يُعدّ نظام التثقيب السفلي اللامركزي (EBT) نظامًا قياسيًا في أفران القوس الكهربائي منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي، ومع ذلك، لا يزال أحد أكثر نقاط الضعف شيوعًا في عمليات تشغيل هذه الأفران. فعدم فتح فتحة التثقيب من المحاولة الأولى يُكلّف من 3 إلى 8 دقائق لكل دورة تسخين. وعلى مدار شهر من 600 دورة تسخين، يُعادل ذلك خسارة من 30 إلى 80 ساعة إنتاج، أي ما يُعادل 100 إلى 250 دورة تسخين لم تُجرَ أصلًا.
قامت شركة مونتي إنتليجنس بتصميم وتوريد أنظمة EBT لأفران تتراوح سعتها بين 15 و120 طنًا. تتناول هذه المقالة القرارات الهندسية، وممارسات التشغيل، وإجراءات الصيانة التي تحدد موثوقية أنظمة EBT.
مفهوم نظام EBT بسيط نظرياً. فبدلاً من الصب عبر باب الخبث كما في الأفران القديمة، يحتوي فرن EBT على فتحة صب في الأسفل، منحرفة قليلاً عن محور الفرن. عند إمالة الفرن للأمام، تصبح فتحة الصب أسفل مستوى حوض الفولاذ، فيتدفق الفولاذ للخارج بفعل الجاذبية. وعند إمالته للخلف، تُغلق فتحة الصب. والنتيجة هي صب خالٍ من الخبث، حيث يطفو الخبث فوق الفولاذ ولا يصل إلى فتحة الصب إلا في نهاية عملية الصب، وحتى حينها، يمكن للمشغل إمالة الفرن للخلف لإيقاف التدفق قبل أن يبدأ الخبث بالتسرب.
الواقع أكثر تعقيداً. يجب أن يتعامل نظام EBT مع الفولاذ المنصهر عند درجة حرارة 1600-1650 درجة مئوية، وأن يتحمل الضغط الهيدروليكي لفرن ممتلئ (حوالي 0.5 بار عند فتحة الصب في فرن ممتلئ سعة 100 طن)، وأن يحافظ على آلية فتح موثوقة، وأن يمنع تسرب الغاز أثناء مراحل الصهر والتكرير.
يُعدّ قطر فتحة الصب أول قرار تصميمي، فهو يُحدد معدل الصب ومدة الصب. بالنسبة لفرن سعته 50 طنًا، يُنتج قطر فتحة الصب من 80 إلى 100 مم معدل صب يتراوح بين 2 و3 أطنان في الدقيقة، ومدة صب إجمالية تتراوح بين 15 و25 دقيقة. تؤدي الأقطار الأصغر إلى زيادة تفتت النفث ودخول الهواء، بينما تُعرّض الأقطار الأكبر إلى خطر حدوث اضطراب مفرط في المغرفة، مما قد يُلحق الضرر بالمادة الحرارية للمغرفة ويتسبب في فقدان كبير في درجة الحرارة.
غلاف فتحة الصب هو الأنبوب الحراري القابل للاستهلاك الذي يشكل قناة الصب الفعلية. تشمل خيارات مواد الغلاف: المغنيسيا الكربونية (MgO-C)، والمغنيسيا الكرومية (MgO-Cr2O3)، والألومينا الكربونية (Al2O3-C). تهيمن أغلفة MgO-C على السوق لأنها تجمع بين مقاومة جيدة للخبث ومقاومة مقبولة للصدمات الحرارية. يتراوح العمر الافتراضي للغلاف عادةً من 80 إلى 150 دورة تسخين لكل غلاف.
لا يكون تآكل الغلاف منتظمًا. يحدث أعلى معدل تآكل عند السطح الساخن - وهو طرف الغلاف الملامس لحوض الفولاذ المنصهر - لأن هذه المنطقة تتعرض لأعلى درجة حرارة وأكبر قدر من التفاعلات الكيميائية من الخبث. قد يكون معدل التآكل عند السطح الساخن أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من معدل التآكل عند السطح البارد (الطرف الخارجي). لهذا السبب، يستخدم بعض المشغلين تصميمًا للغلاف مكونًا من قطعتين، حيث يمكن استبدال قسم السطح الساخن بشكل مستقل عن باقي الغلاف، مما يقلل التكلفة الإجمالية للمواد الحرارية بنحو 20%.
الرمل المستخدم في التعبئة هو المادة التي تملأ فتحة الصب بين عمليات التسخين. عندما يميل الفرن للأمام للصب، يجب أن يتدفق الرمل بحرية، مما يسمح للفولاذ بالتدفق خلفه. وهنا يبرز مفهوم معدل الفتح الحر. معدل فتح حر بنسبة 95% يعني أن 95 من أصل 100 عملية تسخين تُفتح من المحاولة الأولى دون الحاجة إلى حقن الأكسجين.
