Faktor Kunci untuk Memperpanjang Umur Laukan Tungku Oksigen Dasar

Faktor yang Mempengaruhi Umur Laukan Tungku Oksigen Dasar

Umur, keandalan, dan biaya laukan di tungku oksigen dasar sangat penting untuk operasi lancar bengkel peleburan baja yang menggunakan proses oksigen dasar untuk produksi baja. Umur laukan yang lebih tinggi menghasilkan ketersediaan tungku yang lebih baik yang pada gilirannya meningkatkan produktivitasnya.

Tiga faktor penting untuk mencapai umur laukan yang lebih tinggi pada tungku oksigen dasar (Fig 1) adalah (i) kualitas refraktori dan pola penempatannya di dalam tungku, (ii) praktik operasi yang diikuti, dan (iii) pemantauan aus laukan dan praktik untuk pemeliharaan laukan refraktori. Pengembangan materi refraktori yang ditingkatkan dalam kombinasi dengan kontrol proses yang lebih baik dan pemeliharaan yang lebih baik selama kampanye memungkinkan untuk meningkatkan umur laukan tungku oksigen dasar.

Fig 1 Faktor yang mempengaruhi umur laukan tungku oksigen dasar

Pada masa ini tanpa pengecualian, tungku oksigen dasar dilapisi dengan refraktori magnesia – karbon (MgO-C) karena properti unggulnya daripada jenis lain materi laukan konverter. Namun praktik laukan refraktori zona diikuti dengan menggunakan refraktori MgO-C dengan kualitas berbeda di berbagai area tungku.

Penyebab aus refraktori di tungku oksigen dasar adalah karena alasan kimia atau karena alasan fisik. Penyebab kimia untuk aus laukan konverter terutama karena materi gas (gas oksidasi, gas reduksi, dan uap air), materi cair (slang. logam panas, dan leleh baja cair), dan materi padat (fluks, dan desintegrasi karbon). Penyebab fisik untuk aus laukan konverter adalah suhu berlebihan (dissipasi buruk, dan hot spot), stres mekanis statis (spalling, dan ekspansi), dan stres mekanis dinamis (abrasi, impak, dan getaran). Mekanisme aus utama dari laukan refraktori tungku oksigen dasar dapat diringkas sebagai berikut.

• Suhu maksimum logam cair dan slang cair di dalam konverter
• Waktu tinggal materi suhu tinggi di dalam konverter
• Status oksidasi leleh (aus karena korosi)
• Kimia slang (aus karena korosi)
• Impak dan penetrasi aliran oksigen selama pembusuran oksigen
• Erosi refraktori karena slang dan logam selama pembusuran dan kemiringan konverter.
• Abrasi refraktori (karena generasi debu dan gas)
• Impak limbah dan logam panas selama pengisian konverter
• Siklus termal
• Kerusakan mekanis oleh peralatan pembersih

Korosi refraktori terjadi karena serangan kimia sementara erosi melibatkan baik serangan kimia (erosi) dan abrasi mekanis refraktori. Erosi sering muncul dari aliran turbulen yang dihasilkan di dalam konverter atau dari erosi mekanis (mis. pakan limbah ke konverter). Erosi yang ditingkatkan cenderung terjadi pada lapisan tungku di antarmuka logam/slang dan slang/atmosfer. Jenis erosi ini dikenal sebagai 'erosi garis slang'.

Kualitas Refraktori

Parameter penting yang menentukan kualitas refraktori MgO-C adalah sebagai berikut.

• Magnesia - Bahan baku utama untuk membuat batu bata MgO-C adalah mineral Periclase atau magnesia air laut sinter. Properti penting adalah kesuciannya, kelas sinter atau fused atau kombinasi, densitas, ukuran kristal, struktur butir, dan distribusi ukuran butir.
• Karbon – Properti yang relevan dari karbon adalah kesucian, distribusi ukuran butir (grafit flake), struktur butir (grafit flake), jumlah karbon hitam, dan jumlah gratif flake
• Agen pengikat – Parameter penting adalah jumlah dan jenis resin, karbon kaca, jumlah dan jenis pekat (karbon grafit), dan re-impregnasi.
• Penambahan logam – Penambahan logam (anti-oxidan) adalah aluminium, silikon, aluminium- magnesium dll. Ada kombinasi beberapa penambahan logam. Parameter penting adalah jumlah dan ukuran butir serta jenis penambahan logam.
• Properti fisik batu bata – Properti penting adalah densitas, porositas, kekuatan panas dan dingin
• Penguat – Penguatan dilakukan dengan serat. Jenis dan jumlah serat adalah faktor penting.

