Het excentrische bodemaftapsysteem (EBT) is sinds eind jaren 80 standaard op elektrische vlamboogovens, maar het blijft een van de meest voorkomende storingen in EAF-processen. Een aftapgat dat niet in één keer opengaat, kost 3 tot 8 minuten per smeltcyclus. Over een maand met 600 smeltcycli is dat 30 tot 80 uur verloren productie – het equivalent van 100 tot 250 smeltcycli die nooit zijn uitgevoerd.
MONTE INTELLIGENCE heeft EBT-systemen ontworpen en geleverd voor ovens met een capaciteit van 15 tot 120 ton. Dit artikel behandelt de technische beslissingen, de operationele procedures en de onderhoudsprocedures die de betrouwbaarheid van EBT-systemen bepalen.
Het EBT-concept is op papier eenvoudig. In plaats van af te tappen via de slakdeur zoals bij oudere ovens, heeft de EBT-oven een aftapgat in de bodem, iets verschoven ten opzichte van de hartlijn van de oven. Door de oven naar voren te kantelen, komt het aftapgat onder het niveau van het staalbad te liggen, waardoor het staal door zwaartekracht naar buiten stroomt. Door de oven terug te kantelen, wordt het aftapgat gesloten. Het resultaat is slakvrij aftappen: de slak drijft op het staal en bereikt het aftapgat pas helemaal aan het einde van het gietproces. Zelfs dan kan de operator de oven nog terugkantelen om de stroom te stoppen voordat er slak in de oven terechtkomt.
De realiteit is complexer. Het EBT-systeem moet gesmolten staal verwerken bij 1600-1650 °C, de hydraulische druk van een volle oven kunnen weerstaan (ongeveer 0,5 bar bij de aftapopening in een volle oven van 100 ton), een betrouwbaar openingsmechanisme behouden en gaslekkage tijdens de smelt- en raffinagefasen voorkomen.
De diameter van het aftapgat is de eerste ontwerpbeslissing. Deze bepaalt de aftapsnelheid en de aftaptijd. Voor een oven van 50 ton levert een aftapgatdiameter van 80-100 mm een aftapsnelheid op van 2 tot 3 ton per minuut en een totale aftaptijd van 15 tot 25 minuten. Kleinere diameters vergroten de straalbreuk en de luchtinsluiting. Grotere diameters verhogen het risico op overmatige turbulentie in de gietpan, wat de vuurvaste bekleding van de gietpan kan beschadigen en tot overmatig temperatuurverlies kan leiden.
De tapgathuls is de verbruikbare vuurvaste buis die het eigenlijke tapkanaal vormt. Er zijn verschillende materialen voor de huls beschikbaar, waaronder magnesiumoxide-koolstof (MgO-C), magnesiumoxide-chroom (MgO-Cr2O3) en aluminiumoxide-koolstof (Al2O3-C). MgO-C-hulzen domineren de markt omdat ze een goede slakbestendigheid combineren met een acceptabele thermische schokbestendigheid. De typische levensduur van een huls varieert van 80 tot 150 smeltcycli.
De slijtage van de huls is niet uniform. De grootste slijtage treedt op aan de hete zijde – het uiteinde van de huls dat in contact komt met het gesmolten staalbad – omdat dit gebied de hoogste temperatuur en de meeste chemische aantasting door slak ondervindt. De slijtage aan de hete zijde kan 2-3 keer hoger zijn dan de slijtage aan de koude zijde (de buitenkant). Om deze reden gebruiken sommige fabrikanten een tweedelige hulsconstructie waarbij het hete gedeelte onafhankelijk van de rest van de huls kan worden vervangen, waardoor de totale kosten voor het vuurvaste materiaal met ongeveer 20% worden verlaagd.
Het vulzand is het materiaal waarmee het aftapgat tussen de smeltprocessen wordt gevuld. Wanneer de oven naar voren kantelt om af te tappen, moet het zand er vrij uitstromen, zodat het staal kan volgen. Hier komt het concept van de vrije-openingsratio om de hoek kijken. Een vrije-openingsratio van 95% betekent dat 95 van de 100 smeltprocessen bij de eerste poging openen zonder dat er zuurstofinjectie nodig is.
