Lining Refraktori Tanur Tinggi: Melindungi Cangkang untuk Operasi Terus Menerus

Lining Refraktori Tanur Tinggi

Tanur tinggi (BF) modern dilapisi refraktori untuk melindungi cangkang tanur dari suhu tinggi dan material abrasif di dalam tanur. Lining refraktori didinginkan untuk meningkatkan perlindungan lebih lanjut terhadap pengiriman panas berlebih yang dapat menghancurkan lining refraktori. BF memiliki sistem refraktori yang kompleks untuk menyediakan umur yang lama dan aman yang diperlukan untuk ketersediaan tanur tinggi dan untuk mengizinkan operasi dan pencetakan tanur yang hampir terus-menerus.

Kondisi dan Mekanisme Aus

Kondisi di dalam tanur tinggi bervariasi secara luas menurut wilayah dan refraktori tunduk pada berbagai mekanisme aus. Detailnya diberikan dalam Tab 1. Kondisi aplikasi dari berbagai wilayah tanur tinggi tidak sama karena sifat geometrinya dan juga karena proses pirometalurgis yang terjadi pada berbagai tahap. Ada berbagai mekanisme aus fisik dan kimia di berbagai wilayah tanur tinggi dan kompleks dalam sifatnya. Misalnya, aus mekanik atau abrasi terjadi terutama di wilayah upper stack dan disebabkan oleh penurunan material muatan dan oleh gas yang dikotori debu. Beban termal tinggi adalah faktor utama di lower stack dan wilayah belly. Di wilayah hearth, aliran horizontal dan vertikal logam panas gabungan dengan tekanan termal sering membentuk cavitation berbentuk elephant foot yang tidak diinginkan. Material refraktori di wilayah ini harus mengatasi mekanisme aus ini untuk menghindari kerusakan akibatnya. Oleh karena itu, stack (upper middle dan lower), belly, bosh, raceway dan wilayah tuyere, hearth, dan taphole semuanya memerlukan kualitas refraktori yang berbeda tergantung pada kondisi aplikasi masing-masing.

Tab 1 Mekanisme serangan di berbagai wilayah tanur tinggi

Pemilihan kombinasi refraktori yang sesuai tergantung pada mekanisme aus sangat penting. Pemilihan refraktori yang tidak tepat seringkali mengakibatkan kegagalan refraktori yang kemudian menjadi masalah kompleks untuk diselesaikan. Jenis lining refraktori yang diperlukan di wilayah tanur tinggi serta tren dalam pola lining refraktori diberikan dalam Fig 1.

Fig 1 Lining refraktori di berbagai wilayah tanur tinggi

Saat ini umur kampanye BF diharapkan sekitar 15 tahun atau lebih. Lebih lanjut ada tren menuju BF kapasitas besar, yang tunduk pada kondisi operasi yang ketat. Untuk mencapai tujuan umur lining yang lama di bawah kondisi operasi yang ketat, diperlukan kombinasi yang baik dari refraktori grade tinggi yang digabungkan dengan sistem pendingin yang sangat efisien dan kontrol ketat pada operasi tanur untuk memastikan produktivitas tinggi tanpa working dinding berlebih dan dengan meminimalkan ‘slips’ masif di BF yang dapat menyebabkan kerusakan premature berlebih pada lining refraktori.

Diketahui bahwa dasar dan sebagian hearth terkorosi terutama oleh pig iron, slag dan alkali. Batu bata refraktori di area ini tunduk pada beban dan suhu tinggi. Jadi diperlukan lining refraktori yang harus memiliki kekuatan tinggi, nilai kompresi creep yang rendah dan nilai RUL (refractoriness under load) dan PCE (pyrometric cone equivalent) yang tinggi. Beberapa BF menggunakan batu bata refraktori alumina padat low iron 42 % -62 %, mullite, blok carbon konvensional dll. di dasar dan lower hearth sementara tren saat ini adalah menggantikannya dengan blok graphite super micro pore. Umur hearth BF terutama bergantung pada faktor-faktor berikut.

• Faktor operasional seperti (i) produktivitas tinggi yang mengarah pada beban panas tinggi, (ii) kecepatan fluida tinggi yang menyebabkan lebih banyak erosi dan (iii) injeksi batu bara yang tinggi berarti permeabilitas yang lebih rendah. Tidak ada satu pun dari faktor-faktor ini di bawah kontrol operator BF dan oleh karena itu, solusi satu satunya untuk ini adalah lining refraktori yang robust.
• Desain sistem lining refraktori – Seluruh lining refraktori juga tunduk pada tekanan termal yang juga memainkan peran dominant terutama ketika desain tidak memadai. Sistem atau desain lining refraktori harus (i) mengoptimalkan resistensi termal, (ii) menyediakan relief ekspansi, (iii) mencegah retakan, dan (iv) menghilangkan barrier bawaan.
• Properti refraktori – Ini mencakup (i) Konduktivitas termal tinggi, (ii) resistensi alkali, (iii) permeabilitas rendah, (iv) ekspansi termal rendah, dan (v) elastisitas rendah.

