इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस चलाने वाला हर ऑपरेटर जिसने रूफ रिंग की खराबी का सामना किया है, वह इसके नुकसान को जानता है। रूफ रिंग के गिरने से पूरी ऊष्मा नष्ट हो जाती है। सिर्फ ऊष्मा ही नहीं, उत्पादन का शेड्यूल, डाउनस्ट्रीम कास्टर, रोलिंग मिल, सब कुछ रुक जाता है।
मोंटे इंटेलिजेंस में, हमने एशिया, मध्य पूर्व और अफ्रीका के इस्पात संयंत्रों को ईएएफ रूफ रिंग्स की आपूर्ति की है। इन परियोजनाओं के माध्यम से, हमने सीखा है कि क्या कारगर है और क्या विफल। यह लेख उसी जमीनी अनुभव को साझा करता है।
ईएएफ की छत तीन बेहद कठोर परिस्थितियों के संगम पर स्थित है। नीचे से, यह आर्क से निकलने वाली सीधी विकिरण का सामना करती है - गर्म स्थानों पर तापमान 1700°C से भी ऊपर जा सकता है। बगल से, यह इलेक्ट्रोडों का यांत्रिक भार वहन करती है, जिनका वजन कई टन होता है और पिघलने के दौरान कंपन करते हैं। भीतर से, यह उन मार्गों के माध्यम से ठंडा पानी पहुंचाती है जो ताप चक्रण के दौरान रिसाव-मुक्त रहने चाहिए, जबकि सामान्य स्टील में दरार पड़ सकती है।
सामग्री का चयन आधार स्टील से शुरू होता है। अधिकांश रूफ रिंगों में वाटर-कूल्ड पैनलों के लिए AISI 304 या 316 स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया जाता है। 304 और 316 के बीच चुनाव एक ही सवाल पर निर्भर करता है: आपके कूलिंग वॉटर में क्लोराइड की मात्रा कितनी है। यदि आप ट्रीटेड वॉटर के साथ क्लोज्ड-लूप सिस्टम चलाते हैं, तो 304 उपयुक्त रहता है। यदि आप नदी या कुएं से एक बार उपयोग होने वाली कूलिंग का उपयोग करते हैं, जिसमें पानी की गुणवत्ता परिवर्तनशील होती है, तो 316 (जिसमें 2-3% मोलिब्डेनम होता है) की क्लोराइड पिटिंग प्रतिरोधक क्षमता पहले वर्ष में ही लागत वसूल कर लेती है। हमने देखा है कि खारे कूलिंग वॉटर में 304 रूफ रिंगों में छह महीने के भीतर ही पिनहोल लीकेज हो जाते हैं, जबकि उसी प्लांट में 316 रिंग तीन साल तक चलती हैं।
रिफ्रैक्टरी डेल्टा — तीन इलेक्ट्रोड पोर्ट के बीच का त्रिकोणीय भाग — वह जगह है जहाँ छत की अधिकांश रिंग विफलताएँ शुरू होती हैं। इस क्षेत्र में सबसे तीव्र विकिरण ऊष्मा और जल-शीतित स्टील तथा रिफ्रैक्टरी सतह के बीच उच्चतम तापीय अंतर होता है। पारंपरिक विधि में उच्च-एल्यूमिना ईंट (85-90% Al2O3) का उपयोग किया जाता है, जो सामान्य परिचालन स्थितियों में अच्छी सेवा अवधि प्रदान करती है। हालाँकि, जब भट्टी में लंबे समय तक आर्क प्रक्रिया चलती है या जब स्क्रैप मिश्रण में उच्च प्रतिशत में डीआरआई (DRI) और उससे संबंधित झागदार स्लैग होता है, तो डेल्टा रिफ्रैक्टरी को भारी नुकसान होता है।
