Дугавая печь для ферросплавов: решение проблемы перегрева и покраснения дна печи
В традиционных дуговых печах для ферросплавовдуговых печахфутеровка печи обычно выполняется из предварительно обожженных угольных блоков с широкими, грубыми швами. Глубина погружения электродов (или загрузка печи) контролируется путем регулировки первичного тока. В данном исследовании рассматривается основное оборудование двух дуговых печей компании мощностью 25,5 МВА. Хотя первоначально применялась технология мелкошовной кладки из полуграфитового углеродистого кирпича, перегрев и покраснение дна печи появились всего через три месяца после ввода в эксплуатацию. Был проведен детальный анализ после аварии для выявления основной причины и разработки решения.
Хронология эксплуатации и описание инцидента:
Печь № 1 была введена в эксплуатацию и начала фазу предварительного нагрева («электрическая печь»). Первоначальная загрузка произошла на 6-й день, а первый выпуск металла — на 7-й день.
По мере повышения температуры печи вторичное напряжение постепенно повышалось, и печь № 2 была запущена на 12-й день.
На 43-й день работы печи № 1 был обнаружен твердый предмет, препятствующий доступу к летке, что улучшилось после замены летки.
К 83-му дню возникли проблемы в работе, характеризующиеся чрезмерным объемом шлака, снижением выхода металла и частым низким выходом металла.
К 90-му дню температура дна печи превысила 600°C, достигнув 1050°C к 95-му дню. В этот момент стальная оболочка дна показала локальное покраснение в пяти областях вблизи осевой линии.
Впоследствии печь № 2 продемонстрировала аналогичную картину, при этом температура ее дна поднялась с 425°C до более чем 550°C, что потребовало остановки.
Анализ причин
Преждевременное покраснение или износ дна печи в дуговых печах обычно является результатом сочетания факторов, связанных с материалами футеровки, качеством конструкции, ежедневной эксплуатацией и конструкцией печи. Для данного инцидента футеровка печи была определена как ключевой фактор.
1. Анализ футеровки печи (основной фактор)
В печи для силикомарганцового сплава зона плавления образует высокотемпературную полость («тигель») вокруг концов трех электродов, где твердая шихта плавится и газифицируется. Температура в этой полости достигает 2000–3000°C. Горячая поверхность стенки тигля составляет примерно 1800–2000°C, холодная поверхность — 1500–1800°C, а твердая шихта, прилегающая к внутренней стенке футеровки печи, достигает 1500–1700°C.
В неудачной мелкошовной кладке использовались следующие материалы (фактическая установленная толщина в скобках):
Огнеупорный кирпич N42 (0,6345 м)
Высокоглиноземистый кирпич L75 (0,335 м)
Предварительно обожженный (полуграфитовый) углеродистый кирпич (1,206 м)
Теплоизоляция из асбестового волокна (0,02 м)
Стальная пластина корпуса печи (0,03 м)
Швовые материалы: безводная углеродная паста, фосфатная суспензия, твердый высокоглиноземистый мелкий порошок, низкотемпературная грубошовная электродная паста.
Также использовался полуграфитовый карбидокремниевый кирпич.
Критическая проблема была выявлена в тепловом интерфейсе. Температура размягчения высокоглиноземистого кирпича обычно не превышает 1200°C. Если рабочая среда превышает это значение, между углеродистым кирпичом и высокоглиноземистым кирпичом необходимо добавить слой легкого углеродистого кирпича, чтобы снизить температуру на границе раздела ниже 1200°C. Этот буфер отсутствовал.
Кроме того, решающее значение имеет качество кладки. Различные огнеупоры имеют разные коэффициенты теплового расширения, что требует соответствующим образом спроектированной и рассчитанной зоны упругого буфера. Зона, которая слишком тонкая, не может компенсировать расширение, в то время как зона, которая слишком толстая, не обеспечивает адекватного удержания от корпуса печи, что потенциально расширяет швы кирпича.
Правильный предварительный нагрев футеровки («обжиг») в соответствии с определенной кривой нагрева имеет важное значение, учитывая состав футеровки (базовые слои по сравнению со слоями накопления тепла), свойства огнеупоров, толщину, местоположение и метод нагрева. Другие эксплуатационные факторы, такие как настройки контроллера, характеристики дуги и распределение тока, также оказывают существенное влияние на срок службы футеровки.
Анализ печи после аварии и выводы
После недельной остановки печь № 1 была опорожнена и осмотрена:
1. Слой кокса примерно в 1,3 метра от верха печи оказался на 60% толще нормы.
2. На глубине около 2,4 метра (в зоне трехфазного электрода) структура углеродистого кирпича поднялась. Нормальная глубина печи составляла 3,6 метра.
Основной причиной покраснения дна был определен термический стресс внутри кирпичной футеровки во время нагрева. Этот стресс вызвал выпучивание, растрескивание сверху и последующее проникновение расплавленного металла. Треугольная конфигурация углеродистых кирпичей сконцентрировала этот термический стресс, что привело к локальному «выпучиванию».
Рекомендуемое решение:
В то время как традиционная конструкция печи с широкими швами может обеспечить срок службы футеровки более одного года, для расширенных кампаний требуется более надежное решение. Рекомендуемый подход заключается в замене мелкошовной кладки из предварительно обожженных угольных блоков на холодную трамбованную монолитную футеровку. Альтернативно, применение технологии мелкошовной кладки с использованием самообжигающихся угольных блоков может надежно гарантировать срок службы футеровки печи не менее трех лет. Успех этих методов критически зависит от правильного проектирования и выбора материалов футеровки печи, в частности, обеспечения адекватной тепловой буферизации на границах раздела материалов и компенсации теплового расширения.
Мы являемся профессиональным производителем электропечей. Для получения дополнительной информации или если вам требуются дуговые печи, электродуговые печи, ковшовые печи для рафинирования или другое плавильное оборудование, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам по адресу susan@aeaxa.com
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