Pengembangan terbaru dari batu bata carbon micro porous dan peningkatan kualitas blok semi graphite dan graphite telah menghasilkan resistensi infiltrasi yang lebih tinggi terhadap besi dan slag, dan konduktivitas termal. Masalah pembentukan lapisan rapuh sekitar isotherm 800 derajat C oleh kondensasi alkali dan tekanan termal telah diatasi dengan menggunakan blok yang lebih kecil, allowance ekspansi yang optimal dll. Refraktori carbon dilapisi dengan batu bata fireclay atau mullite untuk melindunginya terhadap oxidasi. Desain ‘ceramic cup’ ini penting, karena isotherm diubah tergantung pada kualitas dan ketebalan material cup.

Batu bata stack terutama terkena abrasi dan erosi yang tinggi dari material muatan dari atas serta partikel asap dan debu berkecepatan tinggi yang keluar karena tekanan blast yang tinggi dalam lingkungan CO (carbon mono oxide). Oleh karena itu, kondisi aplikasi memerlukan material refraktori yang harus memiliki kekuatan tinggi, permeabilitas rendah, resistensi abrasi yang tinggi dan resistensi terhadap desintegrasi CO. Batu bata refraktori super duty fireclay atau batu bata alumina padat yang memiliki Al2O3 sekitar 39 % – 42 % dapat memberikan karakteristik yang diperlukan untuk aplikasi stack.

Tuyere dan bosh diserang oleh perubahan suhu, abrasi dan alkali; dan belly dan lower shaft oleh thermal shock, abrasi dan serangan CO dll. Di area kritikal BF, yaitu tuyere, bosh, belly dan lower stack, refraktori silicon carbide, SiC-Si3N4 dan corundum telah menggantikan carbon dan batu bata 62 % Al₂O₃ atau mullite. Ini memanfaatkan konduktivitas termal tinggi SiC dalam kombinasi dengan stave coolers. Namun karena masalah kebocoran air di sekitar taphole dan wilayah tuyere banyak tanur tinggi dilapisi dengan refraktori high alumina atau alumina-chrome corundum. Tren saat ini dan dalam refraktori BF diberikan dalam Tab 2.

Tab 2 Refraktori tanur tinggi

Berbagai Jenis Refraktori Tanur Tinggi

Berbagai jenis refraktori yang digunakan dalam lining tanur tinggi dijelaskan di bawah ini.

