Setiap operator tungku busur listrik yang pernah menangani kegagalan cincin atap pasti tahu kerugiannya. Ketika cincin atap runtuh, seluruh panas hilang. Bukan hanya panasnya — tetapi juga jadwal produksi, mesin pengecoran hilir, pabrik penggilingan. Semuanya berhenti.
Di MONTE INTELLIGENCE, kami telah memasok cincin atap EAF ke pabrik baja di seluruh Asia, Timur Tengah, dan Afrika. Melalui proyek-proyek tersebut, kami telah mempelajari apa yang berhasil dan apa yang gagal. Artikel ini membagikan pengalaman lapangan tersebut.
Cincin atap EAF terletak di persimpangan tiga lingkungan yang sangat keras. Dari bawah, ia menghadapi radiasi langsung dari busur listrik — suhu dapat melonjak hingga lebih dari 1700°C di titik-titik panas. Dari samping, ia menanggung beban mekanis elektroda, yang masing-masing beratnya beberapa ton dan bergetar selama proses peleburan. Dari dalam, ia menyalurkan air pendingin melalui saluran yang harus tetap kedap air di bawah siklus termal yang dapat menyebabkan baja biasa retak.
Pemilihan material dimulai dengan baja dasar. Sebagian besar cincin atap menggunakan baja tahan karat AISI 304 atau 316 untuk panel pendingin air. Pilihan antara 304 dan 316 bergantung pada satu pertanyaan: berapa banyak klorida dalam air pendingin Anda. Jika Anda menjalankan sistem loop tertutup dengan air yang telah diolah, 304 berfungsi dengan baik. Jika Anda menggunakan pendinginan sekali lewat dari sungai atau sumur dengan kualitas air yang bervariasi, ketahanan korosi klorida dari 316 — dengan kandungan molibdenum 2-3% — akan menghemat biaya dalam tahun pertama. Kami telah melihat cincin atap 304 mengalami kebocoran kecil dalam waktu enam bulan di air pendingin payau, sementara cincin 316 di pabrik yang sama bertahan selama tiga tahun.
Delta refraktori—bagian segitiga di antara tiga lubang elektroda—adalah tempat sebagian besar kegagalan cincin atap dimulai. Area ini menerima panas radiasi paling intens dan gradien termal tertinggi antara baja berpendingin air dan permukaan refraktori. Pendekatan konvensional menggunakan batu bata alumina tinggi (85-90% Al2O3), yang memberikan masa pakai yang baik dalam kondisi operasi normal. Namun, ketika tungku beroperasi dengan praktik busur panjang atau ketika campuran skrap mencakup persentase DRI yang tinggi dengan sisa terak berbusa yang menyertainya, refraktori delta akan mengalami kerusakan yang parah.
Untuk kondisi tersebut, kami merekomendasikan batu bata magnesia-karbon untuk daerah delta. Batu bata MgO-C menggabungkan ketahanan panas tinggi dari magnesia (titik leleh 2800°C) dengan ketahanan terhadap terak dari karbon. Karbon juga memberikan konduktivitas termal yang membantu menyebarkan beban panas lebih merata, mengurangi suhu titik panas sebesar 50-80°C dibandingkan dengan batu bata alumina tinggi saja. Kelemahannya adalah biaya — batu bata MgO-C sekitar 40% lebih mahal daripada batu bata alumina tinggi — tetapi masa pakai yang lebih lama biasanya memberikan pengembalian investasi tambahan sebesar 2:1.
Desain pendinginan air membedakan cincin atap yang memadai dari yang sangat baik. Parameter kuncinya adalah kecepatan air melalui saluran pendingin. Di bawah 1,5 meter per detik, Anda berisiko mengalami pendidihan nukleasi di titik-titik panas, yang menciptakan kantung uap yang mengisolasi baja dari air pendingin. Begitu uap terbentuk, suhu baja dapat melonjak hingga 200°C dalam hitungan detik, yang menyebabkan retak kelelahan termal. Kami mendesain dengan kecepatan air minimum 2,0 m/s di semua saluran cincin atap, dengan kecepatan lebih tinggi 2,5-3,0 m/s di area port elektroda tempat fluks panas paling tinggi.
Distribusi aliran sama pentingnya dengan total aliran. Cincin atap dengan pendinginan yang tidak merata akan menghasilkan gradien termal di seluruh strukturnya. Gradien tersebut menciptakan ekspansi termal diferensial, yang menghasilkan tegangan mekanis pada sambungan las — tepat di tempat yang tidak diinginkan adanya tegangan. Kami menggunakan pemodelan dinamika fluida komputasional (CFD) untuk memverifikasi bahwa setiap saluran air menerima aliran sesuai desain sebelum cincin tersebut diproduksi.