Jenis dan ukuran press pembuatan batu bata (baik gesekan atau hidrolik) mempengaruhi properti batu bata.

Kandungan MgO dari magnesia harus minimal 99 %. Mineral yang terbentuk di butir juga penting. Secara keseluruhan SiO2 harus se rendah mungkin (kurang dari 0,3 %). Kandungan boron (B) yang tinggi juga sangat krusial dan merusak kekuatan panas butir.

Densitas butir biasanya bervariasi dalam rentang dari 3,2 hingga di atas 3,5 g/cc. Densitas butir yang rendah berarti porositas tinggi yang membuat butir rentan terhadap penetrasi slang.

Ukuran kristal besar umumnya dianggap melebihi 140 mikron. Butir MgO fused dapat melebihi 1000 mikron. Kristal butir besar biasanya unggul dibandingkan ukuran kristal rendah karena pengurangan porositas interstisial yang mengurangi kemungkinan penetrasi slang ke batas butir dan dengan menurunkan kerentanan MgO terhadap reduksi oleh C yang ada di batu bata selama layanan suhu tinggi. Proses reduksi ini merusak baik C di batu bata dan MgO di butir menghasilkan uap logam magnesium dan gas CO.

Batu bata terikat karbon dengan sisa C yang terpecah halus yang tersisa setelah coking pengikat. Itulah yang memegang batu bata bersama. Grafit tidak basah pada slang pembuatan baja mencegah penetrasi slang ke dalam batu bata dan pelarutan subsequent dari butir magnesia. Grafit juga sangat konduktif termal memindahkan panas dari permukaan batu bata sehingga mengurangi kinetika reaksi agresif. Secara kimia semua grafit adalah karbon murni tetapi semua mengandung beberapa abu (mineral liar yang ditemukan di deposit grafit). Grafit tidak murni menambahkan kotoran seperti silika dan alumina ke dalam batu bata yang hanya menghasilkan efek negatif. Grafit flake biasanya digunakan karena memiliki resistensi oksidasi yang lebih tinggi daripada grafit amorf dan konduktivitas termal yang lebih tinggi. Secara umum jumlah grafit yang digunakan bervariasi dari 5 % hingga 25 %. Semua hal yang sama semakin tinggi konten grafit semakin tinggi resistensi slang dan konduktivitas termal batu bata.

Bubuk logam yang ditambahkan ke batu bata Mag-C bertindak sebagai pengedap oksigen menunda oksidasi grafit dan ikatan C. Bubuk meningkatkan kekuatan panas secara signifikan dengan membentuk ikatan kompleks karbida-oksida logam di batu bata.

Refraktori di berbagai zona tungku oksigen dasar tunduk pada kondisi yang berbeda sehingga tingkat ausnya bervariasi. Oleh karena itu, kualitas refraktori yang berbeda diperlukan di berbagai zona konverter untuk memiliki tingkat aus yang seragam. Jenis laukan ini dikenal sebagai laukan seimbang atau laukan zona. Dalam pola laukan zona segmen laukan tertentu dengan aus lebih rendah ditetapkan kualitas lebih rendah atau ketebalan refraktori yang lebih tipis. Secara serupa refraktori dengan resistensi aus lebih besar dan biasanya dengan biaya lebih tinggi ditetapkan ke segmen lapan konverter yang memiliki pola aus lebih tinggi untuk memiliki umur yang lebih lama dari area aus parah ini.

Praktik Operasi

Kontrol yang baik terhadap pengembangan slang, aliran oksigen dan praktik lancar, dan penggunaan pengadukan bawah dan penggunaan terbatas praktik reblow adalah fitur utama dari praktik operasi yang mempengaruhi umur lapan tungku oksigen dasar. Pengetahuan interaksi antara kimia proses, dinamika pembusuran, dan aus laupan konverter dapat mencapai pembuatan baja yang efisien serta umur laupan konverter yang lama.

Faktor terpenting yang memiliki efek maksimum pada tingkat aus refraktori tungku oksigen dasar adalah suhu kolam yang tinggi pada akhir pembusuran dan kandungan FeO yang tinggi dalam slang. Selain itu konverter menunggu untuk tapan selama waktu yang lama setelah akhir pembusuran memiliki pengaruh negatif besar pada laupan refraktori. Faktor lain yang memiliki pengaruh negatif pada laupan refraktori tungku oksigen dasar antara lain (i) kandungan silikon tinggi dari logam panas, (ii) kandungan mangan tinggi dari logam panas, (iii) frekuensi reblow yang tinggi, (iv) reaktivitas buruk dan kualitas rendah penambahan kapur, (v) penambahan kapur yang tidak memadai terutama dalam periode awal pembusuran, (vi) slang konverter yang tidak terpuaskan dengan MgO selama periode berbeda pembusuran karena penambahan rendah aditif MgO seperti dolomit kalcin atau magnesit kalcin, dan (vii) basicity slang yang rendah.

