Memperpanjang Umur Kampanye Tinggi Rook dengan Lapisan TiO₂: Perlindungan Refraktori Terbukti

Perlindungan Dinding Tinggi Rook dengan Penambahan TiO2

Perpanjangan umur kampanye tinggi rook (BF) merupakan perhatian besar. Kebutuhan untuk memperpanjang kampanye BF dikenal luas. Peningkatan umur kampanye harus dicapai sambil mempertahankan produktivitas tinggi untuk penurunan biaya modal per unit. Lapisan refraktori dinding BF adalah yang paling kritis dan sangat mempengaruhi umur kampanye BF. Faktanya, ini adalah salah satu faktor paling penting yang membatasi umur kampanye BF. Aus lapisan refraktori dinding adalah perhatian serius bagi operator BF karena pengaruhnya pada umur kampanye BF adalah maksimum.

Dinding adalah zona yang paling terpapar dalam BF, karena serangan kimia, pelarutan batu bata karbon, aliran sekunder dan besi panas (HM), dan stres termal. Daerah yang paling kritis adalah daerah transisi antara dinding tungku dan dasar dinding. Umur kampanye BF biasanya ditentukan oleh aus lapisan refraktori dinding dinding. Selain desain yang tepat dari lapisan, penting untuk meminimalkan aus dinding dinding. Oleh karena itu, metode yang dapat memperpanjang umur paket dinding dan dinding BF tanpa mengganggu produksi sangat penting secara ekonomi dan teknis.

Efek abrasif dan erosif pada dinding BF adalah karena berbagai kondisi yaitu (i) suhu lingkungan tinggi, (ii) gerakan berkelanjensi produk peleburan cair, (iii) aktivitas kimia dari produk, (iv) tekanan dan aktivitas kimia dari gas, dan (v) masuknya kelembaban ke dalam dinding BF. Alasan utama aus lapisan refraktori dinding BF adalah (i) produktivitas tungku yang tinggi, (ii) frekuensi shutdown tungku yang lama (lebih dari 2 hari), (iii) bocoran air dari sistem pendingin air tungku dan (iv) kualitas bahan muatan

Terdapat beberapa langkah untuk mengurangi erosi dinding BF yang meliputi (i) menurunkan produktivitas BF, (ii) mengurangi tingkat injeksi koks, (iii) grouting massa ramming antara staves dan blok karbon, (iv) plugging sementara tuyere, (v) meningkatkan laju pendinginan dinding, dan (vi) penambahan bahan yang mengandung TiO2 (oksida titanium). Peningkatan umur paket dinding BF dengan penambahan senyawa yang mengandung TiO2 adalah metode yang paling banyak digunakan. TiO2 menyediakan perlindungan lapisan dinding BF dari erosi prematur.

Bahan yang paling sering mengandung TiO2 yang dimasukkan ke dalam BF melalui atas tungku adalah bijih ilmenit sumber alami Ti. Bijih ini terjadi dalam bentuk titanium magnetit (Fe,Ti)3O4 atau FeTiO3 dan adalah campuran mekanis ilmenit dengan mineral besi (magnetit dan sebagian hematit). Komposisi tipikal ilmenit adalah TiO2 – 33 %, Fe2O3 – kurang dari 36 %, SiO2 – kurang dari 25 %, Al2O3 – kurang dari 8 %, MgO- kurang dari 5 %, dan kelembaban – 6 %. Ukuran bijih bervariasi antara 10 mm hingga 40 mm. Cara lain untuk memuat bahan yang mengandung TiO2 ke dalam BF bersama dengan muatan dari atas adalah melalui sinter , pelet, atau bahan sintetis yang mengandung TiO2.

Praktik teknologi saat ini untuk mengurangi aus dan memperbaiki area yang rusak di dinding adalah melalui input ilmenit yang menghasilkan titanium carbonitrides Ti(C,N) yang kimiawi dan termal stabil. Senyawa ini terutama menumpuk di titik-titik yang rusak dan memiliki efek yang disebut 'hot repair'. Gambar 1 menunjukkan tumpukan Ti(C,N) di dinding BF.

