Unterpulverofen aus Ferrolegierung: Eine Lösung für Überhitzung und Rötung des Ofenbodens

Ferrolegierungs-Unterlichtbogenofen: Eine Lösung für Überhitzung und Rotglut des Ofenbodens

In traditionellen Ferrolegierungs-Unterlichtbogenöfenwird das Ofenfutter typischerweise aus vorgebackenen Kohlenstoffblöcken mit breiten, groben Fugen hergestellt. Die Ofenlast (oder Elektroden-Eintauchtiefe) wird durch Anpassung des Primärstroms gesteuert. Diese Fallstudie untersucht die primäre Ausrüstung der beiden 25,5 MVA Unterlichtbogenöfen eines Unternehmens. Obwohl zunächst eine verfeinerte, semi-graphitische Kohlenstoffstein-Feinfugen-Mauerwerkstechnologie eingesetzt wurde, traten bereits drei Monate nach der Inbetriebnahme Überhitzung und Rotglut des Ofenbodens auf. Es wurde eine detaillierte Post-Mortem-Analyse durchgeführt, um die Ursache zu ermitteln und eine Lösung zu entwickeln.

Betriebszeitachse und Vorfallbeschreibung:

   Ofen Nr. 1 wurde in Betrieb genommen und begann mit seiner Aufheizphase ("Elektroofen"). Das erste Beschicken erfolgte am Tag 6, das erste Abstechen am Tag 7.

   Mit steigender Ofentemperatur wurde die Sekundärspannung allmählich erhöht, und Ofen Nr. 2 wurde am Tag 12 hochgefahren.

   Am Betriebstag 43 von Ofen Nr. 1 wurde ein hartes Objekt gefunden, das die Abstichöffnung verstopfte, ein Zustand, der sich nach dem Austausch der Abstichöffnung verbesserte.

   Bis zum Tag 83 traten Betriebsprobleme auf, die durch übermäßiges Schlackenvolumen, verringerte Metallausbeute und häufige geringe Metallausbringung gekennzeichnet waren.

   Bis zum Tag 90 überstieg die Ofenboden-Temperatur 600°C und erreichte am Tag 95 1050°C. Zu diesem Zeitpunkt zeigte die untere Stahlhülle an fünf Stellen in der Nähe der Mittellinie lokale Rotglut.

   Ofen Nr. 2 zeigte anschließend ein ähnliches Muster, wobei seine Bodentemperatur von 425°C auf über 550°C anstieg, was eine Abschaltung erforderlich machte.

Ursachenanalyse

Vorzeitige Rotglut oder Verschleiß des Ofenbodens in Unterlichtbogenöfen resultiert typischerweise aus einer Kombination von Faktoren, die mit den Futtermaterialien, der Bauqualität, dem täglichen Betrieb und der Ofenkonstruktion zusammenhängen. Für diesen Vorfall wurde das Ofenfutter als Schlüsselfaktor identifiziert.

1. Ofenfutteranalyse (Primärfaktor)

In einem Siliziummangan-Legierungsofen bildet die Schmelzzone eine Hochtemperaturhöhle ("Tiegel") um die Spitzen der drei Elektroden, in der Feststoffcharge geschmolzen und vergast wird. Die Temperaturen in dieser Höhle erreichen 2000–3000°C. Die heiße Seite der Tiegelwand beträgt etwa 1800–2000°C, ihre kalte Seite 1500–1800°C, und die Feststoffcharge neben der Innenwand des Ofenfutters erreicht 1500–1700°C.

Das fehlgeschlagene Feinfugenmauerwerk verwendete folgende Materialien (tatsächliche Einbaudicken in Klammern):

   N42 Feuerfestziegel (0,6345 m)

   L75 Hochtonerdeziegel (0,335 m)

   Vorgebackener (semi-graphitischer) Kohlenstoffziegel (1,206 m)

   Asbestfaserplatten-Isolierung (0,02 m)

   Ofenhüllen-Stahlplatte (0,03 m)

   Fugenmaterialien: Wasserfreie Kohlenstoffpaste, Phosphatschlämme, hartes Hochtonerde-Feinpulver, Niedrigtemperatur-Grobfugen-Elektrodenpaste.

