Çatı halkası arızasıyla karşılaşmış her elektrik ark ocağı operatörü bunun maliyetini bilir. Çatı halkası çöktüğünde, tüm ısı kaybolur. Sadece ısı değil; üretim programı, sonraki dökümhane, haddehane de durur. Her şey durur.
MONTE INTELLIGENCE olarak, Asya, Orta Doğu ve Afrika'daki çelik fabrikalarına EAF çatı halkaları tedarik ettik. Bu projeler sayesinde nelerin işe yaradığını ve nelerin başarısız olduğunu öğrendik. Bu makale, bu saha deneyimini paylaşıyor.
Elektrik ark ocağının çatı halkası, üç acımasız ortamın kesişme noktasında yer almaktadır. Aşağıdan, ark kaynağından gelen doğrudan radyasyona maruz kalır; sıcak noktalarda sıcaklıklar 1700°C'nin üzerine çıkabilir. Yan taraftan, her biri birkaç ton ağırlığında olan ve erime sırasında titreşen elektrotların mekanik yükünü taşır. İçeriden ise, sıradan çeliği çatlatacak termal döngüler altında sızdırmaz kalması gereken kanallardan soğutma suyunu yönlendirir.
Malzeme seçimi, temel çelikle başlar. Çoğu çatı halkası, su soğutmalı paneller için AISI 304 veya 316 paslanmaz çelik kullanır. 304 ve 316 arasındaki seçim tek bir soruya bağlıdır: soğutma suyunuzda ne kadar klorür var? Arıtılmış su ile kapalı devre bir sistem kullanıyorsanız, 304 sorunsuz çalışır. Değişken su kalitesine sahip bir nehir veya kuyudan tek geçişli soğutma kullanıyorsanız, %2-3 molibden içeriğine sahip 316'nın klorür korozyonuna karşı direnci ilk yıl içinde kendini amorti eder. Acımsı soğutma suyunda 304 çatı halkalarında altı ay içinde iğne deliği sızıntıları oluştuğunu, aynı tesiste 316 halkalarının ise üç yıl dayandığını gördük.
Üç elektrot portu arasındaki üçgen bölüm olan refrakter delta, çatı halkası arızalarının çoğunun başladığı yerdir. Bu alan, su soğutmalı çelik ile refrakter yüzey arasında en yoğun radyant ısıya ve en yüksek termal gradyanı görür. Geleneksel yaklaşım, normal çalışma koşullarında iyi bir hizmet ömrü sağlayan yüksek alümina tuğla (85-90% Al2O3) kullanır. Bununla birlikte, fırın uzun ark uygulaması yaptığında veya hurda karışımı, ilişkili köpüklü cüruf taşınımıyla birlikte yüksek oranda DRI içerdiğinde, delta refrakteri büyük bir hasar görür.
Bu koşullar için, delta bölgesi için magnezyum oksit-karbon tuğla öneriyoruz. MgO-C tuğla, magnezyum oksitin yüksek refrakterliğini (erime noktası 2800°C) karbonun cüruf direnciyle birleştirir. Karbon ayrıca, ısı yükünü daha eşit şekilde dağıtmaya yardımcı olan termal iletkenlik sağlar ve yüksek alüminaya kıyasla sıcak nokta sıcaklıklarını 50-80°C düşürür. Dezavantajı maliyettir - MgO-C tuğla, yüksek alüminaya göre yaklaşık %40 daha pahalıdır - ancak uzatılmış kullanım ömrü, bu ekstra yatırıma genellikle 2:1 oranında getiri sağlar.
Su soğutma tasarımı, yeterli çatı halkalarını mükemmel olanlardan ayırır. Anahtar parametre, soğutma kanallarından geçen su hızıdır. Saniyede 1,5 metrenin altında, sıcak noktalarda kaynama oluşma riski vardır; bu da çeliği soğutma suyundan yalıtan buhar cepleri oluşturur. Buhar oluştuğunda, çelik sıcaklığı saniyeler içinde 200°C'ye kadar yükselebilir ve termal yorulma çatlamasına yol açabilir. Tüm çatı halkası kanallarında minimum 2,0 m/s su hızı için tasarım yapıyoruz; ısı akışının en yüksek olduğu elektrot bağlantı noktası alanlarında ise 2,5-3,0 m/s daha yüksek hızlar kullanıyoruz.
Akış dağılımı, toplam akış kadar önemlidir. Düzensiz soğutmaya sahip bir çatı halkası, yapısı boyunca termal gradyanlar oluşturur. Bu gradyanlar, kaynaklı bağlantı noktalarında mekanik gerilime neden olan farklı termal genleşme yaratır; bu da tam olarak gerilimin istenmediği yerlerdir. Halka üretime geçmeden önce her su geçişinin tasarım akışını aldığını doğrulamak için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) modellemesi kullanıyoruz.
