Forno de arco submerso de ferroligas: uma solução para o sobreaquecimento e vermelhidão no fundo do forno
Em ferroligas tradicionaisFornos de arco submersoO revestimento do forno é tipicamente construído usando blocos de carbono pré-cozidos com juntas largas e grosseiras.Este estudo de caso examina o equipamento primário dos doisEmbora tenha sido inicialmente empregada uma tecnologia de alvenaria de tijolos de carbono semigrafíticos refinados,O sobreaquecimento e a vermelhidão no fundo do forno apareceram apenas três meses após a sua colocação em serviço.Foi realizada uma análise post mortem detalhada para identificar a causa raiz e desenvolver uma solução.
Calendário operacional e descrição do incidente:
O forno número 1 foi comissionado e começou a sua fase de pré-aquecimento ("forno elétrico").
À medida que a temperatura do forno aumentou, a tensão secundária foi gradualmente aumentada, e o Forno No. 2 foi ligado no dia 12.
No 43° dia de funcionamento do forno n.° 1, foi encontrado um objeto duro que obstruía a abertura, condição que melhorou após a substituição da abertura.
No dia 83, surgiram problemas operacionais, caracterizados por um volume excessivo de escória, redução do rendimento de metal e baixa produção de metal frequente.
No dia 90, a temperatura do fundo do forno ultrapassou os 600 ° C, atingindo os 1050 ° C no dia 95. Neste ponto, a casca de aço inferior mostrou vermelhidão localizada em cinco áreas perto da linha central.
O forno n.o 2 apresentou posteriormente um padrão semelhante, com a sua temperatura inferior subindo de 425°C para mais de 550°C, exigindo um desligamento.
Análise das causas
A vermelhidão prematura do fundo do forno ou o desgaste nos fornos de arco submersos resultam tipicamente de uma combinação de fatores relacionados com os materiais de revestimento, a qualidade da construção, a operação diária,e projeto do fornoPara este incidente, o revestimento do forno foi identificado como o fator chave.
1Análise do revestimento do forno (fator primário)
Em um forno de liga de silicomanganês, a zona de fusão forma uma cavidade de alta temperatura ("crucible") em torno das pontas dos três eletrodos, onde a carga sólida é derretida e gasificada.As temperaturas dentro desta cavidade atingem 2000~3000°CA face quente da parede do cadinho é de aproximadamente 1800~2000°C, a sua face fria de 1500~1800°C e a carga sólida adjacente à parede interna do revestimento do forno atinge 1500~1700°C.
A alvenaria de juntas finas falhada utilizou os seguintes materiais (espessuras instaladas reais entre parênteses):
N42 tijolo de argila de fogo (0,6345m)
L75 tijolo de alta alumina (0,335m)
tijolos de carbono pré-cozidos (1.206m)
Isolamento de placas de fibra de amianto (0,02 m)
Placa de aço de concha de forno (0,03 m)
Materiais conjuntos: pasta de carbono anidro, lama de fosfato, pó fino de alta alumina duro, pasta de eletrodo grosseiro de baixa temperatura.
Também foi usado tijolo de carburo de silício semi-grafítico.
Foi identificado um problema crítico na interface térmica: o ponto de amolecimento da carga do tijolo de alta alumina geralmente não excede 1200°C. Se o ambiente de funcionamento exceder este valor, o ponto de amolecimento da carga do tijolo de alta alumina não excede 1200°C.Uma camada de tijolo de carbono leve deve ser adicionada entre o tijolo de carbono e o tijolo de alta alumina para reduzir a temperatura da interface abaixo de 1200°C.Este tampão estava ausente.
Além disso, a qualidade da alvenaria é crucial. Diferentes refratários têm diferentes coeficientes de expansão térmica, exigindo uma zona de amortecimento elástica adequadamente projetada e dimensionada.Uma zona muito fina não pode acomodar a expansão, enquanto um que é muito espesso não consegue fornecer uma contenção adequada da casca do forno, potencialmente alargando as juntas de tijolo.
É essencial um pré-aquecimento adequado do revestimento ("cozimento") de acordo com uma curva de aquecimento definida, tendo em conta a composição do revestimento (base versus camadas de armazenamento de calor), propriedades refratárias, espessura, localização,e método de aquecimentoOutros fatores operacionais, tais como configurações do controlador, características de arco e distribuição de corrente, também afetam significativamente a vida útil do revestimento.
Forno post mortem e conclusões
Após uma semana de desligamento, o Forno No. 1 foi esvaziado e inspecionado:
1Uma camada de coque a cerca de 1,3 metros da parte superior do forno foi encontrada 60% mais espessa do que o normal.
2Na profundidade de cerca de 2,4 metros (na zona de elétrodos de três fases), a estrutura de tijolo de carbono tinha subido.
A causa da vermelhidão do fundo foi determinada como estresse induzido por calor dentro do revestimento do tijolo durante o aquecimento.e subsequente infiltração de metal fundidoA configuração triangular dos tijolos de carbono concentrava este esforço térmico, levando a uma falha localizada de "enroscamento".
Solução recomendada:
Embora a construção tradicional de fornos de junta larga possa garantir uma vida útil do revestimento superior a um ano, é necessária uma solução mais robusta para campanhas prolongadas.A abordagem recomendada é a substituição da alvenaria de blocos de carbono pré-cozidos com um revestimento monolítico emoldurado a frioEm contrapartida, a utilização de uma técnica de alvenaria de juntas finas com blocos de carbono auto-cozinhados pode garantir de forma fiável uma vida útil do revestimento do forno de pelo menos três anos.O êxito destes métodos depende criticamente do projecto e da selecção adequados dos materiais de revestimento do forno, assegurando, em especial, uma amortecimento térmico adequado nas interfaces dos materiais e permitindo a expansão térmica.
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