يعتمد معدل الفتح الحر على ثلاثة عوامل: جودة الرمل، وإجراءات التعبئة، وحالة فتحة الصب. تبدأ جودة الرمل بتركيبه الكيميائي. يجب أن يكون الرمل غنيًا بالسيليكا (97% SiO2 كحد أدنى) ومنخفضًا في أكسيد الحديد (0.5% Fe2O3 كحد أقصى). يُعزز أكسيد الحديد تلبد جزيئات الرمل عند درجات حرارة صناعة الصلب، مما يمنع التدفق الحر. يجب التحكم في توزيع حجم الجزيئات: فإذا كان الرمل ناعمًا جدًا، فإنه يتراص بإحكام شديد؛ وإذا كان خشنًا جدًا، فإنه يسمح بتغلغل الفولاذ بين الجزيئات.
تُعدّ عملية التعبئة بنفس القدر من الأهمية. يجب أن يكون الرمل جافًا، فالرطوبة فيه تُشكّل خطرًا لحدوث انفجار بخاري وتُسرّع عملية التلبيد. يُسكب الرمل في فتحة الصب من ارتفاع كافٍ لتحقيق التعبئة الطبيعية، عادةً ما بين 500 و800 ملم فوق فتحة الصب. يجب تجنّب الضغط الشديد، فالرمل المضغوط لا ينساب بسهولة. ينبغي أن يملأ الرمل فتحة الصب حتى ارتفاع يتراوح بين 50 و100 ملم فوق السطح الساخن للغلاف لمنع دخول الفولاذ إلى الغلاف أثناء التسخين التالي.
تؤثر حالة فتحة الصنبور على سهولة فتحها، لأن سطح الغلاف الخشن أو المتآكل يوفر نقاط تثبيت ميكانيكية للرمل. بعد كل 20-30 دورة تسخين، يجب فحص فتحة الصنبور باستخدام منظار داخلي. أي تآكل في الغلاف يتجاوز 20% من قطره الأصلي، أو أي تشقق يزيد طوله عن 50 مم، أو أي اختراق معدني لجدار الغلاف، يستدعي استبدال الغلاف.
يُعدّ ضخ الأكسجين طريقة احتياطية عندما لا يُفتح ثقب الصنبور بسهولة. يتم إدخال أنبوب ضخ مزود بفوهة أكسجين قطرها 6-8 مم في ثقب الصنبور من الأسفل، ويُضخ الأكسجين بضغط 8-12 بار لإزالة أي عائق. يُلحق الضخ ضررًا بالطبقة الحرارية للغلاف - حيث تُقلل كل عملية ضخ من عمر الغلاف بمقدار 2-3 دورات تسخين تقريبًا - لذا فإن تقليل عمليات الضخ يُعدّ حافزًا اقتصاديًا مباشرًا للحفاظ على معدلات فتح عالية.
نظام البوابة هو الصمام الميكانيكي الذي يمنع دخول الفولاذ إلى فتحة الصب أثناء عملية الصهر. يتنافس في السوق تصميمان: البوابة المنزلقة والبوابة الدوارة. تستخدم البوابات المنزلقة صفيحة حرارية تنزلق أفقيًا عبر فتحة الصب. أما البوابات الدوارة فتستخدم أسطوانة دوارة ذات ثقب نافذ. تُهيمن البوابات المنزلقة في الأفران الكبيرة (أكثر من 80 طنًا) لأنها توفر إحكامًا أفضل. بينما تُستخدم البوابات الدوارة في الأفران الصغيرة لأن تكلفتها أقل بنحو 30%.
صيانة البوابة عملية دورية منتظمة. بعد كل عملية تسخين، يجب فحص آلية البوابة بصريًا للتأكد من عدم وجود تآكل في المادة المقاومة للحرارة، أو تراكم للمعادن، أو تسريبات في النظام الهيدروليكي. يجب التحقق من شوط الأسطوانة الهيدروليكية ومطابقته للمواصفات التصميمية. أي انحراف يزيد عن 5 مم عن الشوط التصميمي يشير إلى وجود تآكل في آلية الربط.
يحتاج حوض الصب، حيث توضع المغرفة أثناء عملية الصب، إلى عناية تصميمية خاصة. إذ يمكن أن يتسبب تناثر سائل الصب في إتلاف المعدات المحيطة، مما يشكل خطراً على سلامة المشغلين. لذا، ينبغي تبطين الحوض بمادة حرارية قابلة للصب قادرة على تحمل التلامس المباشر العرضي مع الفولاذ المنصهر. كما يجب أن يوجه نظام التصريف أي فولاذ مسكوب بعيداً عن الكابلات الكهربائية وخطوط الهيدروليك.
صُممت أنظمة MONTE INTELLIGENCE EBT لتحقيق معدل فتح حر يزيد عن 95% مع اتباع إجراءات التشغيل السليمة. تشمل حزمة منتجاتنا القياسية غلاف فتحة الصنبور المصنوع من أكسيد المغنيسيوم والكربون أو أي مادة يحددها العميل، ورمل التعبئة ذي التركيب الكيميائي وحجم الجسيمات المعتمدين، ونظام البوابة المزود بوحدة طاقة هيدروليكية، والإشراف الكامل على التركيب.
للاستفسار عن أنظمة EBT أو لمناقشة تكوين الفرن الخاص بك، يرجى الاتصال بـ helenxu@cnlymonte.com.
