Ferroalyajlı Elektrik Ark Ocağı: Fırın Tabanı Aşırı Isınması ve Kızarmasına Bir Çözüm
Geleneksel ferroalyajlı elektrik ark ocaklarındafırın astarı tipik olarak geniş, kaba derzlere sahip önceden pişirilmiş karbon bloklar kullanılarak inşa edilir. Fırın yükü (veya elektrot daldırma derinliği) birincil akımın ayarlanmasıyla kontrol edilir. Bu vaka çalışması, bir şirketin iki adet 25,5 MVA elektrik ark ocağının birincil ekipmanını inceler. Başlangıçta rafine edilmiş yarı grafitik karbon tuğla ince derzli duvarcılık teknolojisi kullanılmasına rağmen, devreye alma işleminden sadece üç ay sonra fırın tabanında aşırı ısınma ve kızarma meydana geldi. Kök nedeni belirlemek ve bir çözüm geliştirmek için ayrıntılı bir ölüm sonrası analiz yapıldı.
Operasyonel Zaman Çizelgesi ve Olay Açıklaması:
1 No'lu Fırın devreye alındı ve güç verme ön ısıtma ("elektrikli fırın") aşamasına başladı. İlk yükleme 6. günde gerçekleşti ve ilk ergitme 7. günde yapıldı.
Fırın sıcaklığı arttıkça, ikincil voltaj kademeli olarak yükseltildi ve 2 No'lu Fırın 12. günde çalıştırıldı.
1 No'lu Fırının çalışmasının 43. gününde, pota deliğini tıkayan sert bir cisim bulundu, bu durum pota deliğinin değiştirilmesinden sonra iyileşti.
83. günde, aşırı cüruf hacmi, azalan metal verimi ve sık sık düşük metal çıktısı ile karakterize edilen operasyonel sorunlar ortaya çıktı.
90. günde, fırın taban sıcaklığı 600°C'yi aşarak 95. günde 1050°C'ye ulaştı. Bu noktada, taban çelik kabuk, merkez hattına yakın beş alanda lokalize kızarma gösterdi.
2 No'lu Fırın daha sonra benzer bir model sergiledi ve taban sıcaklığı 425°C'den 550°C'nin üzerine çıkarak, kapatılmasını gerektirdi.
Neden Analizi
Elektrik ark ocaklarında erken fırın tabanı kızarması veya aşınması tipik olarak astar malzemeleri, inşaat kalitesi, günlük operasyon ve fırın tasarımı ile ilgili faktörlerin bir kombinasyonundan kaynaklanır. Bu olay için, fırın astarı ana faktör olarak belirlendi.
1. Fırın Astar Analizi (Birincil Faktör)
Bir silikomangan alaşımlı fırında, erime bölgesi, katı yükün eritildiği ve gazlaştırıldığı üç elektrotun uçları etrafında yüksek sıcaklıklı bir boşluk ("potası") oluşturur. Bu boşluk içindeki sıcaklıklar 2000–3000°C'ye ulaşır. Pota duvarının sıcak yüzü yaklaşık 1800–2000°C, soğuk yüzü 1500–1800°C ve fırın astarının iç duvarına bitişik katı yük 1500–1700°C'ye ulaşır.
Arızalı ince derzli duvarcılık aşağıdaki malzemeleri kullandı (parantez içinde gerçek takılan kalınlıklar):
N42 Ateş Tuğlası (0,6345m)
L75 Yüksek Alüminyumlu Tuğla (0,335m)
Önceden Pişirilmiş (Yarı Grafitik) Karbon Tuğla (1,206m)
Asbest Fiber Levha Yalıtımı (0,02m)
Fırın Kabuk Çelik Plaka (0,03m)
Derz malzemeleri: Susuz Karbon Macunu, Fosfat Bulamacı, Sert Yüksek Alüminyumlu İnce Toz, Düşük Sıcaklıklı Kaba Derz Elektrot Macunu.
Yarı Grafitik Silisyum Karbür Tuğla da kullanıldı.
Termal arayüzde kritik bir sorun tespit edildi. Yüksek alüminyumlu tuğlanın yük yumuşama noktası genellikle 1200°C'yi geçmez. Çalışma ortamı bunu aşarsa, arayüz sıcaklığını 1200°C'nin altında tutmak için karbon tuğla ile yüksek alüminyumlu tuğla arasına hafif bir karbon tuğla tabakası eklenmelidir. Bu tampon mevcut değildi.
Ayrıca, duvarcılık kalitesi çok önemlidir. Farklı refrakterler farklı termal genleşme katsayılarına sahiptir ve uygun şekilde tasarlanmış ve boyutlandırılmış bir elastik tampon bölgesi gerektirir. Çok ince bir bölge genleşmeyi karşılayamazken, çok kalın bir bölge fırın kabuğundan yeterli kısıtlama sağlayamaz ve potansiyel olarak tuğla derzlerini genişletir.
Astarın bileşimi (baz ve ısı depolama katmanları), refrakter özellikleri, kalınlığı, konumu ve ısıtma yöntemi dikkate alınarak, tanımlanmış bir ısıtma eğrisine göre uygun astar ön ısıtması ("pişirme") esastır. Kontrolör ayarları, ark özellikleri ve akım dağılımı gibi diğer operasyonel faktörler de astar ömrünü önemli ölçüde etkiler.
Fırın Ölüm Sonrası ve Sonuçlar
Bir haftalık bir durdurmadan sonra, 1 No'lu Fırın boşaltıldı ve incelendi:
1. Fırın tepesinden yaklaşık 1,3 metre mesafede, normalden %60 daha kalın bir kok tabakası bulundu.
2. Yaklaşık 2,4 metre derinlikte (üç fazlı elektrot bölgesinde), karbon tuğla yapısı yükselmişti. Normal fırın derinliği 3,6 metredir.
Taban kızarmasının temel nedeni, ısıtma sırasında tuğla astarı içindeki termal gerilimin olduğu belirlendi. Bu gerilim, şişmeye, üst çatlamaya ve ardından erimiş metal sızmasına neden oldu. Karbon tuğlaların üçgen konfigürasyonu bu termal gerilimi yoğunlaştırarak, lokalize "şişme" arızasına yol açtı.
Önerilen Çözüm:
Geleneksel geniş derzli fırın yapısı bir yıldan fazla bir astar ömrü sağlayabilirken, daha uzun kampanyalar için daha sağlam bir çözüm gereklidir. Önerilen yaklaşım, önceden pişirilmiş karbon blok geniş derzli duvarcılığın soğuk sıkıştırılmış monolitik bir astarla değiştirilmesidir. Alternatif olarak, kendi kendine pişirme karbon blokları kullanan ince derzli bir duvarcılık tekniği kullanmak, en az üç yıllık bir fırın astarı ömrünü güvenilir bir şekilde garanti edebilir. Bu yöntemlerin başarısı, özellikle malzeme arayüzlerinde yeterli termal tamponlama ve termal genleşmeyi karşılama konularında olmak üzere, fırın astar malzemelerinin uygun şekilde tasarlanmasına ve seçilmesine bağlıdır.
Biz profesyonel bir elektrikli fırın üreticisiyiz. Daha fazla bilgi için veya elektrik ark ocakları, pota rafine fırınları veya diğer eritme ekipmanlarına ihtiyacınız varsa, lütfen bizimle adresinden iletişime geçmekten çekinmeyin.susan@aeaxa.com
Mesajınız 20-3.000 karakter arasında olmalıdır!
