Geoptimaliseerde Refractairen voor Basische Zuurstofoven: Verlenging Voering Levensduur & Productiviteit

Refractairen voor Basische Zuurstofoven

Het hoofddoel in de ontwikkeling van refractairen voor basische zuurstofoven (BZO) is om een nuttige voering levensduur van de slijtvoering te krijgen om de maximale beschikbaarheid van de BZO te verkrijgen. Langere voering levensduur resulteert niet alleen in lagere refractaire kosten maar het stelt ook hogere productiviteit in door verhoogde ovenbeschikbaarheid.

Basisvereisten

De volgende zijn de basisvereisten van de refractairen van BZO:

• Thermische splijtbestendigheid
• Corrosiebestendigheid
• Slijtbestendigheid
• Oxidatiebestendigheid
• Hete treksterkte

BZO is normaal gevoerd met een permanente voering en erboven is een slijtvoering. Permanente voering dikte kan variëren van 100 mm tot 120 mm en is gemaakt van chroom-magnesiet permanente voering die over de volledige hoogte van de BZO aangebracht is.

De refractairen beschikbaar voor gebruik in slijtvoeringen van BZO variëren van teer of pech gebonden dolomiet of magnesia (MgO), chroom magnesiet, of magnesium chroom refractairen tot de geavanceerde refractairen die gemaakt zijn met harsbindingen, metalen, grafieten, en gesinterde en/of gesmolten magnesia die kunnen zijn met een zuiverheid van 99%. Stenen zijn ontworpen met een combinatie van kritieke fysieke eigenschappen om de hoge temperaturen en snel veranderende condities/omgeving door de BZO hittecyclus te weerstaan. Een balans van verschillende eigenschappen zoals hete sterkte, oxidatiebestendigheid, en slakbestendigheid is noodzakelijk van de BZO refractairen voor goede prestaties.

Historische Ontwikkeling

Toen het BZO proces van staalvermaking geïntroduceerd werd in de jaren 1950, werden converters gevoerd met teer dolomiet stenen en gestabiliseerde verbrande dolomiet stenen. Deze refractairen werden toen vervangen door half gestabiliseerde verbrande dolomiet stenen en teer gebonden en gebakken stenen gemaakt van synthetische magnesia dolomiet klinker. Chroom magnesiet, of magnesium chroom refractairen werden gebruikt voor voering van sommige BZO's. Hoge zuiverheid verbrande magnesia stenen werden ook in sommige BZO voeringen gebruikt. Tijdens late jaren 1970, werden magnesia-koolstof stenen met corrosie- en splijtbestendigheid ontwikkeld en snel in gebruik gebracht voor de voering van de BZO. Deze stenen benutten de bestendigheid van magnesia tegen de corrosieve hoge basiciteit slak en de hoge thermische geleiding en lage benettingsbaarheid van grafit (koolstof). Vandaag de dag is de praktijk van het gebruik van magnesia-koolstof refractairen voor de voering van BZO's heel gemeenschappelijk.

De stabiliteit van magnesia-koolstof stenen kan verhoogd worden door de oxidatie van grafit te voorkomen en door de corrosiebestendigheid van magnesia klinker te verbeteren. Oxidatie van grafit wordt voorkomen door toevoeging van gemakkelijk te oxideren metalen zoals aluminium en magnesium-aluminium, karbiden zoals siliciumkarbied (SiC) en boorkarbied (B4C), en boriden zoals calciumboride (CaB6). Gebruik van hoge zuiverheid grafit voorkomt ook de oxidatie. Corrosiebestendigheid van magnesia wordt verbeterd door het zuiverheidsniveau van magnesia klinker te verhogen ofwel door gebruik van elektro-gesmolten magnesia of zeewater magnesia. Het wordt ook verbeterd door de deeltjesgrootteverdeling van magnesia klinker te optimaliseren. Magnesia koolstof steen waaraan zircon (ZrSiO4) is toegevoegd voor thermische spanningverlichting in dienst is ook ontwikkeld.

