Refraktori Teroptimasi untuk Tungku Basic Oxygen: Umur Lining dan Produktivitas

Refraktori untuk Tungku Basic Oxygen

Tujuan utama dalam pengembangan refraktori untuk tungku basic oxygen furnace (BOF) adalah untuk mendapatkan umur lining yang berguna dari lining yang aus sehingga memperoleh ketersediaan BOF maksimum. Umur lining yang lebih lama tidak hanya mengakibatkan biaya refraktori yang lebih rendah tetapi juga memungkinkan produktivitas yang lebih tinggi melalui ketersediaan tungku yang meningkat.

Berikut adalah persyaratan dasar dari refraktori BOF.

• Resistensi pelupasan termal
• Resistensi korosi
• Resistensi abrasi
• Resistensi oksidasi
• Modulus rupture panas

BOF biasanya dilapisi dengan lining permanen dan di atasnya ada lining aus. Ketebalan lining permanen dapat bervariasi dari 100 mm hingga 120 mm dan terbuat dari lining permanen chrome-magnesite yang diberikan pada tinggi penuh BOF.

Refraktori yang tersedia untuk digunakan dalam lining aus BOF bervariasi dari dolomit atau magnesia (MgO) yang terikat ter atau pekat, chrome magnesite, atau refraktori magnesium chrome hingga refraktori canggih yang dibuat dengan perekat resin, logam, grafit, dan magnesia yang disinter dan/atau dilebur yang dapat memiliki kemurnian 99 persen. Bata dirancang dengan kombinasi properti fisik kritis untuk menahan suhu tinggi dan kondisi/lingkungan yang berubah cepat selama siklus panas BOF. Seimbang antara berbagai properti seperti kekuatan panas, resistensi oksidasi, dan resistensi escoria diperlukan dari refraktori BOF untuk performa yang baik.

Ketika proses pembuatan baja BOF diperkenalkan pada tahun 1950, konverter dilapisi dengan bata dolomit ter dan bata dolomit burnt stabilized. Refraktori ini kemudian diganti dengan bata dolomit burnt semi stabilized dan bata ter-bonded dan fired yang terbuat dari clinker dolomit sintesis magnesia. Chrome magnesite, atau refraktori magnesium chrome digunakan untuk lining beberapa BOF. Bata magnesia burnt murni tinggi juga digunakan dalam beberapa lining BOF. Pada akhir tahun 1970, bata magnesia-carbon dengan resistensi korosi dan pelupasan dikembangkan dan dengan cepat digunakan untuk lining BOF. Bata ini menggunakan resistensi magnesia terhadap escoria basa yang mengkorosi dan konduktivitas termal tinggi serta basabilitas rendah grafit (karbon). Saat ini praktik menggunakan refraktori magnesia-carbon untuk lining BOF telah menjadi sangat umum.

Stabilitas bata magnesia-carbon dapat ditingkatkan dengan mencegah oksidasi grafit dan dengan meningkatkan resistensi korosi clinker magnesia. Oksidasi grafit dicegah dengan menambahkan logam yang mudah dioksidasi seperti aluminium dan magnesium – aluminium, karbida seperti karbida silikon (SiC) dan karbida boron (B4C), dan borida seperti borida kalsium (CaB6). Penggunaan grafit murni tinggi juga mencegah oksidasi. Resistensi korosi magnesia ditingkatkan dengan meningkatkan tingkat kemurnian clinker magnesia baik dengan menggunakan magnesia electro-fused atau magnesia air laut. Ini juga ditingkatkan dengan mengoptimalkan distribusi ukuran partikel clinker magnesia. Bata magnesia carbon yang ditambahkan zircon (ZrSiO4) untuk alleviasi stres termal dalam pelayanan juga telah dikembangkan.