Penting juga faktor yang mempengaruhi umur laupan konverter adalah (i) kandungan titanium dari logam panas dan kandungan oksida titanium dari slang, (ii) durasi waktu di mana kolam konverter memiliki materi cair di dalamnya, (iii) jumlah penambahan biji besi yang tinggi, dan (iv) frekuensi pembersihan mulut konverter.

Faktor terpenting yang memiliki efek positif pada tingkat aus laupan tungku oksigen dasar antara lain (i) frekuensi slang splashing yang tinggi, (ii) frekuensi lapisan slang yang tinggi, (iii) penambahan yang tepat dolomit kalcin dan/atau magnesia kalcin, (iv) tindakan sering untuk perawatan bawah seperti pemasangan ulang batu bata, dan (v) tindakan perbaikan sering seperti gunning area yang aus dll.

Slang yang terpuaskan dengan kapur tidak hanya penting untuk pembuatan baja tetapi juga untuk mencegah aus berlebihan pada laupan konverter. Kapur yang ditambahkan sebelum dan selama pembusuran untuk memastikan slang sedikit terpuaskan kapur pada akhir proses pembusuran.

Jalur pengembangan slang untuk berbagai persentase silikon logam panas menunjukkan bahwa mulai dari slang awal yang mengandung FeO tinggi, kandungan SiO2 dan CaO dari slang naik, akibat peningkatan oksidasi silikon dan pelarutan kapur. Semakin tinggi kandungan silikon logam panas awal, semakin tinggi kandungan SiO2 awal dalam proses pembusuran. Pada akhir pembusuran slang perlu sedikit terpuaskan kapur untuk menghindari aus refraktori berlebihan. Untuk mencapai tujuan ini diperlukan laju penambahan kapur yang harus disesuaikan dengan kandungan silikon dalam logam panas dan dengan kandungan target slang FeO.

Karena tungku oksigen dasar memiliki laupan MgO-C, slang harus terpuaskan baik CaO dan MgO untuk meminimalkan aus laupan. Kelarutan MgO dalam slang tergantung pada basicity, suhu, dan kandungan FeO. Kelarutan MgO dalam slang tinggi ketika basicity dan level FeO slang rendah dan suhunya tinggi. Jadi kelarutan MgO meningkat dengan meningkatnya kandungan SiO2. Slang dengan basicity rendah, setara dengan kandungan FeO rendah dalam slang memiliki kelarutan MgO tertinggi, oleh karena itu lapan magnesit paling parah diserang awal dalam pembusuran ketika basicity slang masih rendah. Kelarutan MgO menurun dengan meningkatnya basicity dan FeO.

Di atas garis saturasi, semua MgO tidak dapat tetap cair, dan oleh karena itu dengan slang terpuaskan MgO, peningkatan lebih lanjut dalam basicity slang menyebabkan MgO terpendam dan meningkatkan viskositas slang, dengan hasilnya timbul endapan di dasar dan dinding konverter. Endapan ini memperpanjang umur laupan.

Umur laupan dipengaruhi oleh analisis slang selama pembusuran. Dalam sistem batas FeO-SiO2, ada senyawa fayalith (2FeO.SiO2) dengan titik leleh yang sangat rendah 1.205 derajat C. Semakin tinggi kandungan silikon logam panas semakin lama periode waktu yang diperlukan untuk melewati area slang yang mengandung fayalith. Area ini bersama dengan kelarutan MgO yang tinggi pada basicity rendah yang ada di bagian pembusuran ini, memiliki pengaruh yang sangat tidak menguntungkan pada umur laupan. Oleh karena itu, sangat penting bahwa kapur yang ditambahkan larut dengan cepat untuk meningkatkan basicity slang secepat mungkin.

Penggunaan kapur yang dibakar lunak dan ketinggian lancar yang cukup ke atas kolam logam pada awal pembusuran (yang meningkatkan oksidasi Fe dan oleh karena itu pelarutan kapur), menguntungkan untuk mencapai tujuan ini. Untuk memfasilitasi pelarutan kapur awal penambahan kapur harus selesai dalam tiga hingga empat menit setelah pembusuran dimulai.