इन परिस्थितियों के लिए, हम डेल्टा क्षेत्र के लिए मैग्नीशिया-कार्बन ईंट की अनुशंसा करते हैं। MgO-C ईंट मैग्नीशिया की उच्च अपवर्तकता (गलनांक 2800°C) और कार्बन के स्लैग प्रतिरोध का संयोजन है। कार्बन ऊष्मीय चालकता भी प्रदान करता है जो ऊष्मा के भार को अधिक समान रूप से वितरित करने में मदद करता है, जिससे केवल उच्च-एल्यूमिना की तुलना में गर्म स्थानों का तापमान 50-80°C तक कम हो जाता है। हालांकि, इसकी कीमत थोड़ी अधिक है - MgO-C ईंट उच्च-एल्यूमिना की तुलना में लगभग 40% अधिक महंगी होती है - लेकिन लंबे समय तक चलने के कारण आमतौर पर अतिरिक्त निवेश पर 2:1 का प्रतिफल मिलता है।
जल शीतलन डिज़ाइन ही उचित छत रिंगों को उत्कृष्ट रिंगों से अलग करता है। मुख्य मापदंड शीतलन मार्गों से होकर गुजरने वाले जल का वेग है। 1.5 मीटर प्रति सेकंड से कम वेग होने पर, गर्म स्थानों पर न्यूक्लिएट बॉइलिंग का खतरा होता है, जिससे भाप के पॉकेट बन जाते हैं जो स्टील को शीतलन जल से अलग कर देते हैं। एक बार भाप बन जाने पर, स्टील का तापमान कुछ ही सेकंड में 200°C तक बढ़ सकता है, जिससे थर्मल थकान के कारण दरारें पड़ सकती हैं। हम सभी छत रिंग मार्गों में न्यूनतम 2.0 मीटर/सेकंड के जल वेग के लिए डिज़ाइन करते हैं, और इलेक्ट्रोड पोर्ट क्षेत्रों में जहां ऊष्मा प्रवाह सबसे अधिक होता है, वहां 2.5-3.0 मीटर/सेकंड का उच्च वेग रखते हैं।
प्रवाह का वितरण उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि कुल प्रवाह। असमान शीतलन वाली छत की रिंग में उसकी संरचना में ऊष्मीय प्रवणता उत्पन्न होती है। ये प्रवणताएँ भिन्न ऊष्मीय विस्तार उत्पन्न करती हैं, जिससे वेल्डेड जोड़ों पर यांत्रिक तनाव पैदा होता है - ठीक उसी जगह जहाँ आप तनाव नहीं चाहते। हम कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनामिक्स (CFD) मॉडलिंग का उपयोग करके यह सत्यापित करते हैं कि रिंग के उत्पादन में जाने से पहले प्रत्येक जल मार्ग को उसका निर्धारित प्रवाह प्राप्त हो रहा है।
डेल्टा संरचना—यानी छत पर इलेक्ट्रोड पोर्ट की व्यवस्था—विद्युत प्रदर्शन और दुर्दम्य पदार्थ के जीवनकाल दोनों को प्रभावित करती है। मानक डेल्टा में तीन इलेक्ट्रोड एक समबाहु त्रिभुज के शीर्षों पर स्थित होते हैं। पिच सर्कल व्यास (PCD), जो तीनों इलेक्ट्रोड केंद्रों से होकर गुजरने वाले वृत्त का व्यास है, एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर है। यदि PCD बहुत छोटा हो, तो चाप पार्श्व दीवारों को अत्यधिक गर्म कर देते हैं। यदि PCD बहुत बड़ा हो, तो इलेक्ट्रोडों के बीच ठंडे स्थान बन जाते हैं जिससे बिना पिघले स्क्रैप के पुल बन जाते हैं।
एक सामान्य 50-टन ईएएफ के लिए, ट्रांसफार्मर की शक्ति के आधार पर पीसीडी 700 से 900 मिमी तक होता है। उच्च शक्ति का अर्थ है कि आप बड़े पीसीडी का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि लंबे आर्क अधिक विकिरण ऊष्मा प्रदान करते हैं। रूफ रिंग को चयनित पीसीडी के अनुरूप होना चाहिए और साथ ही इलेक्ट्रोड पोर्ट और बाहरी परत के बीच पर्याप्त दुर्दम्य मोटाई बनाए रखनी चाहिए। हम आमतौर पर किसी भी इलेक्ट्रोड पोर्ट और रूफ रिंग के आंतरिक व्यास के बीच न्यूनतम 150 मिमी की दुर्दम्य मोटाई निर्धारित करते हैं।