   Es wurde auch semi-graphitischer Siliziumkarbid-Ziegel verwendet.

Ein kritisches Problem wurde in der thermischen Schnittstelle identifiziert. Der Erweichungspunkt von Hochtonerdeziegeln übersteigt im Allgemeinen nicht 1200°C. Wenn die Betriebsumgebung diesen Wert überschreitet, muss eine Schicht aus leichtem Kohlenstoffziegel zwischen dem Kohlenstoffziegel und dem Hochtonerdeziegel hinzugefügt werden, um die Grenzflächentemperatur unter 1200°C zu senken. Dieser Puffer fehlte.

Darüber hinaus ist die Mauerwerksqualität entscheidend. Unterschiedliche Feuerfestmaterialien haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, was eine entsprechend ausgelegte und dimensionierte elastische Pufferzone erfordert. Eine Zone, die zu dünn ist, kann die Ausdehnung nicht aufnehmen, während eine Zone, die zu dick ist, keine ausreichende Zurückhaltung von der Ofenhülle bietet, was möglicherweise die Ziegelfugen erweitert.

Ein ordnungsgemäßes Vorheizen ("Brennen") des Futters gemäß einer definierten Heizkurve ist unerlässlich, wobei die Zusammensetzung des Futters (Basis- vs. Wärmespeicher-Schichten), die Feuerfesteigenschaften, die Dicke, der Standort und die Heizmethode berücksichtigt werden. Andere betriebliche Faktoren, wie z. B. die Reglereinstellungen, die Lichtbogeneigenschaften und die Stromverteilung, wirken sich ebenfalls erheblich auf die Lebensdauer des Futters aus.

Ofen-Post-Mortem und Schlussfolgerungen

Nach einer einwöchigen Abschaltung wurde Ofen Nr. 1 entleert und inspiziert:

1.  Es wurde festgestellt, dass eine Koksschicht etwa 1,3 Meter von der Ofenoberseite entfernt 60 % dicker als normal war.

2.  In etwa 2,4 Metern Tiefe (in der Dreiphasen-Elektrodenzone) hatte sich die Kohlenstoffziegelstruktur angehoben. Die normale Ofentiefe betrug 3,6 Meter.

Die Ursache für die Rotglut des Bodens wurde als thermisch induzierte Spannung innerhalb des Ziegelfutters während des Aufheizens ermittelt. Diese Spannung verursachte Ausbauchungen, Risse an der Oberseite und anschließendes Eindringen von geschmolzenem Metall. Die dreieckige Konfiguration der Kohlenstoffziegel konzentrierte diese thermische Spannung und führte zu lokalem "Ausbauchungs"-Versagen.

Empfohlene Lösung:

Während die traditionelle Konstruktion mit breiten Fugen eine Lebensdauer des Futters von über einem Jahr gewährleisten kann, ist für längere Kampagnen eine robustere Lösung erforderlich. Der empfohlene Ansatz ist der Ersatz des vorgebackenen Kohlenstoffblock-Breitfugenmauerwerks durch ein kaltverdichtetes monolithisches Futter. Alternativ kann die Anwendung einer Feinfugenmauerwerkstechnik unter Verwendung von selbstbackenden Kohlenstoffblöcken eine Lebensdauer des Ofenfutters von mindestens drei Jahren zuverlässig garantieren. Der Erfolg dieser Methoden hängt entscheidend von der richtigen Konstruktion und Auswahl der Ofenfuttermaterialien ab, insbesondere von der Gewährleistung einer ausreichenden thermischen Pufferung an den Materialgrenzflächen und der Berücksichtigung der Wärmeausdehnung.

 Wir sind ein professioneller Elektroofenhersteller. Für weitere Anfragen oder wenn Sie Unterlichtbogenöfen, Lichtbogenöfen, Pfannenöfen oder andere Schmelzausrüstungen benötigen, zögern Sie bitte nicht, uns unter   zu kontaktieren.susan@aeaxa.com