Kapur bukan CaO murni. Mengandung kotoran seperti SiO2 dan Al2O3 yang harus diabaikan dalam perhitungan penambahan. Selain itu, efisiensi metalurginya dipengaruhi oleh ukuran partikel dan reaktivitas (atau tingkat pembakaran). Ukuran partikel normal adalah 8 mm hingga 40 mm (beberapa menyukai 10 mm hingga 50 mm), karena partikel di bawah 6 mm diekstrak dari konverter, bersama dengan gas buang; hingga 30 % dalam beberapa kasus. Jika ini terjadi slang yang dihasilkan dapat terpuasan kurang, menyebabkan aus laupan konverter tambahan.

Kapur dengan rentang ukuran partikel yang luas juga terpisah saat dimuat ke bunker penyimpanan sehingga materi kasar pergi ke sisi luar tumpukan berbentuk kerucut dengan materi butir halus yang tinggal di area dalam. Jadi, saat memuat kapur dari bunker, kualitas kapur umumnya bervariasi, dengan konsekuensi negatif untuk kimia baja, kontrol suhu, dan umur laupan konverter.

Reblowing untuk penyesuaian akhir suhu atau analisis sering diperlukan, tetapi dengan biaya peningkatan oksidasi besi dan sehingga aus refraktori yang lebih tinggi. Misalnya, reblow kurang dari satu menit meningkatkan suhu sebesar 20 derajat C, tetapi juga meningkatkan FeO slang sebesar 5 %. Meskipun secara teoretis kapur harus ditambahkan selama reblowing agar tetap berada pada garis saturasi (akibat peningkatan FeO), dalam sebagian besar kasus ini tidak dilakukan, dan terutama tidak dalam kasus ketika reblow diperlukan untuk meningkatkan suhu, karena kenaikan suhu oleh oksidasi Fe dikompensasi, secara besar, oleh konsumsi panas untuk pelarutan kapur. Meskipun slang terpuasan kurang dengan kandungan FeO yang cukup tinggi dan suhu dapat diterima untuk alasan metalurgi, mereka sangat merusak untuk umur laupan dan kerusakan semakin besar semakin lama baja cair disimpan di konverter antara akhir pembusuran dan tapan.

Faktor penting lainnya untuk mencapai konsistensi dan kontrolabilitas perilaku pembusuran, dan tingkat variasi rendah dari hasil setelah akhir pembusuran adalah gerakan kolam yang cukup selama pembusuran. Selama periode deskarburisasi utama ada gerakan kolam yang baik akibat pembentukan CO. Dengan penurunan kandungan C di bawah 0,30 % yang menghasilkan pembentukan gas CO yang berkurang, gerakan kolam berkurang secara signifikan. Selama periode pembusuran ini, tugas gerakan kolam harus dipenuhi dengan menurunkan lancar pembusuran oksigen. Meskipun efek pengadukan yang diinduksi oleh lancar jauh lebih sedikit daripada dengan pembentukan CO, ini memastikan bahwa pengadukan kolam tetap terjaga hingga akhir pembusuran. Ini adalah salah satu alasan mengapa pengadukan bawah dengan gas iners diperkenalkan. Meskipun jumlah gas yang dihembuskan melalui dasar konverter melalui stopper (biasanya dalam rentang 0,01 hingga 0,05 N cum/t/min) kecil dibandingkan dengan oksigen pembusuran atas, efek pengadukannya memiliki manfaat berganda dalam memastikan slang dan kolam berada dalam kesetimbangan yang lebih besar dan dalam menghasilkan level FeO yang lebih rendah dan lebih dapat dikontrol dalam slang turndown yang bermanfaat untuk umur laupan konverter.

Lump biji besi, yang ditambahkan untuk menyederhanakan kolam konverter, juga mempengaruhi umur laupan karena peningkatan kandungan FeO. Jumlah biji tambahan yang berlebihan harus dihindari karena jumlah oksigen tambahan yang diperkenalkan oleh biji mengarah pada perilaku pembusuran yang tidak terkontrol. Penambahan biji lebih disukai untuk diselesaikan selama periode deskarburisasi utama jika tidak mungkin tidak cukup karbon tersedia untuk mereduksi biji yang meleleh. Jika biji selalu dimuat ke sisi yang sama dari konverter melalui chute pengisian, slang kaya FeO yang terbentuk secara lokal di area pivots menyebabkan aus laupan lokal. Untuk alasan ini perlu untuk mengubah sisi penambahan biji ke konverter.

