Fiecare operator de cuptor cu arc electric care s-a confruntat cu o defecțiune a inelului de acoperiș cunoaște costul. Când inelul de acoperiș se prăbușește, se pierde toată căldura. Nu doar căldura - programul de producție, instalația de turnare din aval, laminorul. Totul se oprește.
La MONTE INTELLIGENCE, am furnizat inele de acoperiș EAF (elemente electrice de arc) către fabrici siderurgice din Asia, Orientul Mijlociu și Africa. Prin intermediul acestor proiecte, am învățat ce funcționează și ce eșuează. Acest articol împărtășește această experiență de teren.
Inelul de acoperiș al arcului electric (ECA) se află la intersecția a trei medii brutale. De jos în jos, este expus radiațiilor directe ale arcului - temperaturile pot depăși 1700°C în punctele fierbinți. Din lateral, acesta suportă sarcina mecanică a electrozilor, care cântăresc câteva tone fiecare și vibrează în timpul topirii. Din interior, canalizează apa de răcire prin pasaje care trebuie să rămână fără scurgeri sub ciclurile termice care ar crăpa oțelul obișnuit.
Alegerea materialului începe cu oțelul de bază. Majoritatea inelelor de acoperiș folosesc oțel inoxidabil AISI 304 sau 316 pentru panourile răcite cu apă. Alegerea între 304 și 316 se reduce la o singură întrebare: câtă clorură există în apa de răcire. Dacă utilizați un sistem cu circuit închis cu apă tratată, 304 funcționează bine. Dacă utilizați răcire unică de la un râu sau o fântână cu o calitate variabilă a apei, rezistența la coroziune a clorurii a oțelului 316 - cu conținutul său de molibden de 2-3% - se amortizează în primul an. Am observat inele de acoperiș 304 care au dezvoltat scurgeri de tip „pitting” în decurs de șase luni în apa de răcire salmastre, în timp ce inelele 316 din aceeași instalație au rezistat trei ani.
Delta refractară — secțiunea triunghiulară dintre cele trei orificii ale electrodului — este locul unde încep majoritatea defecțiunilor inelului de acoperiș. Această zonă este martora celei mai intense călduri radiante și a celui mai mare gradient termic între oțelul răcit cu apă și suprafața refractară. Abordarea convențională utilizează cărămizi cu conținut ridicat de alumină (85-90% Al2O3), ceea ce oferă o durată de viață bună în condiții normale de funcționare. Cu toate acestea, atunci când cuptorul funcționează cu arc lung sau când amestecul de fier vechi include procente mari de DRI cu transportul de zgură spumoasă asociat, refractarul delta este afectat.
Pentru aceste condiții, recomandăm cărămida magnezie-carbon pentru zona deltei. Cărămida MgO-C combină refractaritatea ridicată a magneziei (punct de topire 2800°C) cu rezistența la zgură a carbonului. Carbonul oferă, de asemenea, conductivitate termică care ajută la distribuirea mai uniformă a sarcinii termice, reducând temperaturile punctelor fierbinți cu 50-80°C, comparativ cu cărămida cu conținut ridicat de alumină. Compromisul este costul - cărămida MgO-C este cu aproximativ 40% mai scumpă decât cea cu conținut ridicat de alumină - dar durata de viață extinsă a campaniei oferă de obicei un randament de 2:1 al acestei investiții suplimentare.
Proiectarea răcirii cu apă diferențiază inelele de acoperiș adecvate de cele excelente. Parametrul cheie este viteza apei prin pasajele de răcire. Sub 1,5 metri pe secundă, există riscul formării fierberii în punctele fierbinți, ceea ce creează buzunare de abur care izolează oțelul de apa de răcire. Odată ce se formează aburul, temperatura oțelului poate crește cu 200°C în câteva secunde, ducând la fisuri prin oboseală termică. Proiectăm pentru o viteză minimă a apei de 2,0 m/s în toate pasajele inelelor de acoperiș, cu viteze mai mari de 2,5-3,0 m/s în zonele portului electrodului unde fluxul de căldură este cel mai mare.
Distribuția debitului contează la fel de mult ca debitul total. Un inel de acoperiș cu răcire neuniformă dezvoltă gradienți termici în structura sa. Acești gradienți creează dilatare termică diferențială, care generează stres mecanic la îmbinările sudate - exact acolo unde nu doriți stres. Folosim modelarea dinamicii fluidelor computaționale (CFD) pentru a verifica dacă fiecare pasaj de apă primește debitul proiectat înainte ca inelul să intre în producție.