Gambar 1 Tumpukan titanium carbonitrides di dinding BF

Penggunaan jumlah titanium (Ti) yang tepat dari bahan yang mengandung Ti ke dalam BF ditemukan sebagai cara efektif untuk melindungi dinding dinding. Penambahan bahan yang mengandung Ti dipercaya untuk mempromosikan pembentukan lapisan perlindungan, yang disebut 'titanium bear', pada batu bata refraktori. 'Titanium bear' adalah endapan karbida , nitrida dan karbo-nitrid Ti , yang dapat terbentuk di area dinding BF, jika TiO2 ada dalam umpan. Tabel 1 menunjukkan beberapa properti karakteristik penting dari senyawa TiN dan TiC.

Tujuan penambahan bahan yang mengandung Ti didasarkan pada generasi senyawa Ti(C,N) yang tahan suhu tinggi dan aus tinggi, yang menunjukkan kelarutan yang bergantung pada suhu dalam HM. Batas kelarutan tercapai karena penurunan suhu, yang merupakan kasus di area yang rusak di dinding karena hasil dari fluks panas yang lebih tinggi dan kehilangan panas ke luar, senyawa Ti(C,N) yang sesuai tersedot dari HM dan ditetapkan di zona dinding yang lebih parah rusak, dengan efek 'hot-repair' intrinsik.

Dua pendekatan umum untuk penambahan TiO2 di BF adalah (i) pendekatan pencegahan, dan (ii) pendekatan perbaikan. Dalam pendekatan perbaikan, TiO2 dimuat secara berkala untuk membangun dan mempertahankan lapisan pelindung endapan Ti(C,N) pada dinding BF. Dalam pendekatan perbaikan, jumlah TiO2 yang relatif besar dimuat ketika suhu dinding meningkat di atas tingkat kritis. Jumlah besar penambahan ini dipelihara hingga suhu dinding menstabil pada tingkat yang dapat diterima. Tabel 2 memberikan parameter tipikal selama penambahan TiO2 di BF selama kedua pendekatan ini.

Mekanisme reaksi kimia TiO2

Ilmenit adalah bijih alami yang terdiri dari titanate besi (Fe,Ti)3O4 atau FeTiO3. Pertama perlu diuraikan di dalam BF menjadi FeO dan TiO2 dengan供應 energi (konsumsi koks 3 kg/t hingga 10 kg/t ilmenit) sebelum generasi senyawa Ti (C,N) dapat terjadi.

Tiga mekanisme teknis dasar dalam kasus penambahan senyawa yang mengandung TiO2 di BF adalah (i) perhitungan termodinamika menunjukkan bahwa TiO2 dalam kesetimbangan dengan Ti(C,N) dalam sekunder di tingkat tuyere ketika konsentrasi TiO2 sekunder sekitar 1,2 %, (ii) pada konsentrasi lebih dari 1,2 %, TiO2 direduksi dan tersedot sebagai Ti(C,N), (iii) karena peningkatan viskositas sekunder cair dan level TiO2 maksimum dalam sekunder dan konsentrasi Ti maksimum dalam HM harus dikontrol dengan batas atas masing-masing dari level TiO2 dalam sekunder adalah 3 % dan konsentrasi Ti maksimum dalam HM adalah 0,3 %, dan (iv) partisi Ti / TiO2 yang lebih tinggi didukung oleh level Si yang lebih tinggi dalam HM dan basicitas sekunder yang lebih tinggi.

