기본 산소로의 내화 라이닝

기본 산소로의 내화 라이닝

기본 산소로(BOF)에서 내화물 라이닝의 목적은 생산 요구 사항을 충족하고 가능한 한 낮은 특정 내화물 소비를 보장하기 위해 전로 작동 중에 최대로 가용성을 제공하는 것입니다. 이를 달성하기 위해서는 (i) 라이닝의 설계를 최적화하고, (ii) 라이닝 유지 관리 방식을 최적화하고, (iii) 컨버터 작동 중에 우수한 기술 규율을 유지하는 것이 필수적입니다. 전형적인 내화 라이닝은 그림 1의 변환기 단면에 나와 있습니다.

그림 1 BOF의 내화 라이닝의 일반적인 배열

안감 디자인

BOF 내화 라이닝의 마모는 마모 메커니즘에 영향을 미치는 여러 작용제의 개별적 또는 복합적 영향 때문입니다. 이러한 작용제는 (i) 전로에서 슬래그와 금속의 체류 시간을 결정하는 열 지속 시간, (ii) 화학적 성질로 인한 슬래그의 화학적 공격으로 인한 부식, (iii) 액강 및 슬래그의 온도, (iv) 용융물의 산화 상태로 인한 부식, (v) 산소(O2) 분사 중 및 BOF 기울일 때 슬래그 및 금속으로 인한 침식, (vi) 먼지 및 가스의 충격 및 마모, (vii) 충전 중 스크랩 및 금속의 영향, (viii) O2 제트의 충격 및 침투, (ix) 가열 중 열 순환, (x) 변환기의 디스컬링 중 기계적 손상. 이러한 에이전트의 다양한 작용으로 인해 컨버터에는 많은 마모 영역이 있습니다.

컨버터의 작동과 라이닝 구성은 컨버터의 라이닝 수명에 큰 영향을 미칩니다. 액강의 태핑 온도는 특정 등급의 강을 주조하는 데 필요한 과열도와 특정 공장에서 사용할 수 있는 2차 제강 시설에 따라 크게 달라집니다. 전로에서 용융물의 산화 상태는 BOF 라이닝 마모 측면에서 매우 중요하며 고온에 의해 악화됩니다. 슬래그 화학은 여러 면에서 중요합니다. Magnesia-carbon(Mag-C) 벽돌은 기본 슬래그가 필요한 기본 내화물입니다. 형성된 기본 슬래그는 또한 벽돌에서 포화 수준까지 마그네시아(MgO)를 용해하려고 시도합니다. 전형적인 MgO 포화는 온도와 산화상태에 따라 다시 약 8%에서 일어나므로 MgO를 첨가하지 않으면 보통 소성돌로마이트 형태로 슬래그가 라이닝을 우선적으로 용해시켜 라이닝 마모를 증가시킨다. 슬래그 화학은 염기도 및 MgO 함량이 높은 수준의 FeO에 의해 희석되고 온도가 반응 속도를 증가시키기 때문에 산화 상태 및 온도와 다시 관련됩니다. 침식 및 마모 효과는 제강 중 채택된 관행과 많은 관련이 있습니다.

이론적으로 전로의 내화 라이닝은 전로 캠페인이 끝날 때 재료가 낭비되지 않도록 내화 유형 및 다양한 두께로 설계되어야 합니다. 이것은 컨버터 라이닝의 모든 영역(그림 2)이 동시에 정지 두께까지 마모된다는 것을 의미합니다. 그러나 실제로 이것은 발생하지 않으며 일부 구역의 내화물은 다른 구역의 내화물보다 빨리 마모됩니다. 균형 잡힌 라이닝 디자인은 항상 최적의 내화 비용으로 라이닝 수명을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 균형 잡힌 라이닝은 전로 내 내화물의 마모 패턴을 주의 깊게 연구한 후 전로의 다른 구역에서 서로 다른 품질과 두께의 내화물이 사용되는 라이닝입니다. 이러한 유형의 라이닝은 또한 내화물이 더 적은 마모를 갖는 라이닝의 주어진 세그먼트에 더 낮은 품질 또는 더 작은 두께의 내화물이 할당되도록 이러한 유형의 라이닝에서 구역화되기 때문에 구역 라이닝이라고도 합니다. 유사하게 내마모성이 더 크고 일반적으로 비용이 더 많이 드는 내화물은 이러한 심각한 마모 영역의 수명을 연장하기 위해 더 높은 마모 패턴을 갖는 변환기 라이닝의 세그먼트에 할당됩니다.

그림 2 변환기의 다른 영역

변환기 라이닝에 일반적으로 사용되는 내화물 품질은 타르 결합 백운석, 피치 결합 백운석 및 피치 결합 마그네시아에서 수지 결합, 금속, 흑연 및 99% 순도의 소결 및/또는 융합 MgO로 만들어진 고급 내화물에 이르기까지 다양합니다. 내화물은 전로에서 열이 발생하는 동안 고온과 급변하는 환경 조건에 견딜 수 있는 특성을 조합하여 만들어집니다. 전로내화물은 고온강도, 내산화성, 내슬래그성 등의 물성의 균형이 기대됩니다. 현재 Mag-C 내화물은 전로 라이닝에 가장 많이 사용되는 내화물입니다.

