Всеки оператор на електродъгова пещ, който се е сблъсквал с повреда на покривния пръстен, знае цената. Когато покривният пръстен се срути, се губи цялата топлина. Не само топлината - производственият график, леярната машина след нея, валцовият цех. Всичко спира.
В MONTE INTELLIGENCE сме доставяли покривни пръстени от електрообработваща стомана (EAF) на стоманодобивни заводи в Азия, Близкия изток и Африка. Чрез тези проекти научихме какво работи и какво не работи. Тази статия споделя този практически опит.
Покривният пръстен на електродъговата печка се намира на пресечната точка на три сурови среди. Отдолу той е изложен на пряко лъчение от дъгата - температурите могат да надхвърлят 1700°C в горещите точки. Отстрани той носи механичното натоварване на електродите, които тежат по няколко тона и вибрират по време на топене. Отвътре той насочва охлаждащата вода през канали, които трябва да останат непропускливи при термични цикли, които биха напукали обикновената стомана.
Изборът на материал започва с основната стомана. Повечето покривни пръстени използват неръждаема стомана AISI 304 или 316 за панелите с водно охлаждане. Изборът между 304 и 316 се свежда до един въпрос: колко хлорид има във вашата охлаждаща вода. Ако използвате система със затворен цикъл с пречистена вода, 304 работи добре. Ако използвате еднократно охлаждане от река или кладенец с променливо качество на водата, устойчивостта на хлоридна точкова ямичка на 316 - с нейното съдържание на молибден от 2-3% - се изплаща в рамките на първата година. Виждали сме как покривни пръстени от 304 развиват течове с малки отвори в рамките на шест месеца в солени охлаждащи води, докато пръстените от 316 в същия завод са издържали три години.
Огнеупорната делта – триъгълната секция между трите електродни отвора – е мястото, където започват повечето повреди на покривния пръстен. Тази зона е обект на най-интензивно лъчисто нагряване и най-висок термичен градиент между водоохлажданата стомана и огнеупорната повърхност. Конвенционалният подход използва тухли с високо съдържание на алуминиев оксид (85-90% Al2O3), което осигурява добър експлоатационен живот при нормални експлоатационни условия. Когато обаче пещта работи с дълга дъга или когато сместа от скрап съдържа високи проценти сухо въглеродно утайка (DRI) със свързаното с нея пренасяне на пенлива шлака, делта огнеупорният материал понася по-големи щети.
За тези условия препоръчваме магнезиево-въглеродни тухли за делтата. MgO-C тухлите съчетават високата огнеупорност на магнезия (точка на топене 2800°C) с устойчивостта на шлака на въглерода. Въглеродът също така осигурява топлопроводимост, която спомага за по-равномерното разпределение на топлинното натоварване, намалявайки температурите на горещите точки с 50-80°C в сравнение само с високоалуминиевите тухли. Компромисът е цената — MgO-C тухлите са с около 40% по-скъпи от тези с високоалуминиево покритие — но удълженият експлоатационен живот обикновено осигурява 2:1 възвръщаемост на тази допълнителна инвестиция.
Конструкцията с водно охлаждане разделя адекватните покривни пръстени от отличните. Ключовият параметър е скоростта на водата през охлаждащите канали. Под 1,5 метра в секунда рискувате да се получи ядрово кипене в горещите точки, което създава парни джобове, изолиращи стоманата от охлаждащата вода. След образуването на пара, температурата на стоманата може да скочи с 200°C за секунди, което води до напукване от термична умора. Проектираме за минимална скорост на водата от 2,0 m/s във всички канали на покривните пръстени, с по-високи скорости от 2,5-3,0 m/s в зоните на електродните отвори, където топлинният поток е най-висок.
Разпределението на потока е също толкова важно, колкото и общият поток. Покривен пръстен с неравномерно охлаждане развива термични градиенти в цялата си структура. Тези градиенти създават различно термично разширение, което генерира механично напрежение в заварените съединения - точно там, където не е желателно напрежение. Използваме изчислително моделиране на флуидна динамика (CFD), за да проверим дали всеки воден канал получава проектния си поток, преди пръстенът да влезе в производство.
