استهلاك نصيحة وتآكل القوس
يعتبر كل قطب جرافيت في فرن القوس الكهربائي مستهلكًا، وتآكله هو مجموع عدة آليات تعمل في نفس الوقت. تتم مهاجمة الطرف بواسطة القوس، ويتم مهاجمة الجدار الجانبي بغاز الفرن الساخن، ويتم تحميل الجسم حراريًا وميكانيكيًا، ويحمل المفصل أعلى كثافة تيار في العمود. إن فشلًا واحدًا، مثل عمود مكسور، يكلف أكثر بكثير من تكلفة القطب الكهربائي نفسه، لذلك يتتبع المهندسون كل هذه التأثيرات معًا. خمسة تحديات تهيمن على ممارسة الفرن اليومية.
يصل الطرف السفلي من القطب إلى النقطة الأكثر سخونة في الفرن، حيث يمكن أن تتجاوز درجة حرارة القوس 3500 درجة مئوية. عند درجة الحرارة تلك، لا يذوب الكربون؛ إنه يتسامى، ويتآكل الطرف بشكل أكبر من خلال نقطة ربط القوس ومن خلال الخبث والحمام المعدني الموجود أسفله. يتم التعبير عن استهلاك الطرف بالكيلوجرام لكل طن من الفولاذ السائل، ويحتفظ الفرن ذو الطاقة العالية-الذي يتم التحكم فيه جيدًا-عالي- بصافي استهلاك في نطاق 1.5 إلى 2.5 كيلوجرام لكل طن. كثافة التيار العالية والأقواس الطويلة وفترات انقطاع التيار{10}المتكررة، كلها عوامل تدفع الرقم إلى أعلى.
أكسدة الجدار الجانبي
فوق خط الخبث، يمر القطب عبر جو فرن يحتوي على الأكسجين وثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة 800 إلى 1500 درجة مئوية. يتفاعل الكربون مع هذه الغازات، فيفقد الجدار الجانبي ببطء، وينكمش القطر وترتفع كثافة التيار في القسم المتبقي. تتسارع عملية الأكسدة عندما يظل باب الفرن مفتوحًا لفترات طويلة، أو عندما تكون رغوة الخبث ضعيفة، أو عندما يغطي غبار أكسيد الحديد سطح القطب الكهربائي. تعد ممارسة الرغوة الجيدة والتحكم الصحيح في طول القوس من الإجراءات المضادة الرئيسية المطبقة على أرضية المتجر.
الصدمة الحرارية والكسر
يتم تسخين القطب الكهربائي وتبريده بشكل متكرر أثناء تشغيل الطاقة وإيقافها وعندما يميل الفرن للتنصت. تخلق التدرجات الحرارية ضغوطًا داخلية، وعندما تتجاوز تلك الضغوط القوة المحلية للجرافيت، يتشكل صدع عرضي ويسقط القسم الموجود أسفله في الحمام. الكسر هو أكثر حالات الفشل تكلفة لأنه يقطع الإنتاج ويمكن أن يؤدي إلى تلف سقف الفرن أو البطانة. يعد انخفاض معامل التمدد الحراري مع التوصيل الحراري العالي هو الحل المادي لهذا الخطر، وهو السبب الفني الرئيسي لوجود درجات طاقة فائقة-عالية-.
الفشل المشترك والنقاط الساخنة
يعتبر المفصل الملولب بين قسمي القطب الكهربائي هو الجزء الأكثر حساسية في العمود. تولد مقاومة التلامس عند المفصل حرارة محلية، وإذا كانت الخيوط تالفة أو ملوثة أو مشدودة تحت عزم الدوران المحدد، تتطور نقطة ساخنة. تعمل هذه البقعة الساخنة على أكسدة الحلمة والتجويف حتى ينفصل المفصل تحت ثقله. تعتبر الخيوط المدببة للهندسة القياسية وأسطح التزاوج النظيفة ومفتاح عزم الدوران المعاير من أدوات التحكم العملية التي تجعل فشل المفاصل نادرًا في ورشة الأفران المنضبطة.
التقلبات الحالية وضغط التكلفة
تعمل أفران القوس مع تغيرات سريعة ومتكررة في التيار، لذلك يجب أن يتحمل القطب التدوير الكهربائي والميكانيكي دون أن يفقد شكله. يؤدي التوزيع غير المتساوي للتيار بين المراحل الثلاث إلى تقصير عمر القطب الأكثر تحميلًا وتشويه مدخلات الحرارة. نظرًا لأن القطب الكهربائي هو مادة مستهلكة رئيسية، فإن تكلفة المادة ليست سوى جزء من الصورة: الإنتاج المفقود أثناء فترة الاستراحة والطاقة المستهلكة لكل طن من مادة الفولاذ بنفس القدر. إن تسجيل كل كسر ومراقبة الاستهلاك لكل طن ومطابقة الدرجة مع الفرن هي الاستجابات القياسية.
الأسئلة المتداولة
س: ما هي التحديات الرئيسية التي تواجه أقطاب الجرافيت في صهر القوات المسلحة المصرية؟
تتمثل التحديات السائدة في استهلاك الطرف بواسطة القوس، وأكسدة الجدار الجانبي بواسطة غازات الفرن الساخن، وكسر الصدمة الحرارية، وفشل الوصلة الملولبة، وضغط التكلفة الناتج عن التقلبات الحالية ووقت التوقف عن العمل.
س: لماذا يتآكل طرف القطب الكهربائي؟
لأن الكربون يتسامى بدلاً من أن ينصهر عند درجة حرارة القوس التي تزيد عن 3500 درجة مئوية، كما أن نقطة ربط القوس بالإضافة إلى الحمام المنصهر تؤدي إلى تآكل الطرف بشكل أكبر. يتم قياس الاستهلاك بالكيلو جرام لكل طن من الفولاذ.
س: ما الذي يسبب أكسدة الجدار الجانبي؟
يهاجم الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الموجود في جو الفرن الكربون فوق خط الخبث. فترات فتح الباب الطويلة-، ورغوة الخبث الرديئة، ورواسب غبار أكسيد الحديد، كلها عوامل تعمل على تسريع فقدان القطر.
س: لماذا تنكسر أقطاب الجرافيت؟
يؤدي التسخين والتبريد المتكرر إلى خلق إجهاد حراري داخلي، ويمكن أن يؤدي الشق العرضي إلى سقوط الجزء السفلي في الحمام. يقلل التمدد الحراري المنخفض والتوصيل الحراري العالي من هذا الخطر.
س: ما الذي يسبب فشل مفصل القطب الكهربائي؟
تؤدي الخيوط المتسخة أو التالفة أو غير المشدودة- إلى زيادة مقاومة التلامس، مما يؤدي إلى إنشاء نقطة ساخنة تؤدي إلى أكسدة الحلمة والمقبس حتى ينفصل المفصل.
س: كيف يمكن تقليل استهلاك القطب الكهربائي؟
قم بمطابقة الدرجة مع الفرن، والحفاظ على رغوة الخبث، والتحكم في طول القوس، وتجميع الوصلات باستخدام مفتاح عزم الدوران وتتبع الاستهلاك لكل طن من الفولاذ السائل بحيث يتم اكتشاف الانحرافات مبكرًا.