• Baked carbon blocks – Micro porous carbon block, semi graphitic carbon block, dan micro porous carbon silicon block dibuat dengan anthracite yang telah di-calcine secara elektrik pada suhu tinggi, graphite sintetis dan silicon carbide sebagai bahan baku utama. Mereka memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi, permeabilitas rendah, resistensi yang baik terhadap logam panas dan alkali. Semi graphitic carbon blocks digunakan sebagai lining dasar bawah. Micro porous carbon blocks digunakan sebagai lining dasar atas dan lower hearth tanur tinggi dengan peleburan yang diintensifkan. Micro porous carbon silicon blocks digunakan dalam penataan hearth, tap hole dan slag hole tanur tinggi.
• Small sized baked carbon bricks – Batu bata micro porous carbon yang dicetak dan batu bata carbon silicon carbide diproduksi melalui forming press panas, baking pada suhu tinggi dan grinding finishing dengan anthracite yang telah di-calcine secara elektrik pada suhu tinggi, graphite sintetis dan silicon carbide sebagai bahan baku utama dan minyak yang berasal dari batu bara atau resin formaldehid fenolik sebagai perekat serta aditif ultra micro powder. Batu bata micro porous carbon silicon carbide yang dicetak dapat digunakan untuk tata batu bata tuyere, slag hole, tap hole, hearth dan zona pembentukan slag tanur tinggi.
• Ceramic cup brick – Ini adalah batu bata komposit corundum yang diikat oleh fase plastis. Batu bata terdiri dari mullite berkualitas tinggi dan corundum fused murni sebagai bahan baku dengan penambahan perekat yang ditentukan dengan forming pada tekanan tinggi dan sintering pada suhu tinggi. Dengan fitur RUL yang tinggi, struktur padat, porositas rendah dan resistensi korosi yang tinggi, batu bata digunakan untuk dasar BF, lining dasar ceramic cup dan batu bata gabungan tuyere, tap hole dan slag hole tanur tinggi besar.
• Corundum brick – Batu bata corundum terbuat dari corundum fused cokelat dan silicon carbide sebagai bahan baku awal, digabungkan dengan aditif khusus, melalui proses mould press dan sintering sebelum fine machining. Batu bata ditandai dengan resistensi alkali yang baik dan resistensi korosi slag, yang cocok untuk lining dasar, hearth ceramic cup, tuyere, tap hole dan slag hole.
• SiC- Si3N4 brick – Ada banyak jenis berbeda batu bata SiC dengan sistem perekat yang berbeda dan konten SiC yang bervariasi. Secara umum, direct bonded SiC memiliki resistensi tinggi terhadap alkali dan seng. Juga, mereka memiliki konduktivitas termal yang tinggi, resistensi erosi yang luar biasa, properti thermal shock yang sangat baik, dan resisten terhadap korosi dan serangan CO. Secara umum, nitride bonded SiC digunakan dalam aplikasi, seperti belly BF.
• Micro porous alumina carbon brick – Batu bata ini dibuat dengan menggunakan bauxite clinker grade khusus, corundum, graphite dan alumina menengah sebagai bahan baku utama, digabungkan dengan beberapa jenis aditif ultra fine powder. Ini menampilkan micro pore, resistensi alkali yang baik dan konduktivitas termal yang tinggi. Ini digunakan untuk lining bosh, stack dan cooling wall BF.
• 50 % alumina class bricks – Biasanya refraktori dalam kelas ini adalah super duty firebricks yang ditingkatkan. Mereka umumnya terdiri dari campuran bauxite, flint clay/chamotte dan plastic clay. Batu bata 50 % alumina biasanya memiliki porositas rendah, berekspansi saat dipanaskan ulang hingga 1600 derajat C dan memiliki resistensi yang baik terhadap thermal cycling. Batu bata dalam kelas ini yang mengandung bahan murni yang lebih tinggi menunjukkan kemampuan beban yang baik dan memiliki resistensi yang luar terhadap serangan alkali.
• 60 % alumina class bricks – Batu bata dalam kelas ini terdiri dari berbagai macam bahan. Batu bata alumina menengah yang paling umum dan dihormati terdiri dari mineral dari grup sillimanite (biasanya digabungkan dengan jumlah kecil alumina yang telah di-calcine dan plastic clays). Kualitas alumina 60 % lain dalam kelas ini terdiri dari campuran synthetic chamotte, bauxites, alumina yang telah di-calcine dan plastic clays. Tingkat pembentukan mullite yang tinggi memungkinkan batu bata dalam kelas ini (terutama refraktori yang mengandung sillimanite) untuk menunjukkan resistensi creep yang luar biasa. Batu bata sillimanite seringkali dapat diikat fosfat/kimia dan di-cure sebagai cara untuk meningkatkan resistensi thermal shock.
• 70 % alumina class bricks – Kelas batu bata ini didasarkan pada bahan baku primer bauxite atau high alumina chamotte yang ditambahkan fireclay. Batu bata ini dibakar hingga sekitar 1400 derajat C untuk mencegah ekspansi berlebih selama pembakaran (disebabkan oleh reaksi bahan siliceous dengan bauxite, membentuk mullite). Batu bata 70 % alumina menunjukkan nilai ekspansi yang tinggi dalam penggunaan sehingga mengurangi sizing joint.
• 80 % alumina class bricks – Ini didasarkan pada bauxite dengan penambahan alumina yang telah di-calcine dan material clay. Mereka dibakar hingga sekitar 1420 – 1480 derajat C untuk mempertahankan sizing batu bata yang konsisten. Produk yang dibakar dalam kelas ini memiliki porositas sekitar 20 %, kekuatan yang baik dan resistensi terhadap thermal cycling. Produk ini terkait dengan phosphate/chemical bonding (keduanya cured dan fired) sebagai cara untuk memberikan resistensi yang lebih besar terhadap abrasi dan mengurangi porositas.
• Fireclay bricks – Batu bata fireclay terdiri dari campuran biasanya dua atau lebih clay. Penggunaan flint dan kaolin clay memberikan refractoriness, clay yang telah di-calcine (chamottes) mengontrol drying dan firing shrinkages dan plastic clay memfasilitasi forming dan kekuatan perekat. Batu bata fireclay biasanya dikelompokkan menjadi (i) super duty bricks (PCE > 33) yang memiliki konten alumina typikal 40 % hingga 45 % dan memiliki refractoriness yang baik, resistensi terhadap thermal shock dan stabilitas volume pada suhu tinggi, (ii) high duty firebricks (PCE 31 ½ hingga 33) yang mirip dengan super duty equivalents tetapi biasanya diproduksi dari flint clay/chamotte dan plastic clay berkualitas lebih rendah (typical Al2O3 40 % hingga 45%) dan biasanya digunakan sebagai pengganti medium duty firebricks di mana thermal cooling adalah masalah potensial, (iii) medium duty firebricks (PCE 29 hingga 31) (typical Al2O3 38 % hingga 42%) digunakan dalam aplikasi yang kurang berat dan resistensi thermal shock mereka lebih rendah daripada super dan high duty firebricks, (iv) low-duty firebricks (PCE 15 hingga 29) (typical Al2O3 35 % hingga 38%) digunakan sebagai lining backing dan aplikasi lain di mana suhu sedang prevalen, dan (v) semi silica firebricks yang memiliki konten alumina typikal 18 % hingga 25% dengan nilai silika berkisar 72 % hingga 80 % dan memiliki kekuatan beban yang luar biasa dan stabilitas volume pada suhu yang relatif tinggi.
• Tap hole mass – Karakteristik utama yang diperlukan dari tap hole mass termasuk viskositas yang baik dan properti sintering yang baik yang digabungkan dengan resistensi korosi dan erosi.