Делта конфигурацията – т.е. как са разположени електродните отвори на покрива – влияе както върху електрическите характеристики, така и върху живота на огнеупорните елементи. Стандартната делта конфигурация има трите електрода във върховете на равностранен триъгълник. Диаметърът на делителната окръжност (PCD), който е диаметърът на окръжността, преминаваща през центъра на трите електрода, е критичен конструктивен параметър. Твърде малък PCD и дъгите нагряват прекомерно страничните стени. Твърде голям PCD и студените точки между електродите създават мостове от неразтопени отпадъци.
За типична 50-тонна електродъжева печка, PCD (диаметърът на огнеупорната плоча) варира от 700 до 900 мм в зависимост от мощността на трансформатора. По-високата мощност означава, че можете да използвате по-голям PCD, защото по-дългите дъги осигуряват по-голямо покритие с лъчиста топлина. Покривният пръстен трябва да побира избрания PCD, като същевременно поддържа адекватна дебелина на огнеупорната плоча между електродните отвори и външната обвивка. Обикновено определяме минимална дебелина на огнеупорната плоча от 150 мм между всеки електроден отвор и вътрешния диаметър на покривния пръстен.
Уплътненията на електродните портове заслужават внимание. Всяка празнина около електродния порт е път за излизане на горещ газ и за навлизане на въздух. Проникването на въздух е особено проблематично, защото изгаря въглерод от електродите и добавя азот към стоманата. Добре проектираният покривен пръстен включва механични уплътнения - графитни пръстени или пружинни пръстени от неръждаема стомана - които поддържат контакт с електрода, докато той се движи нагоре и надолу по време на регулиране. Уплътнението трябва да позволява около 5 мм радиален хлабина за движение на електрода, като същевременно се поддържа херметичност на газа с допустими граници от 2-3%.
Монтажът и подравняването са мястото, където полевата практика се разделя от инженерната теория. Покривен пръстен, който е перфектно проектиран на хартия, може да се повреди в рамките на седмици, ако е монтиран дори с 3 мм отклонение. Пръстенът трябва да стои перфектно нивелиран върху корпуса на пещта. Всяко накланяне създава неравномерно натоварване върху огнеупорния материал и неравномерно разпределение на водния поток. Винаги доставяме нашите покривни пръстени с обработена референтна повърхност и предоставяме подравняващи щифтове, които пасват на фланеца на корпуса на пещта. Екипите на място трябва да проверят нивелираността с прецизен нивелир (точност 0,02 мм/м) в четири точки около пръстена, преди да затегнат монтажните болтове.
Интервалите за поддръжка зависят от експлоатационната практика. При нормални условия — 20 нагрявания на ден, типична смес от скрап — проверявайте делтата на огнеупорните материали след всеки 200 нагрявания. Търсете дълбочина на ерозия, надвишаваща 50% от оригиналната дебелина на огнеупорните материали, пукнатини с по-голяма ширина от 3 мм и отчупване по краищата на електродните отвори. Водноохлажданите панели трябва да се изпитват под налягане при 1,5 пъти работното налягане на всеки 500 нагрявания. Всеки панел, който показва спад на налягането от повече от 5% за 15 минути, трябва да бъде отстранен и ремонтиран.
Покривните пръстени MONTE INTELLIGENCE са проектирани за минимален експлоатационен живот от 2000 огрявания при нормални експлоатационни условия. Реалният експлоатационен живот в полеви условия варира от 1800 до 3500 огрявания в зависимост от приложението. Разликата между долния и горния край се свежда до описаните по-горе експлоатационни практики - качество на водата, избор на огнеупорен материал и дисциплина на подравняване.
Ако планирате подмяна на покривен пръстен на електрообработваща печка или проект за нова пещ, свържете се с нашия инженерен екип на helenxu@cnlymonte.com. Можем да ви предоставим подробно техническо предложение въз основа на вашата специфична конфигурация на пещта, състава на скрапа и производствените цели.
