv) tidak ada beban tidak seimbang dalam jaringan, dan (v) tingkat berkedip dan harmoni yang rendah bahkan dalam jaringan lemah.
Stabilisator busur diperlukan untuk produktivitas yang lebih tinggi. Proses yang stabil sangat penting untuk operasi produktif. Penggunaan desain reaktor DC yang dioptimalkan (kehilangan rendah) untuk melancarkan arus elektroda membantu busur yang stabil dapat dipelihara setiap saat. Hasilnya adalah (i) stres yang lebih rendah pada sistem hidrolik elektroda, (ii) getaran yang lebih sedikit, (iii) konsumsi elektroda yang lebih rendah, (iv) produktivitas yang lebih tinggi, (v) pengurangan berkedip yang lebih besar lagi, dan (vi) kehilangan radiasi yang lebih rendah.
Dalam kasus DC-EAF, tiristor memiliki dua terminal tembaga, salah satu dilekatkan ke kabel daya EAF, dan yang lain dilekatkan ke elektroda dasar tanur. Elektroda dasar tanur biasanya kaku, karena tidak ada gerakan yang diperlukan selama operasi tanur. Dalam prinsipnya, terminal pada tiristor analog dengan penutupan delta, meskipun secara fisik, berbeda cukup banyak. Sehubungan dengan masalah pemeliharaan untuk penutupan delta, konsep yang sama dapat diterapkan pada operasi DC.
Operasi DC-EAF
Kemajuan dalam teknologi switching semikonduktor daya tinggi menghadirkan pasokan daya DC yang efisien dan berkualitas rendah. Akibat kemajuan ini, operasi tanur DC daya tinggi menjadi memungkinkan. DC-EAF dikarakterisasi oleh retifikasi tegangan transformator tanur tiga fasa oleh pengubah daya yang dikontrol tiristor. Peralatan ini mampu memodulasi dan mengontrol besarnya arus busur DC secara berkelanjutan untuk mencapai operasi stabil. Tanur DC hanya menggunakan satu elektroda grafit dengan elektroda kembali terintegrasi ke dalam dasar tanur. Ada beberapa jenis elektroda dasar konduktif dasar konduktif, dasar pin konduktif, tunggal, atau beberapa balok, dan sirip konduktif dalam dapur magnesit monolitik.
Semua desain elektroda kembali dasar ini telah terbukti. Yang paling sering digunakan adalah dasar pin konduktif di mana sejumlah pin dilekatkan pada plat dan membentuk jalur kembali dan desain balok dasar. Elektroda dasar didinginkan udara dalam kasus jenis pin dan didinginkan air dalam kasus desain balok. Area di antara pin diisi dengan massa rammi dan ujung pin berada pada tingkat yang sama dengan lapisan dalam tanur. Seiring dengan aus refraktori, pin juga meleleh mundur.
DC-EAF beroperasi dengan telur panas untuk memastikan jalur listrik ke elektroda kembali. Saat mulai dari kondisi dingin, campuran besi tua dan lumpur digunakan untuk menyediakan jalur listrik awal. Setelah ini meleleh, tanur dapat diisi dengan besi tua.
Beberapa manfaat awal yang dicapai dengan operasi DC meliputi konsumsi elektroda yang berkurang (20 persen lebih rendah dari AC tegangan tinggi, 50 persen lebih rendah dari AC konvensional), berkedip tegangan yang berkurang (50 persen hingga 60 persen dari operasi AC konvensional) dan konsumsi daya yang berkurang (5 persen hingga 10 persen lebih rendah dari AC). Hasil di atas terutama dicapai pada tanur yang lebih kecil yang diretrofit dari operasi AC ke DC. Namun, beberapa instalasi tanur DC yang lebih besar tidak segera mencapai manfaat yang diklaim. Khususnya, dua area kekhawatiran muncul yaitu (i) konsumsi elektroda, dan (ii) konsumsi refraktori.
Beberapa operasi tanur DC menemukan bahwa penurunan konsumsi elektroda yang diharapkan di bawah operasi DC tidak terjadi. Analisis yang dilakukan oleh produsen elektroda menunjukkan bahwa kondisi fisik dalam elektroda berbeda untuk operasi AC dan DC. Akibatnya, untuk elektroda DC besar yang membawa arus sangat besar, telah diamati jumlah retakan dan pelupuhan yang meningkat dibandingkan operasi AC. Oleh karena itu, telah menjadi perlu untuk mengembangkan elektroda dengan sifat fisik yang lebih cocok untuk operasi DC.
