Bất kỳ người vận hành lò hồ quang điện nào từng gặp sự cố hỏng vòng chắn nhiệt trên mái lò đều biết chi phí thiệt hại. Khi vòng chắn nhiệt bị hỏng, toàn bộ nhiệt lượng sẽ bị mất đi. Không chỉ nhiệt lượng mà cả tiến độ sản xuất, máy đúc ở khâu tiếp theo, nhà máy cán thép cũng bị ảnh hưởng. Mọi thứ đều dừng lại.
Tại MONTE INTELLIGENCE, chúng tôi đã cung cấp vòng mái lò điện hồ quang (EAF) cho các nhà máy thép trên khắp châu Á, Trung Đông và châu Phi. Thông qua các dự án đó, chúng tôi đã học được những gì hiệu quả và những gì không hiệu quả. Bài viết này chia sẻ kinh nghiệm thực tế đó.
Vòng mái lò điện hồ quang (EAF) nằm ở giao điểm của ba môi trường khắc nghiệt. Từ phía dưới, nó phải chịu bức xạ trực tiếp từ hồ quang — nhiệt độ có thể tăng vọt lên hơn 1700°C tại các điểm nóng. Từ bên cạnh, nó chịu tải trọng cơ học của các điện cực, mỗi điện cực nặng vài tấn và rung động trong quá trình nóng chảy. Từ bên trong, nó dẫn nước làm mát qua các đường dẫn phải luôn kín nước dưới chu kỳ nhiệt độ thay đổi liên tục, nếu không thép thông thường sẽ bị nứt.
Việc lựa chọn vật liệu bắt đầu từ thép nền. Hầu hết các vòng mái sử dụng thép không gỉ AISI 304 hoặc 316 cho các tấm làm mát bằng nước. Sự lựa chọn giữa 304 và 316 phụ thuộc vào một câu hỏi: hàm lượng clorua trong nước làm mát của bạn là bao nhiêu. Nếu bạn sử dụng hệ thống khép kín với nước đã qua xử lý, 304 hoạt động tốt. Nếu bạn sử dụng hệ thống làm mát một chiều từ sông hoặc giếng với chất lượng nước không ổn định, khả năng chống ăn mòn do clorua của 316 - với hàm lượng molypden từ 2-3% - sẽ giúp tiết kiệm chi phí trong năm đầu tiên. Chúng tôi đã thấy các vòng mái 304 bị rò rỉ lỗ nhỏ trong vòng sáu tháng khi sử dụng nước làm mát có độ mặn thấp, trong khi các vòng 316 trong cùng một nhà máy lại có thể sử dụng được ba năm.
Vùng tam giác chịu nhiệt (delta) nằm giữa ba cổng điện cực là nơi bắt đầu hầu hết các hư hỏng vòng mái. Khu vực này chịu nhiệt bức xạ mạnh nhất và có độ chênh lệch nhiệt độ cao nhất giữa thép làm mát bằng nước và bề mặt vật liệu chịu nhiệt. Phương pháp truyền thống sử dụng gạch có hàm lượng alumina cao (85-90% Al2O3), cho tuổi thọ sử dụng tốt trong điều kiện hoạt động bình thường. Tuy nhiên, khi lò hoạt động với chu trình hồ quang dài hoặc khi hỗn hợp phế liệu bao gồm tỷ lệ DRI cao cùng với xỉ bọt đi kèm, vật liệu chịu nhiệt vùng tam giác chịu nhiệt sẽ bị hư hại nghiêm trọng.
Đối với những điều kiện đó, chúng tôi khuyến nghị sử dụng gạch magnesia-carbon cho khu vực đồng bằng. Gạch MgO-C kết hợp khả năng chịu nhiệt cao của magnesia (điểm nóng chảy 2800°C) với khả năng chống xỉ của carbon. Carbon cũng cung cấp khả năng dẫn nhiệt giúp phân bổ tải nhiệt đồng đều hơn, giảm nhiệt độ điểm nóng từ 50-80°C so với chỉ sử dụng gạch alumina cao. Nhược điểm là chi phí — gạch MgO-C đắt hơn khoảng 40% so với gạch alumina cao — nhưng tuổi thọ sử dụng kéo dài thường mang lại lợi nhuận gấp đôi so với khoản đầu tư thêm đó.
Thiết kế hệ thống làm mát bằng nước là yếu tố phân biệt giữa các vòng hàn mái đạt yêu cầu và các vòng hàn mái xuất sắc. Thông số quan trọng nhất là tốc độ dòng nước chảy qua các đường dẫn làm mát. Nếu tốc độ dưới 1,5 mét/giây, sẽ có nguy cơ xảy ra hiện tượng sôi tạo bọt tại các điểm nóng, tạo ra các túi hơi nước làm cách nhiệt thép khỏi nước làm mát. Khi hơi nước hình thành, nhiệt độ thép có thể tăng vọt lên đến 200°C trong vài giây, dẫn đến nứt do mỏi nhiệt. Chúng tôi thiết kế với tốc độ dòng nước tối thiểu là 2,0 m/s trong tất cả các đường dẫn của vòng hàn mái, và tốc độ cao hơn từ 2,5-3,0 m/s tại các khu vực cửa điện cực nơi mật độ nhiệt cao nhất.