Configurația delta — adică modul în care sunt aranjate porturile electrozilor pe acoperiș — afectează atât performanța electrică, cât și durata de viață a refractorilor. Configurația delta standard are cei trei electrozi la vârfurile unui triunghi echilateral. Diametrul cercului de pas (PCD), care este diametrul cercului care trece prin centrele celor trei electrozi, este un parametru critic de proiectare. Un PCD prea mic și arcurile încălzesc excesiv pereții laterali. Un PCD prea mare și punctele reci dintre electrozi creează punți de fier vechi netopit.
Pentru un cuptor cu arc electric (EAF) tipic de 50 de tone, diametrul refractar (PCD) variază între 700 și 900 mm, în funcție de puterea transformatorului. O putere mai mare înseamnă că puteți utiliza un PCD mai mare, deoarece arcurile mai lungi oferă o acoperire termică mai mare. Inelul de acoperiș trebuie să găzduiască PCD-ul selectat, menținând în același timp o grosime adecvată a materialului refractar între porturile electrodului și carcasa exterioară. De obicei, specificăm o grosime minimă a materialului refractar de 150 mm între orice port al electrodului și diametrul interior al inelului de acoperiș.
Garniturile orificiilor electrodului merită atenție. Fiecare spațiu din jurul orificiului electrodului este o cale pentru ieșirea gazului fierbinte și pentru intrarea aerului. Pătrunderea aerului este deosebit de problematică deoarece arde carbonul de la electrozi și adaugă azot oțelului. Un inel de acoperiș bine proiectat include etanșări mecanice - fie inele de grafit, fie inele din oțel inoxidabil cu arc - care mențin contactul cu electrodul în timp ce acesta se mișcă în sus și în jos în timpul reglării. Garnitura trebuie să permită un joc radial de aproximativ 5 mm pentru mișcarea electrodului, menținând în același timp etanșeitatea la gaze cu o rată de scurgere de 2-3%.
Instalarea și alinierea sunt aspectele care diferențiază practica de teren de teoria inginerească. Un inel de acoperiș perfect proiectat pe hârtie se poate defecta în câteva săptămâni dacă este instalat chiar și cu o nealiniere de 3 mm. Inelul trebuie să fie perfect nivelat pe carcasa cuptorului. Orice înclinare creează o sarcină neuniformă asupra refractarului și o distribuție neuniformă a fluxului de apă. Livrăm întotdeauna inelele noastre de acoperiș cu o suprafață de referință prelucrată mecanic și furnizăm știfturi de aliniere care se potrivesc cu flanșa carcasei cuptorului. Echipele de teren trebuie să verifice nivelarea cu o nivelă de precizie (precizie de 0,02 mm/m) în patru puncte din jurul inelului înainte de a strânge șuruburile de montare.
Intervalele de întreținere depind de practicile de operare. În condiții normale — 20 de încălziri pe zi, amestec tipic de deșeuri — inspectați delta refractarului după fiecare 200 de încălziri. Căutați o adâncime de eroziune care depășește 50% din grosimea refractarului original, fisuri mai mari de 3 mm și exfoliere la marginile orificiilor electrodului. Panourile răcite cu apă trebuie testate la presiune la o presiune de funcționare de 1,5 ori mai mare decât presiunea la fiecare 500 de încălziri. Orice panou care prezintă o cădere de presiune mai mare de 5% pe parcursul a 15 minute trebuie îndepărtat și reparat.
Inelele de acoperiș MONTE INTELLIGENCE sunt proiectate pentru o durată de viață minimă în campanie de 2000 de încălziri în condiții normale de funcționare. Durata de viață reală pe teren variază între 1800 și 3500 de încălziri, în funcție de aplicație. Diferența dintre limita inferioară și limita superioară se reduce la practicile de operare descrise mai sus - calitatea apei, selecția refractorilor și disciplina de aliniere.
Dacă planificați înlocuirea inelului de acoperiș al unui arc de arc electric sau un nou proiect pentru cuptor, contactați echipa noastră de ingineri la adresa helenxu@cnlymonte.com. Vă putem oferi o propunere tehnică detaliată bazată pe configurația specifică a cuptorului, amestecul de deșeuri și obiectivele de producție.