Magnesia murni tinggi modern diproduksi oleh proses yang dikontrol dengan baik. Sumber utama magnesia adalah salmuera sering kali dari sumur dalam atau dari air laut. Hidroksida magnesium, Mg(OH)2, dipresipitasi dari sumber ini dengan bereaksi dengan dolomit calcined atau batu kapur. Slurry hidroksida magnesium yang dihasilkan difilter untuk meningkatkan kandungan padatnya. Kue filter kemudian diumpankan langsung ke rotary kiln untuk menghasilkan magnesia grade refraktori. Saat ini kue filter calcined pada sekitar 900 derajat C hingga 1000 derajat C di multiple hearth furnaces untuk mengonversi hidroksida magnesium menjadi magnesia aktif. Magnesia calcined ini kemudian dibriket atau dipeletkan untuk firing menjadi magnesia grade refraktori yang padat, biasanya di shaft kiln pada suhu sekitar 2000 derajat C. Produk akhir adalah magnesia sinter. Magnesia fused diproduksi dengan meleleh magnesia grade refraktori atau prekursor magnesia lain di tungku busa listrik. Massa cair kemudian dikeluarkan dari tungku, didinginkan, dan dibelah untuk digunakan dalam pembuatan refraktori. Impuritas dalam magnesia dikontrol oleh komposisi sumber asli magnesia (salmuera atau air laut), komposisi dolomit calcined atau batu kapur, dan teknik pemrosesan. Secara khusus, persentase dan rasio CaO dan SiO2 dikontrol secara efektif, dan B2O3 dipertahankan pada tingkat yang sangat rendah. Magnesia grade refraktori tinggi yang diproduksi seperti ini digunakan untuk produksi refraktori magnesia.

Berbagai faktor bertanggung jawab atas aus lining BOF di berbagai zona BOF. Oleh karena itu, zonal lining BOF dilakukan di mana berbagai jenis bata magnesia carbon atau bata lain dipasang di berbagai zona BOF untuk memastikan keseimbangan aus dan melalui itu perpanjangan umur lining BOF dicapai. Zonal lining typis BOF ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Zonal lining typis BOF

Untuk mengoptimalkan desain lining aus, penting untuk mengembangkan lining yang seimbang, yaitu lining di mana kualitas dan ketebalan refraktori yang berbeda ditetapkan ke berbagai zona lining konverter berdasarkan studi yang hati-hati terhadap pola aus. Dalam lining yang seimbang, refraktori di-zoned sehingga segmen lining yang diketahui menerima aus lebih rendah ditetapkan kualitas refraktori yang lebih rendah atau ketebalan yang lebih kecil, sedangkan refraktori dengan resistensi aus yang lebih besar dan umumnya dengan biaya yang lebih tinggi dicadangkan untuk segmen tungku yang akan ditanggung aus yang paling parat. Kondisi aus dan refraktori yang diusulkan di berbagai zona BOF untuk zonal lining ditunjukkan dalam Tabel 1 di bawah ini.

Dengan berbagai macam kualitas bata yang tersedia, ada berbagai macam biaya refraktori. Bata yang lebih mahal dapat berharga hingga enam kali dari bata dolomit ter/pekat konvensional. Dengan pengupgradean desain lining, lebih banyak refraktori dengan biaya yang lebih tinggi digunakan dalam lining BOF saat ini. Namun penggunaan refraktori biaya tinggi harus mempertimbangkan teknokonomi keseluruhan pabrik BOF.

Sebagai contoh, ketika biaya lining ditingkatkan sebesar 25 persen di pabrik BOF yang rata-rata 4000 heat, umur lining akan perlu meningkat menjadi 5000 heat untuk biaya refraktori dapat dipertahankan. Namun, di pabrik di mana ketersediaan tungku diperlukan untuk produktivitas, peningkatan yang lebih kecil dalam umur lining dan biaya refraktori yang lebih tinggi dapat dipertimbangkan jika ketersediaan tungku lebih besar selama periode kebutuhan produksi tinggi.

Saat desain lining diupgrade untuk mengoptimalkan performa dan biaya, efek variabel operasi terhadap aus lining penting untuk diketahui. Dengan informasi ini, kemungkinan mengontrol parameter yang mempengaruhi aus lining secara negatif dan trade-off ekonomi peningkatan biaya operasional untuk memperpanjang umur lining dapat lebih baik dievaluasi. Secara umum, praktik yang meningkatkan kontrol proses, seperti sub-lances, menguntungkan umur lining. Selain itu, umur lining dibantu oleh pengisian dolomitic lime untuk menyediakan escoria MgO, meminimalkan tingkat muatan fluorspar, mengontrol penambahan flux dan praktik tiupan untuk menghasilkan tingkat FeO rendah dalam escoria. Praktik ini perlu dioptimalkan untuk menghasilkan performa lining yang paling hemat biaya.

Bahkan ketika banyak kondisi operasi ditingkatkan, desain lining dioptimalkan untuk aus yang seimbang, dan teknologi bata terbaik digunakan, aus tidak terjadi secara merata, dan, umumnya, praktik pemeliharaan yang melibatkan gunning refraktori dan coating dengan escoria digunakan untuk memperpanjang umur lining.