Four à arc submergé en ferroalliage : une solution à la surchauffe et aux rougeurs du fond du four

Forneau à arc submergé en ferroalliage: une solution à la surchauffe et à la rougeur du fond du four

Dans les alliages ferreux traditionnelsfourneaux à arc immergésLa charge du four (ou la profondeur d'immersion de l'électrode) est contrôlée en réglant le courant primaire.Cette étude de cas examine l'équipement primaire des deuxBien qu'une technologie de maçonnerie à joints fins en briques de carbone semi-graphitiques raffinée ait été utilisée initialement, la technologie de maçonnerie à joints fins en briques de carbone semi-graphitiques a été utilisée dans des fours à arc immergés de 0,5 MVA.La surchauffe et la rougeur du fond du four sont apparues seulement trois mois après sa mise en service.Une analyse post-mortem détaillée a été menée pour identifier la cause profonde et trouver une solution.

Calendrier opérationnel et description de l'incident

Le four n° 1 est mis en service et commence sa phase de préchauffage (four électrique).

Au fur et à mesure que la température du four augmentait, la tension secondaire était progressivement augmentée, et le four n° 2 a été mis en marche le 12e jour.

Le jour 43 du fonctionnement du four n° 1, un objet dur a été trouvé obstruant le trou d'égout, état qui s'est amélioré après le remplacement du trou d'égout.

Au 83e jour, des problèmes opérationnels sont apparus, caractérisés par un volume excessif de boues, un rendement métallique réduit et une production métallique fréquemment faible.

Au 90e jour, la température du fond du four dépassait 600°C, atteignant 1050°C au 95e jour.

Le four n° 2 a par la suite montré une tendance similaire, avec une augmentation de la température du fond de 425°C à plus de 550°C, ce qui a nécessité un arrêt.

Analyse des causes

Une rougeur ou une usure prématurée du fond du four dans les fours à arc immergés résulte généralement d'une combinaison de facteurs liés aux matériaux de revêtement, à la qualité de la construction, au fonctionnement quotidien,et conception du fourPour cet incident, la doublure du four a été identifiée comme le facteur clé.

1Analyse de la doublure du four (facteur primaire)

Dans un four à alliage de silicomanganèse, la zone de fusion forme une cavité à haute température ("crucible") autour des extrémités des trois électrodes, où la charge solide est fondue et gazéifiée.Les températures à l'intérieur de cette cavité atteignent 2000~3000°CLa face chaude de la paroi du creuset est d'environ 1800 ≈ 2000 °C, sa face froide est de 1500 ≈ 1800 °C et la charge solide adjacente à la paroi interne de la doublure du four atteint 1500 ≈ 1700 °C.

La maçonnerie à joints fins ayant échoué a utilisé les matériaux suivants (épaisseurs réellement installées entre parenthèses):

N42 Briques d'argile de feu (0,6345m)

L75 Brique à haute teneur en aluminium (0,335m)

Briques de carbone précuites (à base de graphite) (1 206 m)

Isolation par panneau en fibres d'amiante (0,02 m)

Plaque d'acier à coque de four (0,03 m)

Matériaux d'assemblage: pâte de carbone anhydre, boue de phosphate, poudre fine dure à haute teneur en aluminium, pâte d'électrode à joints grossiers à basse température.

Des briques en carbure de silicium semi-graphitiques ont également été utilisées.

Un problème critique a été identifié dans l'interface thermique: le point d'adoucissement de la charge de la brique à haute teneur en aluminium ne dépasse généralement pas 1200°C.une couche de brique de carbone légère doit être ajoutée entre la brique de carbone et la brique à haute teneur en aluminium pour réduire la température de l'interface à moins de 1200 °C.Ce tampon était absent.

En outre, la qualité de la maçonnerie est cruciale. Différents matériaux réfractaires ont des coefficients de dilatation thermique variables, ce qui nécessite une zone tampon élastique conçue et dimensionnée de manière appropriée.Une zone trop mince ne peut pas accueillir l'expansion, tandis qu'un trop épais ne parvient pas à fournir une retenue adéquate de la coque du four, élargissant potentiellement les joints de brique.

Un préchauffage approprié de la doublure (" cuisson ") selon une courbe de chauffage définie est essentiel, compte tenu de la composition de la doublure (couches de base et de stockage de chaleur), des propriétés réfractaires, de l'épaisseur, de l'emplacement,et méthode de chauffageD'autres facteurs opérationnels, tels que les réglages du contrôleur, les caractéristiques de l'arc et la distribution du courant, ont également une incidence significative sur la durée de vie de la doublure.

Le four post-mortem et les conclusions

Après une semaine d'arrêt, la fournaise n° 1 a été vidée et inspectée:

1Une couche de coke située à environ 1,3 m du sommet du four s'est avérée 60% plus épaisse que la normale.

2À une profondeur d'environ 2,4 mètres (dans la zone d'électrode en trois phases), la structure en briques de carbone s'était élevée.

La cause de la rougeur du fond a été déterminée par un stress induit par la chaleur dans la doublure de la brique pendant le chauffage.et l'infiltration ultérieure de métal fonduLa configuration triangulaire des briques de carbone a concentré cette contrainte thermique, conduisant à une défaillance localisée du "boulage".

Solution recommandée:

Alors que la construction traditionnelle de fours à large joint peut assurer une durée de vie de revêtement supérieure à un an, une solution plus robuste est nécessaire pour les campagnes prolongées.L'approche recommandée est de remplacer la maçonnerie à large joint en blocs de carbone précuits par une doublure monolithique à rames froidesEn revanche, l'utilisation d'une technique de maçonnerie à joints fins utilisant des blocs de carbone autocuisant peut garantir de manière fiable une durée de vie de la doublure du four d'au moins trois ans.Le succès de ces méthodes dépend essentiellement de la bonne conception et de la sélection des matériaux de revêtement du four., en particulier en assurant un tampon thermique adéquat aux interfaces du matériau et en permettant une expansion thermique.

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