Analisis Mendalam Peralatan Mekanik EAF: Cangkang, Atap, Kemiringan, dan Pembersihan Terak
Sebagian besar percakapan tentang teknologi tungku busur listrik berfokus pada sistem kelistrikan dan kontrol proses. Sisi mekanis—cangkang, atap, tiang elektroda, sistem kemiringan, penyaring terak, dan lubang pengeluaran—sama pentingnya, dan pilihan desain yang dibuat di sini menentukan bagaimana tungku akan berperilaku selama 15 hingga 20 tahun ke depan. Saya ingin membahas setiap elemen mekanis utama, termasuk keputusan desain yang telah terbukti berhasil dalam instalasi EAF MONTE INTELLIGENCE di tiga benua.
Desain Cangkang Tungku
Cangkang tungku merupakan tulang punggung struktural dari seluruh EAF (Electric Arc Furnace). Cangkang EAF seberat 100 ton memiliki berat 180 hingga 250 ton saat kosong, menampung lapisan refraktori seberat 35 hingga 50 ton, dan membawa bak leburan baja seberat 100 ton pada suhu 1600 derajat Celcius. Cangkang tersebut harus mampu menahan siklus termal antara 50 derajat Celcius (kosong, refraktori dilepas) dan 1600 derajat Celcius (selama pengoperasian) tanpa deformasi permanen.
Cangkang EAF modern terbuat dari baja karbon yang dilas, biasanya ASTM A36 atau A516 Grade 70, dengan ketebalan mulai dari 40 mm di kerucut atas hingga 60 hingga 80 mm di garis terak. Kerucut bawah dan perapian diperkuat dengan penguat yang tebal. Cangkang bertumpu pada cincin trunnion yang dapat dimiringkan, yang mentransfer semua beban vertikal dan horizontal ke fondasi selama operasi kemiringan.
Cangkang MONTE INTELLIGENCE dirancang dengan analisis elemen hingga untuk tegangan termal dan defleksi struktural. Batas defleksi adalah 5 mm pada garis terak di bawah beban operasi penuh. Cangkang yang mengalami defleksi lebih dari itu akan menyebabkan lapisan refraktori retak sebelum waktunya. Kami telah melihat cangkang berusia 30 tahun yang masih beroperasi dan memenuhi kriteria ini karena dibangun dengan toleransi yang lebih ketat daripada rata-rata industri.
Desain Atap dan Mekanisme Pengangkat
Atap EAF berupa kubah tahan api yang ditopang oleh cincin baja. Atap modern menggunakan batu bata tahan api alumina 70 hingga 75 persen, dengan material pemadat pembakaran alumina tinggi di sekitar lubang elektroda. Suhu atap pada permukaan panas mencapai 1500 hingga 1700 derajat Celcius selama operasi daya penuh.
Atap harus terangkat dan berayun ke samping untuk setiap siklus pengisian ember. Tiga desain pengangkat atap yang dominan adalah: ayunan kantilever (paling umum pada tungku yang lebih kecil), pengangkatan paralel dengan atap geser (tungku berukuran sedang dan besar), dan pengangkatan gantry (tungku yang sangat besar). Setiap desain memiliki kelebihan dan kekurangan dalam hal waktu siklus, kompleksitas mekanis, dan akses perawatan.
MONTE INTELLIGENCE biasanya menentukan desain ayunan kantilever untuk tungku hingga 80 ton dan atap geser angkat paralel untuk tungku di atas 80 ton. Desain kantilever lebih cepat dalam waktu siklus (15 hingga 20 detik dari pengangkatan hingga penguncian terbuka) tetapi membutuhkan ruang vertikal yang lebih besar di atas tungku. Desain atap geser lebih ringkas dan mampu menangani bagian atap yang lebih berat, tetapi menambah waktu siklus 5 hingga 10 detik.
Tiang Elektroda dan Sistem Penjepit
Tiang elektroda menahan elektroda grafit dan lengan elektroda, serta mengatur panjang busur melalui gerakan vertikal. Kecepatan pengaturan sangat penting: tungku UHP membutuhkan pergerakan vertikal 5 hingga 10 m per menit untuk mengimbangi perubahan ketinggian cairan yang cepat selama proses masuknya skrap.
Penggerak tiang las telah berevolusi dari silinder hidrolik menjadi motor AC yang dikendalikan servo dengan sekrup bola. Sistem servo memberikan respons yang lebih cepat, akurasi posisi yang lebih baik, dan integrasi yang lebih mudah dengan regulator busur berbasis model. Penjepitan elektroda biasanya menggunakan sistem pneumatik dengan penjepit pengaman pegas, memungkinkan pelepasan elektroda yang cepat dalam keadaan darurat.
Mekanisme Kemiringan
Mekanisme kemiringan adalah bagian bergerak yang paling banyak mendapat perhatian selama perawatan terjadwal. Tungku miring 12 hingga 15 derajat ke depan untuk proses pengeluaran gas dan 5 hingga 8 derajat ke belakang untuk proses pembuangan terak. Kemiringan harus halus, terkontrol, dan dapat dibalik dalam anggaran waktu siklus.
