ผู้ควบคุมเตาหลอมไฟฟ้าทุกคนที่เคยประสบปัญหาแผ่นหลังคาเตาหลอมเสียหายย่อมรู้ดีถึงความเสียหายนั้น เมื่อแผ่นหลังคาเตาหลอมพังลง ความร้อนทั้งหมดจะสูญเสียไป ไม่ใช่แค่ความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตารางการผลิต เครื่องหล่อโลหะ และโรงรีดโลหะ ทุกอย่างหยุดชะงัก
ที่ MONTE INTELLIGENCE เราได้จัดหาโครงสร้างหลังคาเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) ให้กับโรงงานเหล็กทั่วเอเชีย ตะวันออกกลาง และแอฟริกา จากโครงการเหล่านั้น เราได้เรียนรู้ว่าอะไรใช้ได้ผลและอะไรล้มเหลว บทความนี้จะแบ่งปันประสบการณ์ภาคสนามเหล่านั้น
วงแหวนหลังคาเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) ตั้งอยู่ตรงจุดตัดของสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายสามด้าน จากด้านล่าง มันเผชิญกับรังสีโดยตรงจากประกายไฟ ซึ่งอุณหภูมิอาจพุ่งสูงเกิน 1700°C ในจุดที่ร้อนที่สุด จากด้านข้าง มันรับน้ำหนักทางกลของอิเล็กโทรด ซึ่งแต่ละอันมีน้ำหนักหลายตันและสั่นสะเทือนขณะหลอม และจากภายใน มันเป็นตัวนำน้ำหล่อเย็นผ่านช่องทางที่ต้องไม่รั่วซึมภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่อาจทำให้เหล็กธรรมดาแตกได้
การเลือกวัสดุเริ่มต้นจากเหล็กพื้นฐาน วงแหวนหลังคาส่วนใหญ่ใช้สแตนเลส AISI 304 หรือ 316 สำหรับแผงระบายความร้อนด้วยน้ำ การเลือกใช้ระหว่าง 304 และ 316 ขึ้นอยู่กับคำถามเดียวคือ ปริมาณคลอไรด์ในน้ำหล่อเย็นของคุณ หากคุณใช้ระบบวงปิดด้วยน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้ว 304 ก็ใช้งานได้ดี หากคุณใช้ระบบระบายความร้อนแบบไหลผ่านครั้งเดียวจากแม่น้ำหรือบ่อที่มีคุณภาพน้ำแปรผัน ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากคลอไรด์ของ 316 ซึ่งมีส่วนประกอบของโมลิบเดนัม 2-3% จะคุ้มค่าภายในปีแรก เราพบว่าวงแหวนหลังคา 304 เกิดรอยรั่วเล็กๆ ภายในหกเดือนในน้ำหล่อเย็นที่มีความเค็มเล็กน้อย ในขณะที่วงแหวน 316 ในโรงงานเดียวกันใช้งานได้นานถึงสามปี
บริเวณสามเหลี่ยมที่อยู่ระหว่างช่องเสียบอิเล็กโทรดทั้งสามช่องนั้น เป็นจุดเริ่มต้นของความเสียหายของวงแหวนหลังคาเตาหลอมส่วนใหญ่ บริเวณนี้ได้รับความร้อนจากการแผ่รังสีอย่างรุนแรงที่สุด และมีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดระหว่างเหล็กที่ระบายความร้อนด้วยน้ำกับพื้นผิววัสดุทนไฟ วิธีการแบบดั้งเดิมใช้ก้อนอิฐอลูมินาสูง (85-90% Al2O3) ซึ่งมีอายุการใช้งานที่ดีภายใต้สภาวะการทำงานปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อเตาหลอมทำงานแบบอาร์คยาว หรือเมื่อส่วนผสมของเศษเหล็กมี DRI ในปริมาณสูงพร้อมกับตะกรันฟองที่เกิดขึ้น บริเวณสามเหลี่ยมที่ทำจากวัสดุทนไฟจะได้รับความเสียหายอย่างมาก