Phân bố lưu lượng cũng quan trọng không kém tổng lưu lượng. Một vòng làm mát mái nhà với hệ thống làm mát không đồng đều sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ trên toàn cấu trúc. Sự chênh lệch nhiệt độ này gây ra sự giãn nở nhiệt khác biệt, dẫn đến ứng suất cơ học tại các mối hàn — chính xác là nơi bạn không muốn có ứng suất. Chúng tôi sử dụng mô hình động lực học chất lỏng tính toán (CFD) để xác minh rằng mọi đường dẫn nước đều nhận được lưu lượng thiết kế trước khi vòng làm mát được đưa vào sản xuất.
Cấu hình delta — tức là cách bố trí các cổng điện cực trên mái — ảnh hưởng đến cả hiệu suất điện và tuổi thọ vật liệu chịu lửa. Cấu hình delta tiêu chuẩn có ba điện cực nằm ở các đỉnh của một tam giác đều. Đường kính vòng tròn tâm (PCD), là đường kính của vòng tròn đi qua tâm của ba điện cực, là một thông số thiết kế quan trọng. PCD quá nhỏ sẽ làm nóng quá mức các thành bên. PCD quá lớn sẽ tạo ra các điểm lạnh giữa các điện cực, tạo thành các cầu nối phế liệu chưa tan chảy.
Đối với lò điện hồ quang (EAF) 50 tấn điển hình, đường kính vòng cung (PCD) dao động từ 700 đến 900 mm tùy thuộc vào công suất máy biến áp. Công suất cao hơn cho phép sử dụng PCD lớn hơn vì các vòng cung dài hơn cung cấp phạm vi nhiệt bức xạ rộng hơn. Vòng trên cùng phải đáp ứng được PCD đã chọn trong khi vẫn duy trì độ dày vật liệu chịu lửa thích hợp giữa các lỗ điện cực và lớp vỏ ngoài. Chúng tôi thường quy định độ dày vật liệu chịu lửa tối thiểu là 150 mm giữa bất kỳ lỗ điện cực nào và đường kính trong của vòng trên cùng.
Các vòng đệm quanh lỗ điện cực cần được chú ý. Mỗi khe hở xung quanh lỗ điện cực là đường dẫn cho khí nóng thoát ra và không khí xâm nhập vào. Sự xâm nhập của không khí đặc biệt gây vấn đề vì nó đốt cháy carbon từ điện cực và bổ sung nitơ vào thép. Một vòng mái được thiết kế tốt bao gồm các vòng đệm cơ khí — hoặc vòng than chì hoặc vòng thép không gỉ có lò xo — duy trì tiếp xúc với điện cực khi nó di chuyển lên xuống trong quá trình điều chỉnh. Vòng đệm phải cho phép khoảng 5 mm khe hở xuyên tâm để điện cực di chuyển trong khi vẫn duy trì độ kín khí ở mức rò rỉ 2-3%.
Việc lắp đặt và căn chỉnh là điểm khác biệt giữa thực tiễn tại công trường và lý thuyết kỹ thuật. Một vòng mái được thiết kế hoàn hảo trên giấy tờ có thể bị hỏng trong vòng vài tuần nếu được lắp đặt với độ lệch dù chỉ 3 mm. Vòng mái phải nằm hoàn toàn bằng phẳng trên vỏ lò. Bất kỳ độ nghiêng nào cũng tạo ra tải trọng không đều lên vật liệu chịu lửa và phân bố dòng nước không đều. Chúng tôi luôn cung cấp vòng mái với bề mặt tham chiếu được gia công và các chốt căn chỉnh khớp với mặt bích vỏ lò. Các đội thi công tại công trường nên kiểm tra độ bằng phẳng bằng thước thủy chính xác (độ chính xác 0,02 mm/m) tại bốn điểm xung quanh vòng trước khi siết chặt các bu lông lắp đặt.
Chu kỳ bảo dưỡng phụ thuộc vào điều kiện vận hành. Trong điều kiện bình thường — 20 mẻ nung mỗi ngày, hỗn hợp phế liệu điển hình — kiểm tra lớp vật liệu chịu lửa sau mỗi 200 mẻ nung. Tìm kiếm hiện tượng ăn mòn vượt quá 50% độ dày ban đầu của vật liệu chịu lửa, vết nứt rộng hơn 3 mm và hiện tượng bong tróc ở các cạnh lỗ điện cực. Các tấm làm mát bằng nước cần được kiểm tra áp suất ở mức 1,5 lần áp suất vận hành sau mỗi 500 mẻ nung. Bất kỳ tấm nào cho thấy sự giảm áp suất hơn 5% trong 15 phút cần được tháo ra và sửa chữa.
Vòng chịu nhiệt mái MONTE INTELLIGENCE được thiết kế với tuổi thọ vận hành tối thiểu 2000 mẻ dưới điều kiện hoạt động bình thường. Tuổi thọ thực tế trong điều kiện sử dụng dao động từ 1800 đến 3500 mẻ tùy thuộc vào ứng dụng. Sự khác biệt giữa mức thấp nhất và mức cao nhất phụ thuộc vào các phương pháp vận hành đã mô tả ở trên — chất lượng nước, lựa chọn vật liệu chịu nhiệt và kỷ luật căn chỉnh.
Nếu bạn đang lên kế hoạch thay thế vòng mái lò điện hồ quang (EAF) hoặc xây dựng lò điện mới, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi qua địa chỉ helenxu@cnlymonte.com. Chúng tôi có thể cung cấp đề xuất kỹ thuật chi tiết dựa trên cấu hình lò điện, hỗn hợp phế liệu và mục tiêu sản xuất cụ thể của bạn.