Dua sistem penggerak kemiringan yang umum digunakan adalah: silinder hidrolik (desain lama) dan rak-dan-pinion yang digerakkan motor AC (desain baru). Rak-dan-pinion lebih andal di lingkungan bersuhu tinggi dan menghindari risiko kebocoran pada sistem hidrolik. MONTE INTELLIGENCE menetapkan sistem penggerak kemiringan rak-dan-pinion pada semua instalasi baru di atas 60 ton.
Mekanisme kemiringan bertumpu pada cincin poros, yang merupakan tempaan baja berat yang dipasang pada platform tungku. Bantalan poros didinginkan dengan air pada tungku yang lebih besar untuk mencegah panas berlebih akibat radiasi dari cangkang tungku. Umpan balik posisi kemiringan disediakan oleh encoder absolut redundan, dengan pengunci pengaman untuk menghentikan kemiringan pada titik setel pengambilan dan pembuangan.
Sistem Lubang Keran Bawah Eksentrik (EBT)
Desain EAF modern semuanya menggunakan sistem EBT karena sistem ini menuang 95 persen atau lebih baja dengan sedikit sisa terak. Lubang pengeluaran EBT diposisikan di dinding samping bagian bawah, sedikit bergeser dari garis tengah bak. Lubang pengeluaran diisi dengan bahan pemadat pasir di antara proses peleburan, dan dibuka dengan tombak oksigen saat pengeluaran.
Proses pemadatan pasir EBT (Electric Bacterial Tractor) dilakukan secara otomatis pada sebagian besar tungku busur listrik modern. Mesin pemadatan pasir memposisikan lubang pengeluaran, memadatkan pasir pada tekanan 4 hingga 6 bar, dan membentuk profil lubang pengeluaran. Siklus pemadatan membutuhkan waktu 60 hingga 90 detik. Masa pakai lubang pengeluaran bergantung pada komposisi kimia cairan dan suhu pengeluaran, tetapi masa pakai lubang pengeluaran EBT biasanya 200 hingga 400 kali pemanasan sebelum perlu perbaikan.
Sistem Penyaringan Terak
Penyaringan terak dilakukan untuk menghilangkan lapisan terak teroksidasi setelah proses peleburan guna membersihkan bak peleburan untuk pemanasan berikutnya dan untuk memulihkan terak yang mengandung besi untuk didaur ulang. Terak dapat mencapai 12 hingga 18 persen dari berat peleburan, dan operasi penyaringan yang baik dapat memulihkan 80 hingga 90 persen dari terak tersebut sebagai terak yang dapat dijual atau sebagai bahan baku untuk proses sintering.
Dua sistem penyaringan terak yang dominan adalah: desain pintu terak (pintu berengsel di dinding samping tungku yang terbuka untuk menuangkan terak) dan desain wadah terak (wadah bergerak yang ditempatkan di luar tungku untuk menangkap terak saat tungku miring ke belakang). Desain wadah terak lebih efisien dan merupakan standar pada sebagian besar EAF modern di atas 60 ton.
Panel Berpendingin Air dan Lance Pembakar/Oksigen
Panel berpendingin air mencakup 70 hingga 90 persen dari lapisan terak pada EAF modern, dengan sisanya berupa material tahan api. Aliran air pendingin panel sangat penting - aliran yang tidak mencukupi menyebabkan panel terbakar, sedangkan aliran yang berlebihan membuang energi.
Lance oksigen biasanya berdesain supersonik berpendingin air dengan kecepatan keluar 1,5 hingga 3,0 Mach. Lance tersebut menyuntikkan oksigen untuk dekarburisasi, injeksi karbon untuk terak berbusa, dan injeksi kapur untuk pengkondisian terak. Desain EAF modern menggunakan dua atau tiga lance melalui pintu terak atau dinding samping, dengan pen positioning otomatis untuk mengoptimalkan titik tumbukan pada bak.
Menyatukan Semuanya
Desain mekanis tungku busur listrik (EAF) menentukan ketersediaan, produktivitas, dan biaya operasionalnya. EAF 100 ton yang dirancang dengan baik dapat beroperasi 8000 hingga 9000 kali pemanasan per tahun di antara perbaikan besar. Tungku yang dirancang buruk akan kesulitan mencapai 5000 kali pemanasan. Perbedaannya bukan pada sistem kelistrikan atau kontrolnya - itu sudah matang dan terbukti. Perbedaannya terletak pada cangkang, kemiringan, atap, dan lubang pengeluaran.
MONTE INTELLIGENCE telah menghabiskan 20 tahun untuk menyempurnakan elemen-elemen mekanis ini. Kunjungiwww.cnlymonte.com/products-electric-arc-furnace.html Untuk foto instalasi dan daftar referensi. Untuk diskusi rahasia tentang proyek EAF Anda berikutnya, kirim email ke helenxu@cnlymonte.com dengan subjek "Desain mekanik EAF".