Proses deposit Ti(C,N) adalah reaksi antarmuka. Penting untuk level Ti naik melalui antarmuka sekunder / HM logam untuk mencapai reaksi efektif dari sumber Ti. Oleh karena itu, menguntungkan untuk menghasilkan titik Ti yang terdistribusi halus dengan jumlah tinggi dan area spesifik tinggi secepat mungkin. Terbukti bahwa titik Ti yang terdistribusi halus sangat menguntungkan untuk pembentukan jumlah tinggi Ti(C,N). Kristal Ti(C,N) yang besar pada blok C di dinding dapat dikaitkan dengan konsentrasi yang diinduksi oleh infiltrasi pada permukaan bahan refraktori. Akumulasi ini menghasilkan pertumbuhan kristal yang lebih cepat dan consequently stabilisasi deposit.

Bahan yang mengandung Ti yang dimuat ke dalam BF direduksi hanya oleh reduksi langsung seperti yang ditunjukkan dalam persamaan TiO2 + 2 C = Ti + 2 CO ; H = 169773 Kcal/mol. Pembentukan carbonitride dikontrol oleh proses difusi dan consequently membutuhkan lebih banyak waktu. Ti setelah direduksi dari TiO2 tersedot ke dalam HM dan bereaksi dengan karbon dan nitrogen untuk membentuk Ti(C,N) yang membentuk lapisan pelindung di dinding. Pembentukan yang berhasil dari lapisan pelindung di daerah yang erosi dari lapisan dinding tergantung besarnya pada aliran dan transfer panas dari HM dan consequently kondisi operasi tungku. Selanjutnya, jumlah bahan yang mengandung TiO2 yang diperlukan harus cukup untuk membentuk lapisan pelindung tetapi pada saat yang sama harus diminimalkan karena jumlah berlebihan akan berdampak buruk pada pemrosesan pasca HM dan sekunder. Mekanisme pembentukan aus Ti(C,N) yang dikembangkan adalah seperti dijelaskan di bawah ini.

Beshi logam diperlukan sebagai katalis untuk konversi TiO2 menjadi Ti(C,N). Dengan penambahan TiO2 ke dalam BF, ia larut dalam fasa sekunder dan direduksi menjadi Ti logam oleh silicon atau karbon pada antarmuka fasa HM dan sekunder sesuai persamaan (i) TiO2 + C = Ti + CO2 dan / atau (ii) TiO2 + Si = Ti + SiO2. Ti yang terbentuk ini kemudian larut (karena kelaratannya yang tinggi) dalam HM segera. Ti yang ada dalam HM yang terkaya, diangkut dengan aliran HM ke zona yang rusak di dinding. Ti logam yang terlarut bereaksi dengan C dan N yang terlarut dalam HM untuk membentuk senyawa Ti(C,N) sesuai persamaan xTi + yC, zN = TiN, TiC dan Ti(C,N). Senyawa Ti(C,N) tersedot di lokasi dengan suhu yang lebih rendah (area fluks panas tinggi) ketika kelarutan Ti(C,N) dalam HM rendah. Gambar 2 menunjukkan visualisasi mekanisme pembentukan lapisan pelindung Ti(C,N) di dinding BF. Dan sebuah potongan lapisan pelindung Ti(C,N) di dinding yang diambil dari BF setelah dihentikan untuk relining.

Gambar 2 Perlindungan dinding BF oleh TiO2

Faktor yang mempengaruhi kesetimbangan [Ti] / [TiO2] dalam operasi BF meliputi (i) suhu dinding, (ii) basicitas sekunder, dan (iii) level silicon dalam HM. Hubungan tipikal antara suhu dan beban TiO2 pada berbagai kesetimbangan Ti/TiO2 dan silicon HM ditunjukkan dalam Gambar 3. Ti(C,N), yang memiliki titik leleh 2959 deg C, tersedot di dasar dan dinding dinding. Endapan yang tersedot menumpuk dari waktu ke waktu melindungi wajah dalam lapisan dinding dan membantu memperpanjang umur kampanye BF. Ini telah terbukti dari tumpukan besar Ti(C,N) yang ditemukan di salamander dari BF yang ditiup.