De snelheid waarmee de tapopening vrij kan stromen, hangt af van drie factoren: de kwaliteit van het zand, de vulprocedure en de conditie van het tapgat. De kwaliteit van het zand begint met de chemische samenstelling. Het zand moet een hoog silicagehalte hebben (minimaal 97% SiO2) en een laag ijzeroxidegehalte (maximaal 0,5% Fe2O3). IJzeroxide bevordert de sintering van de zanddeeltjes bij de temperaturen die nodig zijn voor de staalproductie, wat een vrije doorstroming belemmert. De korrelgrootteverdeling moet gecontroleerd worden: te fijn en het zand pakt te compact op; te grof en het laat staal tussen de deeltjes doordringen.
De vulprocedure is eveneens van groot belang. Het zand moet droog zijn; vocht in het zand vergroot het risico op een stoomexplosie en bevordert sintering. Het zand moet in het aftapgat worden gegoten vanaf een hoogte die voldoende is voor een natuurlijke verdichting, doorgaans 500-800 mm boven de opening van het aftapgat. Verdichting moet worden vermeden; verdicht zand stroomt niet vrij. Het zand moet het aftapgat vullen tot ongeveer 50-100 mm boven het hete oppervlak van de huls om te voorkomen dat er staal in de huls terechtkomt tijdens de volgende verhitting.
De conditie van het tapgat beïnvloedt de vrije opening, omdat een ruw of geërodeerd oppervlak van de huls mechanische verankeringspunten voor het zand vormt. Na elke 20-30 verwarmingscycli moet het tapgat met een endoscoop worden geïnspecteerd. Elke erosie van de huls die meer dan 20% van de oorspronkelijke diameter bedraagt, elke scheur die langer is dan 50 mm, of elke metaalpenetratie in de hulswand, is een reden om de huls te vervangen.
Zuurstofinjectie is de reservemethode wanneer het aftapgat niet vrij opent. Een lans met een zuurstofmondstuk van 6-8 mm wordt van onderaf in het aftapgat gestoken en er wordt zuurstof met een druk van 8-12 bar ingeblazen om eventuele verstoppingen weg te branden. Injectie beschadigt de vuurvaste bekleding van de huls – elke ingreep verkort de levensduur van de huls met ongeveer 2-3 verhittingen – dus het minimaliseren van ingrepen is een directe economische stimulans om een hoog percentage vrij openende aftapgaten te behouden.
Het schuifafsluitersysteem is de mechanische klep die voorkomt dat staal tijdens het smelten in de aftapopening terechtkomt. Er zijn twee concurrerende ontwerpen op de markt: de schuifafsluiter en de draaiafsluiter. Schuifafsluiters gebruiken een vuurvaste plaat die horizontaal over de aftapopening schuift. Draaiafsluiters gebruiken een roterende cilinder met een doorlopend gat. Schuifafsluiters domineren in grotere ovens (boven de 80 ton) omdat ze een betere afdichting bieden. Draaiafsluiters komen vaker voor in kleinere ovens omdat ze ongeveer 30% goedkoper zijn.
Het onderhoud van de poort is een systematische activiteit. Na elke verhitting moet het poortmechanisme visueel worden geïnspecteerd op slijtage van het vuurvaste materiaal, metaalafzetting en lekkages in het hydraulische systeem. De slag van de hydraulische cilinder moet worden gecontroleerd aan de hand van de ontwerpspecificaties. Elke afwijking van meer dan 5 mm ten opzichte van de ontwerpslag duidt op slijtage van het koppelingsmechanisme.
De EBT-put, waar de gietpan tijdens het aftappen in staat, vereist ook aandacht bij het ontwerp. Spatten uit de aftapstroom kunnen omliggende apparatuur beschadigen en een veiligheidsrisico vormen voor de operators. De put moet bekleed worden met een gietbaar vuurvast materiaal dat bestand is tegen incidenteel direct contact met gesmolten staal. Afwatering moet eventueel gemorst staal wegleiden van elektrische kabels en hydraulische leidingen.
De EBT-systemen van MONTE INTELLIGENCE zijn ontworpen voor een vrije openingsgraad van meer dan 95% bij een correcte bediening. Ons standaardpakket omvat de tapgathuls van MgO-C of een door de klant gespecificeerd materiaal, vulzand met gecertificeerde samenstelling en korrelgrootte, een schuifsysteem met hydraulische aandrijving en volledige installatiebegeleiding.
Voor vragen over EBT-systemen of om uw specifieke ovenconfiguratie te bespreken, kunt u contact opnemen met helenxu@cnlymonte.com.