Productie van Moderne Hoge Zuiverheid Magnesia

Moderne hoge zuiverheid magnesia wordt geproduceerd door goed gecontroleerde processen. De hoofdbronnen van magnesia zijn brijnen vaak van diepe put of van zeewater. Magnesiumhydroxide, Mg(OH)2, wordt uitgevallen uit deze bronnen door reactie met verbrande dolomiet of kalksteen. De resulterende magnesiumhydroxide slib wordt gefilterd om de vastestofinhoud te verhogen. Het filterkoek wordt dan direct aan een rotatieoven gevoerd om refractaire graad magnesia te produceren. Deze dagen wordt het filterkoek gecalcinerd bij ongeveer 900 °C tot 1000 °C in meervoudige herdfurnessen voor het omzetten van de magnesiumhydroxide in actieve magnesia. Deze gecalcinerde magnesia wordt dan gebriketteerd of gepelletiseerd voor bakken in dichte refractaire graad magnesia, meestal in schachtovens bij ongeveer 2000 °C temperaturen. Het eindproduct is gesinterde magnesia. Gesmolten magnesia wordt geproduceerd door refractaire graad magnesia of andere magnesia voorlopers in een elektrische boogoven te smelten. De gesmolten massa wordt dan uit de oven verwijderd, gekoeld, en opgebroken voor gebruik in het maken van refractairen. De onzuiverheden in magnesia worden gecontroleerd door de samenstelling van de oorspronkelijke bron van de magnesia (brijn of zeewater), de samenstelling van de verbrande dolomiet of kalksteen, en de verwerkingstechnieken. In het bijzonder worden de percentages en verhouding van CaO en SiO2 effectief gecontroleerd, en de B2O3 wordt op zeer lage niveaus gehouden. Hoge graad refractaire magnesia zo geproduceerd wordt gebruikt voor de productie van magnesia refractairen.

Zonale Voering van de BZO

Verschillende factoren zijn verantwoordelijk voor de slijtage van BZO voering in verschillende zones van de BZO. Daarom wordt zonale voering van BZO toegepast waar verschillende typen magnesia koolstof stenen of andere stenen geïnstalleerd worden in verschillende zones van de BZO om slijtbalans te garanderen en daardoor verlenging van de voering levensduur van de BZO te bereiken. Typische zonale voering van de BZO is getoond in Afbeelding 1.

Afbeelding 1: Typische zonale voering van een BZO

Om het ontwerp van de slijtvoering te optimaliseren, is het essentieel om een gebalanceerde voering te ontwikkelen, dat wil zeggen, een voering waarin verschillende refractaire kwaliteiten en diktes toegewezen worden aan diverse zones van de converter voering op basis van een zorgvuldige studie van de slijtpatronen. In een gebalanceerde voering, worden de refractairen gezoneerd zodanig dat een gegeven segment van voering bekend om minder slijtage te ontvangen een lagere kwaliteit of minder dikte van refractair toegewezen krijgt, terwijl refractairen van grotere slijtbestendigheid en over het algemeen hogere kosten gereserveerd zijn voor die segmenten van de oven die aan de meest zware slijtage blootgesteld zullen zijn. De slijtcondities en voorgestelde refractairen in verschillende zones van BZO voor de zonale voering zijn gegeven in Tabel 1 hieronder.

Met de grote verscheidenheid aan beschikbare steenkwaliteiten, is er een wijd bereik aan kosten van de refractairen. De duurdere steen kan zoveel als zes keer kosten van een conventionele teer/pech gebonden dolomiet steen. Met de upgrading van voeringontwerpen, worden meer van de refractairen met hogere kosten in een BZO voering tegenwoordig gebruikt. Echter het gebruik van de hoge kosten refractairen moet de algehele techno-economie van de BZO-winkel rechtvaardigen.

Bijvoorbeeld, wanneer de kosten van een voering verhoogd worden met 25% in een BZO-winkel die gemiddeld 4000 hits haalt, zal de voering levensduur moeten stijgen naar 5000 hits voor de refractaire kosten te handhaven. Echter, in winkels waar ovenbeschikbaarheid nodig is voor productiviteit, kan een mindere toename in voering levensduur en een hogere refractaire kosten gerechtvaardigd zijn als de ovenbeschikbaarheid groter is tijdens periodes van hoge productiebehoefte.

Zolang voeringontwerpen geüpgraded worden om prestaties en kosten te optimaliseren, is het belangrijk om de effecten van opererende variabelen op voering slijtage te kennen. Met deze informatie, kan de mogelijkheid van het controleren van die parameters die de voering slijtage nadelig beïnvloeden en de economische ruil van het verhogen van operatiekosten om voering levensduur te verlengen beter geëvalueerd worden. In het algemeen, praktijken die procescontrole verbeteren, zoals sub-lansen, zijn gunstig voor voering levensduur. Bovendien wordt voering levensduur geholpen door het laden van dolomietkalk om slak MgO te leveren, het minimaliseren van de laadniveaus van fluorspaat, het controleren van flux toevoegingen en blaaspraktijken om lage FeO niveaus in de slakken te leveren. Deze praktijken moeten geoptimaliseerd worden om de meest kosteneffectieve voering prestaties op te leveren.

Zelfs wanneer veel opererende condities verbeterd zijn, voeringontwerpen geoptimaliseerd zijn voor gebalanceerde slijtage, en de beste steentechnologie gebruikt wordt, treedt slijtage niet uniform op, en doorgaans worden onderhoudspraktijken die inspuiten van refractairen en coating met slak omvatten gebruikt om de levensduur van een voering te verlengen.