สำหรับสภาพแวดล้อมดังกล่าว เราขอแนะนำอิฐแมกนีเซีย-คาร์บอนสำหรับพื้นที่สามเหลี่ยมปากแม่น้ำ อิฐ MgO-C ผสมผสานคุณสมบัติการทนความร้อนสูงของแมกนีเซีย (จุดหลอมเหลว 2800°C) เข้ากับคุณสมบัติการต้านทานตะกรันของคาร์บอน คาร์บอนยังให้การนำความร้อนที่ช่วยกระจายความร้อนได้สม่ำเสมอยิ่งขึ้น ลดอุณหภูมิจุดร้อนลง 50-80°C เมื่อเทียบกับอิฐอลูมินาสูงเพียงอย่างเดียว ข้อเสียคือราคาสูงขึ้น อิฐ MgO-C มีราคาแพงกว่าอิฐอลูมินาสูงประมาณ 40% แต่โดยทั่วไปแล้วอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นจะให้ผลตอบแทนจากการลงทุนที่เพิ่มขึ้นนั้นถึง 2:1
การออกแบบระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเป็นตัวแยกแยะวงแหวนหลังคาที่เหมาะสมออกจากวงแหวนหลังคาที่ยอดเยี่ยม พารามิเตอร์สำคัญคือความเร็วของน้ำที่ไหลผ่านช่องระบายความร้อน หากความเร็วต่ำกว่า 1.5 เมตรต่อวินาที คุณอาจเสี่ยงต่อการเกิดการเดือดแบบนิวเคลียสที่จุดร้อน ซึ่งจะสร้างฟองไอน้ำที่กั้นเหล็กจากน้ำหล่อเย็น เมื่อเกิดไอน้ำ อุณหภูมิของเหล็กอาจพุ่งสูงขึ้นถึง 200°C ในเวลาไม่กี่วินาที ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความล้าทางความร้อน เราจึงออกแบบให้มีความเร็วของน้ำอย่างน้อย 2.0 เมตรต่อวินาทีในทุกช่องระบายความร้อนของวงแหวนหลังคา และมีความเร็วสูงขึ้นที่ 2.5-3.0 เมตรต่อวินาทีในบริเวณพอร์ตอิเล็กโทรดซึ่งมีการไหลของความร้อนสูงสุด
การกระจายการไหลมีความสำคัญไม่แพ้ปริมาณการไหลทั้งหมด วงแหวนหลังคาที่มีการระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิทั่วโครงสร้าง การไล่ระดับเหล่านั้นจะสร้างการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน ซึ่งก่อให้เกิดความเครียดทางกลที่รอยเชื่อม — ซึ่งเป็นจุดที่คุณไม่ต้องการให้เกิดความเครียด เราใช้แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เพื่อตรวจสอบว่าทางเดินน้ำทุกทางได้รับปริมาณการไหลตามที่ออกแบบไว้ก่อนที่วงแหวนจะเข้าสู่กระบวนการผลิต
การจัดเรียงแบบเดลต้า—ซึ่งหมายถึงวิธีการจัดวางพอร์ตอิเล็กโทรดบนหลังคา—ส่งผลต่อทั้งประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและอายุการใช้งานของวัสดุทนไฟ แบบเดลต้ามาตรฐานจะมีอิเล็กโทรดสามตัวอยู่ที่จุดยอดของสามเหลี่ยมด้านเท่า เส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมพิทช์ (PCD) ซึ่งเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่ผ่านจุดศูนย์กลางของอิเล็กโทรดทั้งสามตัว เป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ หาก PCD เล็กเกินไป ประกายไฟจะทำให้ผนังด้านข้างร้อนเกินไป หาก PCD ใหญ่เกินไป จุดเย็นระหว่างอิเล็กโทรดจะทำให้เกิดเศษโลหะที่ไม่หลอมละลายเชื่อมต่อกัน
สำหรับเตาหลอมไฟฟ้าขนาด 50 ตันโดยทั่วไป ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (PCD) จะอยู่ระหว่าง 700 ถึง 900 มม. ขึ้นอยู่กับกำลังของหม้อแปลง ยิ่งกำลังไฟฟ้าสูงเท่าไร ก็ยิ่งสามารถใช้ PCD ที่ใหญ่ขึ้นได้ เนื่องจากอาร์คที่ยาวขึ้นจะให้ความร้อนแผ่กระจายได้มากขึ้น วงแหวนหลังคาต้องรองรับ PCD ที่เลือกไว้ ในขณะเดียวกันก็ต้องรักษาความหนาของวัสดุทนไฟที่เพียงพอระหว่างช่องเสียบขั้วไฟฟ้ากับเปลือกนอก โดยทั่วไปเราจะกำหนดความหนาของวัสดุทนไฟขั้นต่ำที่ 150 มม. ระหว่างช่องเสียบขั้วไฟฟ้าใดๆ กับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของวงแหวนหลังคา
การซีลรอบพอร์ตอิเล็กโทรดนั้นมีความสำคัญ ช่องว่างทุกช่องรอบพอร์ตอิเล็กโทรดเป็นทางให้ก๊าซร้อนรั่วไหลออกและอากาศเข้าไปได้ การที่อากาศเข้าไปนั้นเป็นปัญหาอย่างยิ่ง เพราะมันจะเผาไหม้คาร์บอนจากอิเล็กโทรดและเพิ่มไนโตรเจนเข้าไปในเหล็ก วงแหวนหลังคาที่ออกแบบมาอย่างดีจะมีซีลเชิงกล — ไม่ว่าจะเป็นวงแหวนกราไฟต์หรือวงแหวนสแตนเลสแบบสปริง — ที่รักษาการสัมผัสกับอิเล็กโทรดขณะที่มันเคลื่อนที่ขึ้นลงระหว่างการปรับ ซีลจะต้องมีระยะห่างในแนวรัศมีประมาณ 5 มม. สำหรับการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรด ในขณะที่ยังคงรักษาความแน่นของก๊าซไว้ได้โดยมีการรั่วไหลไม่เกิน 2-3%
การติดตั้งและการจัดแนวเป็นจุดที่การปฏิบัติจริงแตกต่างจากทฤษฎีทางวิศวกรรม วงแหวนหลังคาที่ออกแบบมาอย่างสมบูรณ์แบบบนกระดาษอาจเสียหายได้ภายในไม่กี่สัปดาห์หากติดตั้งโดยมีการเบี่ยงเบนแม้เพียง 3 มิลลิเมตร วงแหวนต้องวางได้ระดับอย่างสมบูรณ์บนเปลือกเตา การเอียงใด ๆ จะทำให้เกิดการรับน้ำหนักที่ไม่สม่ำเสมอต่อวัสดุทนไฟและการกระจายการไหลของน้ำที่ไม่สม่ำเสมอ เราจัดส่งวงแหวนหลังคาของเราพร้อมพื้นผิวอ้างอิงที่ผ่านการกลึงแล้วและมีหมุดจัดแนวที่เข้ากับขอบของเปลือกเตา ทีมงานภาคสนามควรตรวจสอบความเรียบด้วยระดับน้ำที่มีความแม่นยำสูง (ความแม่นยำ 0.02 มม./เมตร) ที่สี่จุดรอบ ๆ วงแหวนก่อนที่จะขันสลักเกลียวให้แน่น
ระยะเวลาการบำรุงรักษาขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งาน ภายใต้สภาวะปกติ — 20 รอบการผลิตต่อวัน ส่วนผสมของเศษวัสดุทั่วไป — ตรวจสอบความหนาของวัสดุทนไฟทุกๆ 200 รอบการผลิต ให้สังเกตการสึกกร่อนที่ลึกเกิน 50% ของความหนาเดิมของวัสดุทนไฟ รอยแตกที่กว้างกว่า 3 มม. และการหลุดร่อนที่ขอบของพอร์ตอิเล็กโทรด แผงระบายความร้อนด้วยน้ำควรได้รับการทดสอบแรงดันที่ 1.5 เท่าของแรงดันใช้งานทุกๆ 500 รอบการผลิต แผงใดๆ ที่แสดงให้เห็นถึงการลดลงของแรงดันมากกว่า 5% ในช่วง 15 นาที ควรนำออกและซ่อมแซม
วงแหวนหลังคา MONTE INTELLIGENCE ได้รับการออกแบบให้มีอายุการใช้งานขั้นต่ำ 2000 รอบการผลิตภายใต้สภาวะการทำงานปกติ อายุการใช้งานจริงในภาคสนามมีตั้งแต่ 1800 ถึง 3500 รอบการผลิต ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความแตกต่างระหว่างอายุการใช้งานต่ำสุดและสูงสุดนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งานที่กล่าวมาข้างต้น ได้แก่ คุณภาพน้ำ การเลือกวัสดุทนไฟ และความแม่นยำในการจัดแนว
หากคุณกำลังวางแผนเปลี่ยนวงแหวนหลังคาเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) หรือโครงการเตาหลอมใหม่ โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเราที่ helenxu@cnlymonte.com เราสามารถจัดทำข้อเสนอทางเทคนิคโดยละเอียดตามการกำหนดค่าเตาหลอม ส่วนผสมของเศษโลหะ และเป้าหมายการผลิตของคุณได้