Delta konfigürasyonu – yani elektrot portlarının çatıda nasıl düzenlendiği – hem elektriksel performansı hem de refrakter ömrünü etkiler. Standart delta konfigürasyonunda üç elektrot, eşkenar üçgenin köşelerinde bulunur. Üç elektrot merkezinden geçen dairenin çapı olan adım dairesi çapı (PCD), kritik bir tasarım parametresidir. Çok küçük bir PCD, arkların yan duvarları aşırı derecede ısıtmasına neden olur. Çok büyük bir PCD ise elektrotlar arasındaki soğuk noktaların erimeyen hurda köprüleri oluşturmasına yol açar.
Tipik bir 50 tonluk elektrik ark fırını (EAF) için, PCD (Pozitör Çapı), transformatör gücüne bağlı olarak 700 ila 900 mm arasında değişir. Daha yüksek güç, daha uzun arklar daha fazla radyant ısı yayılımı sağladığı için daha büyük bir PCD çalıştırabileceğiniz anlamına gelir. Çatı halkası, elektrot portları ile dış kabuk arasında yeterli refrakter kalınlığını korurken seçilen PCD'yi karşılamalıdır. Genellikle herhangi bir elektrot portu ile çatı halkasının iç çapı arasında minimum 150 mm refrakter kalınlığı belirtiriz.
Elektrot portu contaları dikkat gerektirir. Elektrot portunun etrafındaki her boşluk, sıcak gazın kaçması ve havanın girmesi için bir yoldur. Hava girişi özellikle sorunludur çünkü elektrotlardaki karbonu yakar ve çeliğe azot ekler. İyi tasarlanmış bir çatı halkası, regülasyon sırasında yukarı ve aşağı hareket ederken elektrotla teması koruyan mekanik contalar (grafit halkalar veya yaylı paslanmaz çelik halkalar) içerir. Conta, gaz sızdırmazlığını %2-3 sızıntı içinde korurken, elektrot hareketi için yaklaşık 5 mm radyal boşluk sağlamalıdır.
Montaj ve hizalama, saha uygulamasının mühendislik teorisinden ayrıldığı noktadır. Kağıt üzerinde mükemmel şekilde tasarlanmış bir çatı halkası, 3 mm'lik bir hizalama hatasıyla bile monte edilirse birkaç hafta içinde arızalanabilir. Halka, fırın gövdesine mükemmel bir şekilde düz oturmalıdır. Herhangi bir eğim, refrakter üzerinde dengesiz yüklemeye ve düzensiz su akışı dağılımına neden olur. Çatı halkalarımızı her zaman işlenmiş bir referans yüzeyiyle birlikte gönderiyoruz ve fırın gövdesi flanşıyla eşleşen hizalama pimleri sağlıyoruz. Saha ekipleri, montaj cıvatalarını sıkmadan önce halkanın etrafındaki dört noktada hassas bir su terazisi (0,02 mm/m doğruluk) ile düzlüğü kontrol etmelidir.
Bakım aralıkları işletme uygulamalarına bağlıdır. Normal koşullar altında (günde 20 ergitme, tipik hurda karışımı) her 200 ergitmeden sonra refrakter delta bölgesini kontrol edin. Orijinal refrakter kalınlığının %50'sini aşan aşınma derinliği, 3 mm'den daha geniş çatlaklar ve elektrot port kenarlarında dökülme olup olmadığını kontrol edin. Su soğutmalı paneller, her 500 ergitmede bir işletme basıncının 1,5 katı basınçta test edilmelidir. 15 dakika içinde %5'ten fazla basınç düşüşü gösteren herhangi bir panel çıkarılmalı ve onarılmalıdır.
MONTE INTELLIGENCE çatı halkaları, normal çalışma koşullarında minimum 2000 tavlama ömrü için tasarlanmıştır. Sahadaki gerçek hizmet ömrü, uygulamaya bağlı olarak 1800 ila 3500 tavlama arasında değişmektedir. En düşük ve en yüksek değer arasındaki fark, yukarıda açıklanan işletme uygulamalarına (su kalitesi, refrakter malzeme seçimi ve hizalama disiplini) bağlıdır.
Eğer bir EAF çatı halkası değişimi veya yeni bir fırın projesi planlıyorsanız, helenxu@cnlymonte.com adresinden mühendislik ekibimizle iletişime geçin. Fırın konfigürasyonunuza, hurda karışımınıza ve üretim hedeflerinize bağlı olarak detaylı bir teknik teklif sunabiliriz.
