Magnesiumoxide: sleutel tot verlenging BOF-voering levensduur en corrosiereductie

De functie van een refraktaire voering in een basische zuurstofoven (BOF) is om maximale ovenbeschikbaarheid te garanderen tijdens de omzetteroperatie, zodat productie-eisen worden gehaald en de specifieke refraktairverbruik zo laag mogelijk blijft. De verlenging van de voeringslevensduur verbetert beschikbaarheid en heeft positief effect op productiviteit en specifiek refraktairverbruik.

In hedendaagse BOF-staalmaking: magnesia-koolstof (MgO-C) hars-gebonden stenen met metaaltoevoegingen voor voering. Gemaakt uit mengsel gesmolten en gesinterde hoge zuiverheid MgO, hoge zuiverheid grafiet met koolstofgehalte 5-15%. Zonale voering met diverse steenkwaliteiten voor kosteneffectieve voering. Slak gericht om MgO-verzadigd te zijn. Slakspattering gangbare praktijk voor hogere voeringslevensduur. Lasermeting voeringsdikte 360 graden. Dikte/profielonderhoud regelmatig met MgO-gebaseerde gunietmengsels. Voor adequaat functioneren: slaksamenstelling compatibel met gebruikte refraktaria.

Temperatuur in BOF stijgt door exotherme reacties tijdens staalmaking. Aftaptemperatuur vloeibaar staal normaal ≥1660 °C. Bij deze temperaturen neemt staalmakingsslak, indien onverzadigd met MgO, MgO uit voeringsmateriaal op tijdens staalmaking en probeert te verzadigen. Hierbij onttrekt het MgO aan de voering → versneld voeringslijtage. Om chemische slijtage MgO-gebaseerde voering te minimaliseren: staalmakingsslak verzadigd of supersatureren met MgO door toevoeging MgO-rijke materialen in BOF tijdens staalmaking. Meest gangbare MgO-bronnen: gekalcinede dolomiet en gekalcinede magnesiet. Toegevoegde MgO-materialen: hoog reactief, niet doodgebakken → snelle oplossing in slak.

Voeringslevensduur verschilt per centrale door verschillende interacterende parameters: (1) staalmakingproces, (2) refraktaire eigenschappen, (3) voeringsonderhoudspraktijken (Afbeelding 1). Effecten van parameters in Tabel 1.

Relatie tussen parameters die voeringslevensduur beïnvloeden in Afbeelding 2.

Hoofdslijtmechanismen refraktaria in BOF: impact, corrosie, thermomechanische spanningen, erosie tijdens staalmaking. Alle parameters belangrijk, maar corrosie door ontbinding refraktairmateriaal in slak heeft grote invloed. Bij staalmaking in BOF: diverse oxiden geproduceerd, gefluxeerd met gekalcinede kalk → staalmakingsslak. Deze slak is corrigerend van aard en in continu contact met omzettervoering oppervlak. Als slak niet compatibel met voeringsmateriaal en condities gunstig: ontbinding voering op oppervlak waar slak contact heeft.

Slakchemie belangrijker op meerdere manieren. MgO-C stenen = basische refraktaria → vereisen basische slak (ook nodig voor defosforing). Basiciteitsratio (CaO/SiO2) in slak hangt af van P-gehalte gietijzer en staalkwaliteit. Normaal 3-3,5.

Fysico-chemische eigenschappen slak beïnvloeden productiviteit staalmakingprocessen sterk. Snelle vorming fysiek/chemisch actieve slak vergemakkelijkt verwijdering zwavel en fosfor uit smelt. Vermindert metaalverlies en metaalregulus vorming in slak; verlaagt voeringslijtage. Viscieuze slak: fysiek weinig actief, lage raffinagecapaciteit → reactieprocessen slak-metaal vertragen. Dergelijke viscieuze slak leidt tot toename metaalverlies door regulusvorming en slakspattering. Vaak leidt tot verstopt laans en schedelvorming op hals vat.

Zeer hoge slakvloeibaarheid ook niet gewenst door verhoogde voeringslijtage. Noodzakelijk: aan einde blazen, voldoende vloeibare, fysiek/chemisch actieve, homogene slak met basiciteit 3-3,5.

Chemische samenstelling BOF-slak en intensiteit voeringsvernieling variëren in verschillende stadia staalmaking. Hoogste vernietigingsgraad: vorming slak met basiciteit 1-1,5 en hoge oxidatietoestand (tot 30% FeO). Noodzakelijk: slak met maximale MgO-concentratie, dicht bij verzadiging voor gewenste temperatuurcondities in initiële blaasperiode.

Om MgO-gehalte slak te verhogen: fluxen met MgO essentieel. Verbruik slakvormende materialen berekend op basis grondstofsamenstelling (gietijzer, schroot) en gewenste slak. Tijdens smelten: slakmonster samenstelling kan afwijken van berekende waarde, onopgeloste kalkstukken in monster. Kan voorkomen dat smeltoperatie voorbij is en gewenste slak niet gevormd, schadelijke onzuiverheden niet volledig verwijderd.

Simulatiestudie kinetiek slakverzadiging met MgO en interactieproces MgO-C refraktair en slak met MgO-flux: significante daling ontbindingssnelheid MgO uit stenen in slak met toenemend MgO% in slak. Daling: 2-2,25 keer.

Basische slak probeert MgO uit steen op te lossen tot verzadigingsniveau. Typisch MgO-verzadiging ~8% in slak (afhankelijk temperatuur, oxidatietoestand). Bij MgO-toevoeging (gekalkineerde dolomiet/magnesiet): preferentiële ontbinding MgO uit voering sterk gereduceerd, zelfs geen ontbinding als condities gunstig. Hierdoor verminderde voeringslijtage. Slakchemie weer gerelateerd aan oxidatietoestand en temperatuur: basiciteit en MgO-gehalte gedilueerd door hoge FeO, temperatuur verhoogt kinetische reactiesnelheden.

Industriële studie: ontbindingsgraad basisch refraktair in slak te schatten afhankelijk van MgO-gehalte in refraktair. MgO-overgang naar slak uit voering berekend via materiebalans slak. Duidelijke neiging: afname MgO-ontbinding uit voering in slak met toename verzadiging slak met MgO.

Andere studie: ontbindingssnelheid MgO onderzocht door verschillende MgO-bevattende oxiden toe te voegen aan smelt, verandering MgO-gehalte gemeten. Vastvorming MgO en FeO aan interface FeO-CaO-SiO2 slak en gesinterde MgO vastgesteld.

Hoeveelheid MgO-materialen te laden hangt af van aftaptemperatuur. Hogere temperatuur → hoger MgO% nodig voor verzadiging. Bij 1660-1680 °C aftaptemperatuur: MgO in slak beter >10% houden.

Toevoeging gekalcinede dolomiet in omzetter heeft meer voordelen: vermindert gekalcinede kalkverbruik tijdens staalmaking. 10-12% MgO in slak: geen merkbaar effect op slakvischtheid. Eventuele toename vischtheid controleerbaar met slakverdunners. Enig gevreesd nadelig effect hoge MgO-slak: slechte fosforverwijdering tijdens staalmaking.