Il sistema di colata eccentrica dal basso (EBT) è standard nei forni ad arco elettrico dalla fine degli anni '80, eppure rimane uno dei punti critici più comuni nelle operazioni di questi forni. Un foro di colata che non si apre al primo tentativo costa dai 3 agli 8 minuti per colata. In un mese di 600 colate, ciò si traduce in 30-80 ore di produzione persa, l'equivalente di 100-250 colate mai effettuate.
MONTE INTELLIGENCE ha progettato e fornito sistemi EBT per forni da 15 a 120 tonnellate. Questo articolo illustra le decisioni ingegneristiche, le pratiche operative e le procedure di manutenzione che determinano l'affidabilità dei sistemi EBT.
Il concetto alla base del forno EBT è semplice sulla carta. Invece di spillare attraverso lo sportello di scarico delle scorie, come avveniva nei forni più vecchi, il forno EBT ha un foro di spillatura sul fondo, decentrato rispetto all'asse centrale del forno. Inclinando il forno in avanti, il foro di spillatura si porta al di sotto del livello del bagno d'acciaio e l'acciaio fuoriesce per gravità. Inclinando nuovamente il forno, il foro di spillatura si chiude. Il risultato è una spillatura senza scorie: le scorie galleggiano sull'acciaio e non raggiungono il foro di spillatura fino alla fine della colata, e anche in quel caso l'operatore può inclinare nuovamente il forno per arrestare il flusso prima che inizi il trascinamento delle scorie.
La realtà è più complessa. Il sistema EBT deve gestire acciaio fuso a 1600-1650 °C, resistere alla pressione idraulica di un forno a pieno carico (circa 0,5 bar al foro di spillatura in un forno da 100 tonnellate), mantenere un meccanismo di apertura affidabile e garantire la tenuta contro la fuoriuscita di gas durante le fasi di fusione e raffinazione.
Il diametro del foro di colata è la prima decisione progettuale. Determina la velocità di colata e il tempo di colata. Per un forno da 50 tonnellate, un diametro del foro di colata di 80-100 mm produce una velocità di colata di 2-3 tonnellate al minuto e un tempo totale di colata di 15-25 minuti. Diametri inferiori aumentano la frammentazione del getto e l'inglobamento di aria. Diametri maggiori rischiano di generare un'eccessiva turbolenza nella siviera, che può danneggiare il materiale refrattario e causare un'eccessiva perdita di temperatura.
Il manicotto del foro di spillatura è il tubo refrattario consumabile che forma il canale di spillatura vero e proprio. I materiali disponibili per il manicotto includono magnesia-carbonio (MgO-C), magnesia-cromo (MgO-Cr2O3) e allumina-carbonio (Al2O3-C). I manicotti in MgO-C dominano il mercato perché combinano una buona resistenza alle scorie con un'accettabile resistenza agli shock termici. La durata tipica di un manicotto varia da 80 a 150 colate.
L'usura del manicotto non è uniforme. L'usura maggiore si verifica sulla superficie calda, ovvero l'estremità del manicotto a contatto con il bagno di acciaio fuso, poiché quest'area è soggetta alle temperature più elevate e alla maggiore aggressione chimica da parte delle scorie. Il tasso di usura sulla superficie calda può essere 2-3 volte superiore a quello sulla superficie fredda (l'estremità esterna). Per questo motivo, alcuni operatori utilizzano un manicotto in due pezzi, in cui la sezione a contatto con la superficie calda può essere sostituita indipendentemente dal resto del manicotto, riducendo il costo totale dei materiali refrattari di circa il 20%.
La sabbia di riempimento è il materiale che riempie il foro di colata tra una colata e l'altra. Quando il forno si inclina in avanti per la colata, la sabbia deve fuoriuscire liberamente, permettendo all'acciaio di seguirla. È qui che entra in gioco il concetto di tasso di apertura libera. Un tasso di apertura libera del 95% significa che 95 colate su 100 si aprono al primo tentativo senza necessità di iniezione di ossigeno.