Konfigurasi delta — yang berarti bagaimana port elektroda diatur pada atap — memengaruhi kinerja listrik dan masa pakai material tahan api. Delta standar memiliki tiga elektroda di titik sudut segitiga sama sisi. Diameter lingkaran pitch (PCD), yaitu diameter lingkaran yang melewati pusat ketiga elektroda, merupakan parameter desain yang sangat penting. Jika PCD terlalu kecil, busur akan memanaskan dinding samping secara berlebihan. Jika PCD terlalu besar, titik-titik dingin di antara elektroda akan menciptakan jembatan skrap yang tidak meleleh.
Untuk EAF (Electric Arc Furnace) 50 ton standar, PCD (Phase Contact Diameter) berkisar antara 700 hingga 900 mm tergantung pada daya transformator. Daya yang lebih tinggi memungkinkan penggunaan PCD yang lebih besar karena busur yang lebih panjang memberikan cakupan panas radiasi yang lebih luas. Cincin atap harus mengakomodasi PCD yang dipilih sambil mempertahankan ketebalan refraktori yang memadai antara port elektroda dan cangkang luar. Kami biasanya menetapkan ketebalan refraktori minimum 150 mm antara setiap port elektroda dan diameter dalam cincin atap.
Segel lubang elektroda perlu mendapat perhatian. Setiap celah di sekitar lubang elektroda merupakan jalur bagi gas panas untuk keluar dan udara untuk masuk. Masuknya udara sangat bermasalah karena membakar karbon dari elektroda dan menambahkan nitrogen ke baja. Cincin atap yang dirancang dengan baik mencakup segel mekanis — baik cincin grafit atau cincin baja tahan karat yang dilengkapi pegas — yang menjaga kontak dengan elektroda saat bergerak naik turun selama pengaturan. Segel harus memungkinkan jarak bebas radial sekitar 5 mm untuk pergerakan elektroda sambil mempertahankan kekedapan gas hingga kebocoran 2-3%.
Pemasangan dan penyelarasan adalah di mana praktik lapangan berbeda dari teori teknik. Cincin atap yang dirancang sempurna di atas kertas dapat gagal dalam beberapa minggu jika dipasang dengan ketidaksejajaran bahkan hanya 3 mm. Cincin harus terpasang rata sempurna pada cangkang tungku. Kemiringan apa pun akan menciptakan beban yang tidak merata pada bahan tahan api dan distribusi aliran air yang tidak merata. Kami selalu mengirimkan cincin atap kami dengan permukaan referensi yang telah diolah dan menyediakan pin penyelarasan yang sesuai dengan flensa cangkang tungku. Kru lapangan harus memeriksa kerataan dengan waterpas presisi (akurasi 0,02 mm/m) di empat titik di sekitar cincin sebelum mengencangkan baut pemasangan.
Interval perawatan bergantung pada praktik pengoperasian. Dalam kondisi normal — 20 kali pemanasan per hari, campuran skrap standar — periksa delta refraktori setelah setiap 200 kali pemanasan. Perhatikan kedalaman erosi yang melebihi 50% dari ketebalan refraktori asli, retakan yang lebih lebar dari 3 mm, dan pengelupasan di tepi lubang elektroda. Panel berpendingin air harus diuji tekanannya pada 1,5 kali tekanan operasi setiap 500 kali pemanasan. Panel apa pun yang menunjukkan penurunan tekanan lebih dari 5% selama 15 menit harus dilepas dan diperbaiki.
Cincin atap MONTE INTELLIGENCE dirancang untuk masa pakai minimum 2000 kali pemanasan dalam kondisi operasi normal. Masa pakai sebenarnya di lapangan berkisar antara 1800 hingga 3500 kali pemanasan tergantung pada aplikasinya. Perbedaan antara batas bawah dan batas atas disebabkan oleh praktik pengoperasian yang dijelaskan di atas — kualitas air, pemilihan bahan tahan api, dan disiplin penyelarasan.
Jika Anda berencana mengganti cincin atap EAF atau proyek tungku baru, hubungi tim teknik kami di helenxu@cnlymonte.com. Kami dapat memberikan proposal teknis terperinci berdasarkan konfigurasi tungku spesifik Anda, campuran skrap, dan target produksi.
