Hệ thống xả đáy lệch tâm (EBT) đã trở thành tiêu chuẩn trên các lò hồ quang điện từ cuối những năm 1980, nhưng nó vẫn là một trong những điểm hỏng hóc phổ biến nhất trong hoạt động của lò hồ quang điện. Một lỗ xả không mở được trong lần thử đầu tiên sẽ làm mất từ 3 đến 8 phút mỗi mẻ nấu. Trong một tháng với 600 mẻ nấu, điều đó có nghĩa là mất từ 30 đến 80 giờ sản xuất — tương đương với việc không thể thực hiện được từ 100 đến 250 mẻ nấu.
MONTE INTELLIGENCE đã thiết kế và cung cấp hệ thống EBT cho các lò nung có công suất từ 15 đến 120 tấn. Bài viết này đề cập đến các quyết định kỹ thuật, quy trình vận hành và quy trình bảo trì quyết định độ tin cậy của hệ thống EBT.
Về lý thuyết, khái niệm lò EBT khá đơn giản. Thay vì lấy thép ra qua cửa xả xỉ như các lò cũ, lò EBT có một lỗ lấy thép ở đáy, lệch so với đường tâm của lò. Nghiêng lò về phía trước sẽ đưa lỗ lấy thép xuống dưới mực thép trong bể, và thép sẽ chảy ra nhờ trọng lực. Nghiêng lò về phía sau sẽ đóng lỗ lấy thép lại. Kết quả là quá trình lấy thép không có xỉ – xỉ nổi trên bề mặt thép và không chảy đến lỗ lấy thép cho đến khi quá trình rót kết thúc, và ngay cả khi đó, người vận hành vẫn có thể nghiêng lò về phía sau để dừng dòng chảy trước khi xỉ tràn ra ngoài.
Thực tế phức tạp hơn nhiều. Hệ thống EBT phải xử lý thép nóng chảy ở nhiệt độ 1600-1650°C, chịu được áp suất thủy lực của lò đầy (khoảng 0,5 bar tại lỗ thoát liệu trong lò 100 tấn), duy trì cơ chế mở đáng tin cậy và bịt kín để ngăn khí thoát ra trong các giai đoạn nấu chảy và tinh luyện.
Đường kính lỗ thoát liệu là quyết định thiết kế đầu tiên. Nó quyết định tốc độ và thời gian thoát liệu. Đối với lò 50 tấn, đường kính lỗ thoát liệu từ 80-100 mm cho tốc độ thoát liệu từ 2 đến 3 tấn/phút và tổng thời gian thoát liệu từ 15 đến 25 phút. Đường kính nhỏ hơn làm tăng hiện tượng phân mảnh tia phun và cuốn khí. Đường kính lớn hơn có nguy cơ gây nhiễu loạn quá mức trong gáo rót, có thể làm hỏng lớp vật liệu chịu lửa của gáo và gây mất nhiệt quá mức.
Ống lót lỗ rót là ống chịu nhiệt tiêu hao tạo thành kênh rót thực tế. Các lựa chọn vật liệu ống lót bao gồm magie oxit-cacbon (MgO-C), magie oxit-crom (MgO-Cr2O3) và nhôm oxit-cacbon (Al2O3-C). Ống lót MgO-C chiếm ưu thế trên thị trường vì chúng kết hợp khả năng chống xỉ tốt với khả năng chịu sốc nhiệt chấp nhận được. Tuổi thọ điển hình của mỗi ống lót dao động từ 80 đến 150 mẻ nấu.
Sự mài mòn của ống lót không đồng đều. Mức độ mài mòn cao nhất xảy ra ở mặt tiếp xúc với nhiệt độ cao — phần cuối của ống lót tiếp xúc với bể thép nóng chảy — vì khu vực này chịu nhiệt độ cao nhất và bị ăn mòn hóa học nhiều nhất từ xỉ. Tốc độ mài mòn ở mặt tiếp xúc với nhiệt độ cao có thể cao hơn 2-3 lần so với tốc độ mài mòn ở mặt tiếp xúc với nhiệt độ thấp (phần ngoài). Vì lý do này, một số nhà vận hành sử dụng thiết kế ống lót hai mảnh, trong đó phần tiếp xúc với nhiệt độ cao có thể được thay thế độc lập với phần còn lại của ống lót, giúp giảm tổng chi phí vật liệu chịu lửa khoảng 20%.