इलेक्ट्रोड पोर्ट सील पर विशेष ध्यान देना चाहिए। इलेक्ट्रोड पोर्ट के चारों ओर हर गैप गर्म गैस के निकलने और हवा के प्रवेश का रास्ता होता है। हवा का प्रवेश विशेष रूप से समस्याग्रस्त होता है क्योंकि यह इलेक्ट्रोड से कार्बन को जला देता है और स्टील में नाइट्रोजन मिला देता है। एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए रूफ रिंग में मैकेनिकल सील शामिल होते हैं - या तो ग्रेफाइट रिंग या स्प्रिंग-लोडेड स्टेनलेस स्टील रिंग - जो रेगुलेशन के दौरान इलेक्ट्रोड के ऊपर और नीचे जाने पर उसके साथ संपर्क बनाए रखते हैं। सील को इलेक्ट्रोड की गति के लिए लगभग 5 मिमी का रेडियल क्लीयरेंस देना चाहिए, साथ ही गैस लीकेज को 2-3% के भीतर बनाए रखना चाहिए।
स्थापना और संरेखण ही वो बिंदु हैं जहाँ व्यावहारिक अनुभव इंजीनियरिंग सिद्धांत से अलग होता है। कागज़ पर एकदम सही डिज़ाइन की गई छत की रिंग भी कुछ हफ़्तों में खराब हो सकती है अगर उसे 3 मिमी के मामूली अंतर से भी स्थापित किया जाए। रिंग को भट्टी के खोल पर बिल्कुल समतल बैठना चाहिए। किसी भी झुकाव से दुर्दम्य पदार्थ पर असमान भार पड़ता है और पानी का प्रवाह भी असमान रूप से वितरित होता है। हम अपनी छत की रिंगों को हमेशा एक मशीनीकृत संदर्भ सतह के साथ भेजते हैं और भट्टी के खोल के फ्लैंज से जुड़ने वाले संरेखण पिन प्रदान करते हैं। माउंटिंग बोल्ट कसने से पहले, फील्ड क्रू को रिंग के चारों ओर चार बिंदुओं पर सटीक स्पिरिट लेवल (0.02 मिमी/मीटर सटीकता) से समतलता की जाँच करनी चाहिए।
रखरखाव अंतराल परिचालन प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है। सामान्य परिस्थितियों में — प्रतिदिन 20 बार ऊष्मा प्रक्रिया, सामान्य स्क्रैप मिश्रण — प्रत्येक 200 ऊष्मा प्रक्रियाओं के बाद दुर्दम्य पदार्थ की परत की जाँच करें। मूल दुर्दम्य पदार्थ की मोटाई के 50% से अधिक क्षरण, 3 मिमी से अधिक चौड़ी दरारें और इलेक्ट्रोड पोर्ट के किनारों पर छिलने की जाँच करें। जल-शीतित पैनलों का प्रत्येक 500 ऊष्मा प्रक्रियाओं के बाद परिचालन दबाव के 1.5 गुना पर दबाव परीक्षण किया जाना चाहिए। 15 मिनट में 5% से अधिक दबाव में गिरावट दिखाने वाले किसी भी पैनल को निकालकर उसकी मरम्मत की जानी चाहिए।
MONTE INTELLIGENCE रूफ रिंग्स को सामान्य परिचालन स्थितियों में कम से कम 2000 हीट के लिए डिज़ाइन किया गया है। वास्तविक सेवा जीवन क्षेत्र में अनुप्रयोग के आधार पर 1800 से 3500 हीट तक होता है। न्यूनतम और अधिकतम सेवा जीवन में अंतर ऊपर वर्णित परिचालन प्रक्रियाओं - जल की गुणवत्ता, दुर्दम्य सामग्री का चयन और संरेखण की सटीकता - पर निर्भर करता है।
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