Факторы, влияющие на срок службы огнеупорных материалов для крыш электропечей 

Процесс плавки в электропечи чрезвычайно сложен, а условия работы сборных элементов в треугольной зоне очень жесткие. На них в основном влияет комплекс факторов: радиация дугового разряда электродов, резкие перепады температур (быстрый нагрев и охлаждение), химическая эрозия расплавленной стали и шлака, ударный износ высокоскоростным газовым потоком при пылеудалении, а также нерациональная конструкция крыши печи.

Дуговая радиация

При плавке в электропечи температура дуги, возникающей при разряде электродов, может достигать более 3000 °С, что вызывает сильное оплавление рабочей поверхности малой крыши печи. На стадии зажигания дуги дуга находится над шихтой, близко к своду печи, с большим количеством тепловой радиации. Чем длиннее дуга и выше мощность, тем больше лучистого тепла поступает на свод и тем быстрее он разрушается. Обычно металлургические заводы требуют использовать пониженную мощность питания в начале зажигания дуги для контроля её длины. В процессе пробивки скважины постепенное применение питания высоким напряжением и силой тока направлено на защиту крыши печи.

Резкие перепады температур (нагрев и охлаждение)

Нагрев дугой, выпуск стали и поворот крыши печи за пределы печи для загрузки материалов вызывают быстрый нагрев и охлаждение. Это приводит к возникновению термических напряжений в крыше и отслаиванию рабочей поверхности.

3. Всасывающая сила системы пылеудаления

Высокоскоростной поток газа, создаваемый системой отсоса дыма, вызывает удар и износ рабочей поверхности крыши печи. При недостаточной всасывающей силе большая часть дыма и пламени, образующихся при плавке лома, выходит через зазор между электродом и электродным отверстием. Длительное интенсивное размывание газовым потоком вызывает сильное расширение электродных отверстий. Если основная крыша печи имеет сферическую или дугообразную конструкцию, это приводит к дугообразной эрозии рабочей поверхности малой крыши. По этой причине оператор должен регулярно очищать отходы в дымоходе системы пылеудаления, чтобы предотвратить его засорение и ухудшение эффективности пылеудаления.

4. Химическая эрозия

Брызги расплавленной стали и шлака попадают на рабочую поверхность крыши печи. Некоторые химические компоненты вступают в реакцию с рабочей поверхностью и проникают в её глубь, образуя модифицированный слой. При резком изменении температуры возникающие термические напряжения вызывают отслаивание этого слоя, после чего формируется новая рабочая поверхность, подвергающаяся циклическому разрушению. Чем больше расстояние от поверхности расплава до рабочей поверхности малой крыши, тем меньше эффект разбрызгивания и влияние химической эрозии. Обычно это расстояние составляет более 1,5 метра.

5. Доля добавляемого чушкового чугуна

Чушковый чугун содержит повышенное содержание кремния и серы. В окислительной атмосфере легко образуются кислотные вещества, такие как оксид кремния и небольшое количество оксида серы, что усиливает разрушение малой крыши печи. Чем выше доля добавляемого чугуна, тем сильнее влияние.

6. Распыление воды на электродах

Применение мер по распылению воды на электродах не только снижает расход электродов, но и понижает температуру вокруг электродных отверстий, тем самым в определённой степени подавляя высокотемпературный износ. Если такая мера не применяется, усиливается разрушение электродных отверстий, в основном проявляющееся в их расширении.

7. Влияние утечек сменного водоохлаждаемого кольца

На многих металлургических заводах сменные водоохлаждаемые кольца часто имеют проблемы с утечками. При небольших утечках вода быстро испаряется и удаляется вместе с дымом, оказывая незначительное влияние на малую крышу. Однако при сильных утечках воды возможно сильное разбрызгивание расплавленной стали или взрыв печи. Для предотвращения таких аварий водоохлаждаемое кольцо часто заранее демонтируют для сварки. Одновременно малую крышу опускают, переваривают и снова устанавливают в рабочее положение. В этот момент модифицированный слой на рабочей поверхности подвергается сильному резкому нагреву и охлаждению, что значительно снижает срок службы малой крыши. Иногда при сильном растрескивании малой крыши или слишком малой толщине футеровки в охлаждённом состоянии пользователь переворачивает крышу, искусственно ограничивая её срок службы. Поэтому устранение утечек сменных водоохлаждаемых колец является приоритетной задачей для металлургических заводов.

8. Влияние конструкции крыши печи

Крыша печи с плоским сводом под действием собственного веса склонна к ослаблению и обрушению из-за растрескивания рёбер между электродными отверстиями. При отсутствии внешней опоры даже три электродных отверстия могут соединиться в одно большое, что в конечном итоге потребует замены крыши. При арочной конструкции свода даже при наличии трещин они сжимаются под собственным весом крыши и не вызывают ослабления, что увеличивает срок службы. Поэтому крыша с арочным сводом работает эффективнее, чем с плоским.

9. Технический уровень получения пенистого шлака

На поздней стадии плавки в электропечи необходимо получать пенистый шлак. Он покрывает поверхность расплавленной стали, скрывая дуговое излучение электродов. Это не только повышает тепловую эффективность, но и снижает воздействие дуги, уменьшая оплавление рабочей поверхности малой крыши. Поэтому качество получения пенистого шлака также оказывает определённое влияние на эксплуатацию малой крыши. Существуют два способа получения пенистого шлака. Один основан на повышенном содержании углерода в расплавленной стали: в окислительной атмосфере автоматически образуется оксид углерода, который проходит через шлак и образует пену. Другой способ применяется чаще: у печи с помощью углекислородного пистолета подают углеродный порошок и кислород, генерируя оксид углерода, проходящий через шлак и образующий пену. Одновременно можно вручную добавлять углеродный порошок для вспенивания шлака.

10. Требования к огнеупорным материалам для крыш печей

Быстрые нагрев и охлаждение, вызываемые дуговым нагревом, выпуском стали и поворотом крыши за пределы печи для загрузки материалов, требуют, чтобы огнеупорные материалы для крыш электропечей обладали хорошей устойчивостью к термическим ударам. Из-за разбрызгивания расплавленной стали и шлака, а также эрозии крыши кислотными веществами (оксидом кремния, небольшим количеством оксида серы) огнеупорные материалы должны иметь хорошую стойкость к высокотемпературному шлаку. Под действием собственного веса, при отсутствии внешней опоры, крыша склонна к ослаблению и обрушению из-за растрескивания рёбер между электродными отверстиями. Поэтому огнеупорные материалы для крыш печей должны обладать хорошей целостностью, прочной конструкцией и устойчивостью к растрескиванию.