Cát lấp đầy là vật liệu được dùng để lấp đầy lỗ thoát thép giữa các mẻ nấu. Khi lò nghiêng về phía trước để tháo thép, cát phải chảy ra tự do, cho phép thép chảy theo. Đây là nơi khái niệm về tỷ lệ mở tự do phát huy tác dụng. Tỷ lệ mở tự do 95% có nghĩa là 95 trên 100 mẻ nấu sẽ mở ngay lần đầu tiên mà không cần dùng đến vòi oxy.
Tốc độ mở khuôn phụ thuộc vào ba yếu tố: chất lượng cát, quy trình đổ khuôn và tình trạng lỗ thoát khuôn. Chất lượng cát bắt đầu từ thành phần hóa học. Cát phải có hàm lượng silica cao (tối thiểu 97% SiO2) và hàm lượng oxit sắt thấp (tối đa 0,5% Fe2O3). Oxit sắt thúc đẩy quá trình thiêu kết các hạt cát ở nhiệt độ luyện thép, điều này ngăn cản sự chảy tự do. Sự phân bố kích thước hạt cần được kiểm soát: quá mịn thì cát sẽ đóng chặt quá; quá thô thì sẽ cho phép thép len lỏi giữa các hạt.
Quy trình đổ đầy cũng quan trọng không kém. Cát phải khô – độ ẩm trong cát tạo ra nguy cơ nổ hơi nước và thúc đẩy quá trình thiêu kết. Cát nên được đổ vào lỗ thoát từ độ cao đủ để đạt được độ nén tự nhiên, thông thường là 500-800 mm phía trên miệng lỗ thoát. Cần tránh nén chặt; cát bị nén chặt sẽ không chảy tự do. Cát nên lấp đầy lỗ thoát đến khoảng 50-100 mm phía trên mặt nóng của ống để ngăn thép xâm nhập vào ống trong lần nấu tiếp theo.
Tình trạng lỗ thoát cát ảnh hưởng đến khả năng mở tự do vì bề mặt ống lót bị thô ráp hoặc ăn mòn tạo ra các điểm neo cơ học cho cát. Sau mỗi 20-30 lần nung, lỗ thoát cát nên được kiểm tra bằng kính nội soi. Bất kỳ sự ăn mòn ống lót nào vượt quá 20% đường kính ban đầu, bất kỳ vết nứt nào dài hơn 50 mm, hoặc bất kỳ sự xâm nhập kim loại nào vào thành ống lót đều là lý do cần thay thế ống lót.
Phương pháp thổi khí oxy là phương pháp dự phòng khi lỗ thoát liệu không mở tự do. Một ống thổi có vòi phun oxy 6-8 mm được đưa vào lỗ thoát liệu từ phía dưới, và oxy được thổi vào với áp suất 8-12 bar để đốt cháy bất kỳ vật cản nào. Việc thổi khí làm hỏng lớp vật liệu chịu nhiệt của ống – mỗi lần thổi khí làm giảm tuổi thọ của ống khoảng 2-3 mẻ nấu – vì vậy việc giảm thiểu các lần thổi khí là một động lực kinh tế trực tiếp để duy trì tỷ lệ mở tự do cao.
Hệ thống cửa van là van cơ khí ngăn thép chảy vào lỗ thoát trong quá trình nấu chảy. Có hai kiểu thiết kế cạnh tranh trên thị trường: cửa van trượt và cửa van quay. Cửa van trượt sử dụng một tấm chịu nhiệt trượt ngang qua lỗ thoát. Cửa van quay sử dụng một xi lanh quay có lỗ xuyên. Cửa van trượt chiếm ưu thế trong các lò lớn hơn (trên 80 tấn) vì chúng cung cấp khả năng làm kín tốt hơn. Cửa van quay phổ biến hơn trong các lò nhỏ hơn vì chúng có giá thành thấp hơn khoảng 30%.
Gate maintenance is a systematic activity. After every heat, the gate mechanism should be visually inspected for refractory wear, metal buildup, and hydraulic system leaks. Hydraulic cylinder stroke should be verified against the design specification. Any deviation of more than 5 mm from the design stroke indicates wear in the linkage mechanism.
The EBT pit, where the ladle sits during tapping, needs design attention too. Splash from the tapping stream can damage surrounding equipment and create a safety hazard for operators. The pit should be lined with castable refractory capable of withstanding occasional direct contact with molten steel. Drainage should direct any spilled steel away from electrical cables and hydraulic lines.
MONTE INTELLIGENCE EBT systems are designed for a free-opening rate above 95% with proper operating discipline. Our standard package includes the tap hole sleeve in MgO-C or customer-specified material, filling sand with certified chemistry and particle size, gate system with hydraulic power unit, and full installation supervision.
For inquiries about EBT systems or to discuss your specific furnace configuration, contact helenxu@cnlymonte.com.