La velocità di apertura libera dipende da tre fattori: qualità della sabbia, procedura di riempimento e condizioni del foro di colata. La qualità della sabbia inizia dalla sua composizione chimica. La sabbia deve essere ricca di silice (minimo 97% di SiO2) e povera di ossido di ferro (massimo 0,5% di Fe2O3). L'ossido di ferro favorisce la sinterizzazione delle particelle di sabbia alle temperature di produzione dell'acciaio, impedendo il libero flusso. La distribuzione granulometrica deve essere controllata: se troppo fine, la sabbia si compatta eccessivamente; se troppo grossolana, permette la penetrazione dell'acciaio tra le particelle.
La procedura di riempimento è altrettanto importante. La sabbia deve essere asciutta: l'umidità nella sabbia crea un rischio di esplosione da vapore e favorisce la sinterizzazione. La sabbia deve essere versata nel foro di colata da un'altezza sufficiente a ottenere un compattamento naturale, in genere 500-800 mm sopra l'apertura del foro. Bisogna evitare la compattazione; la sabbia densificata non scorre liberamente. La sabbia deve riempire il foro di colata fino a circa 50-100 mm sopra la superficie calda del manicotto per impedire che l'acciaio penetri nel manicotto durante la successiva colata.
Le condizioni del foro di colata influiscono sulla libera apertura, poiché una superficie ruvida o erosa del manicotto fornisce punti di ancoraggio meccanici per la sabbia. Dopo ogni 20-30 cicli di colata, il foro di colata deve essere ispezionato con un endoscopio. Qualsiasi erosione del manicotto superiore al 20% del diametro originale, qualsiasi fessura più lunga di 50 mm o qualsiasi penetrazione di metallo nella parete del manicotto è motivo di sostituzione del manicotto stesso.
La punzonatura con ossigeno è il metodo di riserva quando il foro di colata non si apre liberamente. Un tubo con una lancia dotata di un ugello per ossigeno da 6-8 mm viene inserito nel foro di colata dal basso e l'ossigeno viene soffiato a una pressione di 8-12 bar per bruciare qualsiasi ostruzione. La punzonatura danneggia il materiale refrattario del manicotto: ogni intervento di punzonatura riduce la durata del manicotto di circa 2-3 colate, quindi ridurre al minimo gli interventi di punzonatura rappresenta un incentivo economico diretto per mantenere elevati tassi di apertura libera.
Il sistema di valvole è la valvola meccanica che impedisce all'acciaio di entrare nel foro di colata durante la fusione. Sul mercato si distinguono due tipologie principali: le valvole a scorrimento e le valvole rotanti. Le valvole a scorrimento utilizzano una piastra refrattaria che scorre orizzontalmente attraverso l'apertura del foro di colata. Le valvole rotanti, invece, utilizzano un cilindro rotante con un foro passante. Le valvole a scorrimento sono prevalenti nei forni di grandi dimensioni (oltre le 80 tonnellate) perché garantiscono una tenuta più efficace. Le valvole rotanti sono comuni nei forni più piccoli perché costano circa il 30% in meno.
La manutenzione del cancello è un'attività sistematica. Dopo ogni ciclo di riscaldamento, il meccanismo del cancello deve essere ispezionato visivamente per verificare l'usura dei materiali refrattari, l'accumulo di metallo e le perdite dell'impianto idraulico. La corsa del cilindro idraulico deve essere verificata rispetto alle specifiche di progetto. Qualsiasi deviazione superiore a 5 mm dalla corsa di progetto indica usura nel meccanismo di collegamento.
Anche la fossa EBT, dove si trova la siviera durante la spillatura, necessita di particolare attenzione progettuale. Gli schizzi del getto di spillatura possono danneggiare le apparecchiature circostanti e rappresentare un pericolo per la sicurezza degli operatori. La fossa dovrebbe essere rivestita con un materiale refrattario colabile in grado di resistere al contatto diretto occasionale con l'acciaio fuso. Il drenaggio dovrebbe convogliare l'acciaio fuoriuscito lontano da cavi elettrici e tubazioni idrauliche.
I sistemi EBT di MONTE INTELLIGENCE sono progettati per un tasso di apertura libera superiore al 95% con una corretta disciplina operativa. Il nostro pacchetto standard include il manicotto del foro di spillatura in MgO-C o in materiale specificato dal cliente, sabbia di riempimento con composizione chimica e granulometria certificate, sistema di paratoie con centralina idraulica e supervisione completa dell'installazione.
Per informazioni sui sistemi EBT o per discutere la configurazione specifica della vostra caldaia, contattate helenxu@cnlymonte.com.