Pemantauan Aus Laukan dan Pemeliharaan Laupan

Pemantauan aus laupan dilakukan menggunakan pengukuran ketebalan laupan dengan teknologi laser. Teknik ini menggunakan pengukuran ketebalan laupan dengan bantuan sinar laser. Untuk tujuan ini tersedia mesin pengukuran laser khusus. Disarankan untuk mengukur ketebalan laupan sekali sehari untuk mengetahui profil laupan konverter selama operasinya. Ketika ketebalan laupan berkurang ke level tertentu maka implementasi teknik pemeliharaan laupan harus dimulai.

Beberapa praktik pemeliharaan laupan diterapkan untuk meningkatkan umur laupan di konverter. Ini adalah sebagai berikut.

• Lapisan slang – Lapisan slang pada dasarnya adalah teknik menggiring konverter untuk membuat laukan kerja dari slang. Ini adalah seni yang memerlukan perhatian yang cukup selama operasi konverter. Tindakan yang diperlukan untuk praktik lapisan slang berhasil adalah (i) memilih jenis slang yang tepat, (ii) kondisi slang setelah penambahan yang tepat dan benar, (iii) menggiring konverter dengan benar, (iv) membuang slang ketika diperlukan, dan (v) melapisi saat waktu yang tepat. Item-item ini harus direncanakan dengan baik dan dieksekusi dengan benar untuk lapisan slang yang tepat. Kunci keberhasilan lapisan slang adalah mengikuti aturan yang ditetapkan. Lapisan slang memakan waktu sekitar 1-2 menit.
• Splashing slang – Teknik splashing slang, perkembangan yang relatif baru, telah berkontribusi pada peningkatan besar dalam umur laupan konverter. Splashing slang seperti yang namanya menunjukkan, menggunakan slang sisa dari proses pembuatan baja, yang dikondisikan dan dikeringkan untuk meningkatkan refraktornya untuk menyediakan lapisan pada permukaan refraktori untuk bertindak sebagai laukan aus dalam pembusuran berikutnya. Slang cair viskosit ditiup oleh nitrogen bertekanan tinggi ke bagian atas konverter (cone) di mana menempel pada laupan kerja konverter. Teknik splashing slang memerlukan beberapa menit waktu konverter setelah tapan heat sebelumnya dan sebelum memulai heat berikutnya. Teknik splashing slang telah dikembangkan untuk melawan erosi dan menghasilkan laukan beku di konverter. Slang yang disemprot bertindak sebagai laukan kerja selama heat berikutnya. Ini telah menjadi alat yang kuat untuk meningkatkan umur laupan konverter. Ini melibatkan penggunaan lancar oksigen untuk meniup nitrogen pada slang sisa. Dua praktik splashing slang dikenal yaitu i) dengan konverter kosong dari baja dan semua slang di dalam konverter ii) dengan kolam baja cair dan slang di dalam konverter. Metode kedua terutama digunakan untuk melapis pivots dan bagian atas konverter. Praktik peniupan berbeda dalam dua teknik. Splashing slang memerlukan 2-3 menit dan dilakukan dengan konverter dalam kondisi vertikal. Aliran nitrogen dikontrol berdasarkan ketinggian lancar dan biasanya diotomatisasi.
• Gunning – Teknik ini membantu untuk mencapai umur yang diperpanjang pada laupan. Ini terdiri dari materi gunning refraktori berbasis MgO biasanya monolitik di area yang mengalami aus parah seperti pivots, area impak limbah dan garis slang. Gunning biasanya dilakukan hanya pada area selektif dan setelah tapan baja dan slang. Senjata jenis shooter digunakan untuk proses gunning untuk menghadapi lingkungan proses yang antagon. Bahan gunning biasanya berbasis air. Banyak penelitian telah dilakukan pada bahan gunning dan kualitasnya terus ditingkatkan. Karena bahan gunning memiliki biaya. Jumlah gunning harus diseimbangkan dengan biaya spesifik refraktori selama pembuatan baja.
• Pemasangan ulang batu bata – Teknik ini biasanya digunakan untuk membangun dasar yang erosi. Setelah tapan baja dan tapan slang selesai, beberapa slang disimpan di konverter. Batu bata refraktori konverter bekas yang kasar atau pecah ditambahkan ke slang cair. Waktu tambahan total 30 hingga 60 menit diperlukan untuk mencapai pengkristalan slang. Refraktori bekas harus kasar untuk dapat memperkuat slang cair.