Gambar 3 Hubungan antara suhu dinding dan beban titanium pada berbagai kesetimbangan Ti / TiO2 dan level silicon HM

Metode pemuatan TiO2 di BF

Senyawa yang mengandung TiO2 dapat ditambahkan dengan bahan muatan ke dalam BF dari atas atau dapat disuntik ke dalam BF melalui beberapa tuyere. Dalam kasus bahan yang mengandung TiO2 dimuat bersama dengan muatan dari atas, distribusi terjadi sepanjang seluruh panjang shaft, dan sebagai konsekuensi terdapat penundaan dalam reaksi. Akibatnya, jumlah yang dimuat lebih tinggi dari yang sebenarnya diperlukan, mengorbankan kualitas sekunder dan deposit sesekali di shaft (muatan tidak aktif). Biasanya, Ti terdistribusi seragam di seluruh penampang BF. Namun, Ti hanya diperlukan di zona dinding dinding. Oleh karena itu, jumlah input yang lebih tinggi diperlukan dan ini memiliki efek negatif pada kualitas HM dan sekunder. Peningkatan kandungan Ti dalam HM dari peningkatan pemuatan bahan yang mengandung TiO2, menghasilkan lebih banyak TiO2 yang terkandung dalam sekunder dan ini dapat menjadi faktor pembatas dalam penggunaan sekunder sebagai aditif dalam produksi semen.

Bahan yang mengandung TiO2 saat disuntik ke dalam BF, dalam bentuk partikel halus dari bahan sintetis TiO2. Partikel halus bahan sintetis TiO2 ini disuntik ke dalam BF melalui tuyere di dekat dinding BF. Injeksi lokal sumber partikel halus TiO2 melalui tuyere secara langsung di dekat zona dinding adalah metode yang lebih efektif untuk memasukkan TiO2 ke dalam BF. Teknik ini menawarkan serangkaian keuntungan seperti (i) injeksi terjadi di dekat area yang berbahaya dari refraktori yang berarti hasil terbaik dapat dicapai secara sistematis dengan jumlah input rendah, (ii) periode penundaan lebih pendek sebelum tindakan perbaikan terjadi, bahkan dalam kasus 'hot spot' di dinding tungku, (iii) tidak ada akumulasi bahan yang mengandung TiO2 di shaft BF, (iv) bahan yang mengandung TiO2 diangkut langsung ke situs reaksi di tingkat tuyere dan di dinding, tempat mereka dapat mempengaruhi secara langsung interaksi fase gas, logam dan sekunder, terlepas dari reaksi yang terjadi di shaft dan zona kohesif, (v) tingkat input yang lebih rendah dan efisiensi konversi yang lebih tinggi menjadi senyawa Ti(C, N) menghasilkan kualitas sekunder yang lebih baik, karena kandungan TiO2 yang lebih rendah dalam sekunder, dan demikian tidak ada penurunan kualitas sekunder granulat BF.

Penggunaan industri sumber sintetis TiO2 menunjukkan penurunan suhu yang cukup saat injeksi sistematis ke dalam zona dinding BF yang kritis. Injeksi presisi bahan memungkinkan perbaikan cepat area yang rusak dalam kasus terjadinya 'hot spot'. Namun, sistem injeksi diperlukan untuk penggunaan produk sintetis. Sistem ini terdiri dari tempat penyimpanan, pressure lock, feed vessel, rotary feeder dengan ejection-nozzle, dan saluran pengangkutan yang dimensinya sesuai untuk pengiriman simultan hingga 4 tuyere. Tingkat pengiriman harus sekitar 10 kg/menit hingga 60 kg/menit. Tuyere yang paling sesuai dapat dipilih dan disediakan, tergantung pada persyaratan dan kebutuhan. Konsep otomatisasi memungkinkan operasi yang sepenuhnya otomatis, dengan pengecualian pengisian tempat penyimpanan.