Ukuran maksimum ekonomis untuk tanur DC cenderung menjadi fungsi dari keterbatasan akibat ukuran elektroda dan kapasitas pengangkutan arus. Saat ini ukuran maksimum ekonomis untuk tanur DC elektroda grafit tunggal tampaknya sekitar 165 ton. Ukuran tanur yang lebih besar dapat ditampung dengan menggunakan lebih dari satu elektroda grafit.
Beberapa operasi DC awal telah mengalami masalah dengan aus refraktori dan umur elektroda dasar. Masalah ini secara langsung terkait dengan ledakan busur di dalam tanur. Desain anode memiliki pengaruh terbesar terhadap ledakan busur. Dalam semua tanur DC, bus listrik dilemahkan dalam arah yang berlawanan dengan pasokan daya akibat asimetri dalam medan magnet yang dihasilkan oleh sirkuit DC. Dengan demikian busur cenderung berkonsentasi pada satu area di dalam tanur menciptakan titik panas dan resulting in aus refraktori yang berlebihan. Beberapa solusi telah dikembangkan untuk mengontrol atau menghilangkan ledakan busur. Semua desain elektroda dasar saat ini dikonfigurasi untuk memaksa busur ke tengah tanur.
Dalam kasus refraktori dasar konduktif dan jenis dasar pin, perlu menyediakan saluran masukan terpisah ke anode dasar atau satu coil dasar yang membantu untuk memodifikasi medan magnet bersih yang dihasilkan. Dalam desain dasar balok, jumlah arus ke setiap balok dikontrol bersama dengan arah pasokan anode untuk mengontrol busur. Desain sirip dasar menggunakan fakta bahwa masukan listrik terjadi pada beberapa titik untuk mengontrol defleksi busur. Kuadran yang lebih jauh dari pengubah disuplai dengan arus yang lebih tinggi daripada yang lebih dekat dengan pengubah.
Beberapa merasa bahwa kemungkinan otomasi yang lebih besar dari aktivitas EAF adalah untuk tanur DC. Ini karena dengan hanya satu elektroda, ada lebih banyak ruang baik di atas maupun di dalam tanur. Tanur DC diperkirakan akan berbiaya 10 persen hingga 35 persen lebih dari tanur AC yang serupa. Namun, perhitungan pengembalian investasi menunjukkan bahwa biaya tambahan ini dapat direkuperasi dalam satu hingga dua tahun karena biaya operasional yang lebih rendah.
Sebuah studi telah dilakukan yang telah membandingkan operasi tanur AC dan DC dan ditemukan bahwa kehilangan listrik sekitar 4 persen dalam operasi AC dan 5,5 persen dalam operasi DC dengan perbedaan dalam hal absolut yang relatif tidak signifikan. Perbedaan dalam konsumsi energi total antara tanur AC dan DC kemungkinan kurang dari 9 kWh/ton dalam bentuk DC tanur. Namun banyak variabel lain mempengaruhi konsumsi daya dan sulit untuk mengembangkan angka yang akurat.
Tanur DC mengalami konsumsi elektroda sekitar 25 persen lebih rendah daripada tanur AC, ini berkaitan dengan biasanya 0,4 kg/ton. Perbedaan ini tampaknya lebih besar untuk tanur AC yang lebih kecil. Berkedip sekitar 60 persen lebih rendah untuk operasi DC, namun, kemajuan dalam konfigurasi sistem daya AC (reaktansi tambahan) telah mengurangi perbedaan ini menjadi 40 persen.
Beberapa hasil tipikal yang telah disajikan untuk operasi DC EAF besar adalah konsumsi elektroda 1 kg/ton hingga 2 kg/ton baja cair, konsumsi daya dalam kisaran 350 kWh/ton baja cair hingga 500 kWh/ton baja cair, waktu pembuangan ke pembuangan bervariasi dari 45 menit hingga 120 menit, dan umur dasar 1.500 panas hingga 4.000 panas. Penting untuk diingat bahwa konsumsi daya sangat tergantung pada praktik operasi, suhu pembuangan, penggunaan bahan bakar tambahan, jenis besi tua, dll.
