Forno ad arco sommerso in ferroleghe: una soluzione al surriscaldamento e al rossore del fondo del forno
In ferroleghe tradizionaliforni ad arco sommersiIl carico del forno (o profondità di immersione dell'elettrodo) è controllato regolando la corrente primaria.Questo caso di studio esamina l'attrezzatura primaria di due.5 MVA forni ad arco sommersi. Anche se inizialmente è stata impiegata una tecnologia di muratura a giunzioni sottili in mattoni di carbonio semigraffitici,Il surriscaldamento e il rossore del fondo del forno sono apparsi solo tre mesi dopo la messa in servizioUn'analisi post-mortem dettagliata è stata condotta per identificare la causa principale e sviluppare una soluzione.
Timeline operativo e descrizione dell'incidente:
Il forno n. 1 è stato messo in servizio e ha iniziato la sua fase di pre riscaldamento ("forno elettrico").
Man mano che la temperatura del forno aumentava, la tensione secondaria veniva gradualmente aumentata, e il forno n. 2 venne acceso il dodicesimo giorno.
Il 43° giorno di funzionamento del forno n. 1 è stato trovato un oggetto duro che ostruisce il taphole, condizione che è migliorata dopo la sostituzione del taphole.
Entro l'83. giorno, sono emersi problemi operativi, caratterizzati da un volume eccessivo di scorie, una riduzione della resa metallica e una frequente bassa produzione di metallo.
Al 90° giorno, la temperatura del fondo del forno supera i 600°C, raggiungendo i 1050°C al 95° giorno.
In seguito il forno n. 2 ha mostrato uno schema simile, con la sua temperatura di fondo che è passata da 425°C a oltre 550°C, rendendo necessaria una chiusura.
Analisi delle cause
Il rossore o l'usura prematura del fondo del forno nei forni ad arco sommersi sono in genere il risultato di una combinazione di fattori relativi ai materiali di rivestimento, alla qualità della costruzione, al funzionamento quotidiano,e progettazione del fornoPer questo incidente, il rivestimento del forno è stato identificato come il fattore chiave.
1Analisi del rivestimento del forno (fattore primario)
In un forno a lega di silicomanganese, la zona di fusione forma una cavità ad alta temperatura ("crucibile") attorno alle punte dei tre elettrodi, dove la carica solida viene fusa e gassificata.Le temperature all'interno di questa cavità raggiungono i 2000-3000°C.La superficie calda della parete del crogiolo è di circa 1800~2000°C, la sua superficie fredda di 1500~1800°C e la carica solida adiacente alla parete interna del rivestimento del forno raggiunge 1500~1700°C.
La muratura a giunzioni fini non riuscita ha utilizzato i seguenti materiali (spessori installati effettivi tra parentesi):
N42 mattoni in argilla (0,6345m)
L75 mattoni di alta alumina (0,335m)
mattoni di carbonio prefabbricati (1.206m)
Isolamento da cartone di fibra di amianto (0,02 m)
Piastra di acciaio a guscio di forno (0,03 m)
Materiali connessi: pasta di carbonio anidro, fanghi di fosfato, polvere fine di alta alumina dura, pasta di elettrodi con giunzione grossolana a bassa temperatura.
Sono stati utilizzati anche mattoni a carburo di silicio semi-graffiti.
Un problema critico è stato individuato nell'interfaccia termica: il punto di ammorbidimento del carico del mattone ad alto contenuto di allumina non supera generalmente i 1200°C.deve essere aggiunto uno strato di mattoni di carbonio leggeri tra il mattone di carbonio e il mattone ad alto contenuto di alumina per ridurre la temperatura dell'interfaccia al di sotto di 1200°C.Questo tampone era assente.
Inoltre, la qualità della muratura è cruciale: i diversi materiali refrattari hanno vari coefficienti di espansione termica, che richiedono una zona tampone elastica adeguatamente progettata e dimensionata.Una zona troppo sottile non può ospitare l'espansione, mentre uno troppo spesso non riesce a fornire un adeguato trattenimento dal guscio del forno, potenzialmente allargando le giunzioni del mattone.
È essenziale un corretto preriscaldamento del rivestimento ("forno") secondo una curva di riscaldamento definita, tenendo conto della composizione del rivestimento (strati di base e di accumulo di calore), delle proprietà refrattarie, dello spessore, della posizione,e metodo di riscaldamentoAltri fattori operativi, quali le impostazioni del controller, le caratteristiche dell'arco e la distribuzione della corrente, influenzano anche in modo significativo la durata del rivestimento.
Forno post mortem e conclusioni
Dopo una settimana di chiusura, il forno n. 1 fu svuotato e ispezionato:
1Si è riscontrato che uno strato di coke a circa 1,3 metri dalla parte superiore del forno era più spessa del 60% del normale.
2A circa 2,4 metri di profondità (nella zona degli elettrodi a tre fasi), la struttura in mattoni di carbonio era aumentata.
La causa principale del rossore del fondo è stata determinata come stress termicamente indotto all'interno del rivestimento del mattone durante il riscaldamento.e successiva infiltrazione di metallo fusoLa configurazione triangolare dei mattoni di carbonio ha concentrato questa tensione termica, portando a un fallimento "sbocciante" localizzato.
Soluzione raccomandata:
Mentre la costruzione tradizionale di forni a forno a forno a forno può garantire una durata di rivestimento superiore a un anno, è necessaria una soluzione più robusta per le campagne prolungate.L'approccio raccomandato è quello di sostituire la muratura in blocchi di carbonio prefabbricati con un rivestimento monolitico a freddoIn alternativa, l'impiego di una tecnica di muratura a giunzioni sottili con blocchi di carbonio autoforniti può garantire in modo affidabile una durata di vita del rivestimento del forno di almeno tre anni.Il successo di questi metodi dipende in modo critico dalla corretta progettazione e selezione dei materiali di rivestimento del forno, in particolare assicurando un adeguato tampone termico alle interfacce dei materiali e accogliendo l'espansione termica.
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