Mag-C 내화물

전로의 개선된 라이닝 수명을 갖기 위해 품질을 개선하기 위한 Mag-C 내화물과 관련된 다양한 변수는 (i) 화학, 결정 크기 및 밀도와 같이 사용되는 마그네시아 입자의 유형, (ii) 결합 유형 및 벽돌 프레스의 크기(마찰/수압), (iii) 피치, 수지, 양 및 재함침과 같은 접합제, (iv) 순도, 사이징, 양과 같은 사용 흑연의 종류, (v) 산화 방지제 유형, 수량 및 크기와 같은 (vi) 밀도, 다공성 및 강도(뜨거운 것과 차가운 것)와 같은 벽돌 물리적 특성. 프레스의 유형과 크기는 마찰이든 유압이든 벽돌 속성에 영향을 미칩니다.

마그네슘 곡물 – Mag-C 벽돌의 가장 큰 성분은 MgO 입자이기 때문에 입자의 조성과 물성은 벽돌의 특성에 중요한 역할을 합니다. 사용할 수 있는 MgO 입자에는 여러 유형이 있습니다. 기본 슬래그, 침식, 마모 및 온도 등을 견디기 위해서는 더 높은 품질의 MgO 입자가 필요합니다. 입자 밀도, 크기 및 화학적 성질은 매우 중요합니다. 화학적인 측면에서 보면 곡물의 석회(CaO)/실리카(SiO2) 비율이 중요하다. CaO/SiO2 비율은 0이거나 2:1을 초과하여 높은 융점 상인 규산칼슘이 형성되도록 합니다. 일부 MgO 입자는 CaO/SiO2 비율이 6:1만큼 높지만 이러한 입자는 수화에 더 취약해집니다. 낮은 CaO/SiO2 비율은 낮은 융점 상을 초래하고 고온 강도의 손실은 치명적일 수 있습니다. 곡물에 형성되는 2차 광물의 양도 중요하므로 SiO2 함량은 가능한 한 낮아야 합니다(0.3% 미만). 높은 함량의 붕소(B)도 곡물의 고온 강도를 파괴하기 때문에 매우 중요합니다.

입자 밀도 – 입자 밀도는 입방 센티미터당 3.2g(g/cc)에서 3.5g/cc 이상까지 다양할 수 있습니다. 입자 밀도가 낮다는 것은 다공성이 높아 입자가 슬래그 침투에 취약하다는 것을 의미합니다.

크리스탈 크기 - 큰 결정립은 일반적으로 틈새 다공성의 감소로 인해 낮은 결정 크기의 결정립보다 성능이 우수하여 슬래그가 결정립계로 침투할 가능성을 줄이고 MgO가 벽돌에 존재하는 C에 의한 환원에 대한 감수성을 낮춥니다. 고온 서비스. 환원 과정은 벽돌의 C와 곡물의 MgO를 모두 파괴하여 마그네슘(Mg) 금속 증기와 CO 가스를 생성합니다. 결정 크기는 일반적으로 140미크론보다 클 때 큰 것으로 간주됩니다. 융합된 MgO 입자 크기는 1000미크론을 초과할 수 있습니다. 그러나 융합된 입자 재료는 화학적 성질과 결정 크기가 다를 수 있습니다.

결합제 – Mag-C 벽돌은 Binder의 코크스 후에 미분 C의 잔류물이 남아 있는 C 결합 벽돌입니다. 이 잔류물은 벽돌을 함께 고정시킵니다.

사용된 흑연의 유형 – 흑연은 제강 슬래그에 젖지 않으므로 슬래그가 벽돌로 침투하여 MgO 입자가 용해되는 것을 방지합니다. 흑연은 또한 열전도율이 매우 높아 벽돌 표면에서 열을 전달하여 공격적인 반응의 속도를 줄입니다. 화학적으로 모든 흑연은 순수한 C이지만 모두 약간의 회분(흑연 퇴적물에서 발견되는 점토 광물)을 포함합니다. 불순한 흑연은 SiO2 및 Al2O3(알루미나)와 같은 플럭스를 벽돌에 추가하여 부정적인 효과만 발생시킵니다. 플레이크 흑연은 비정질 흑연보다 내산화성이 높고 열전도율이 높아 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 흑연의 양은 5%에서 25%까지 다양할 수 있으며 다른 모든 것이 동일할 때 흑연 함량이 높을수록 벽돌의 슬래그 저항과 열전도도가 높아집니다.

항산화 – Mag-C 벽돌에 금속 분말이 첨가되는 이유는 흑연 및 C-결합의 산화를 지연시키는 O2 제거제 역할을 하기 때문입니다. 분말은 벽돌에 복합 금속-탄화물-산화물 결합을 형성하여 열간 강도를 현저하게 향상시킵니다.

BOF 라이닝의 디자인은 원하는 수명과 가용성을 달성하는 라이닝을 생성하려는 의도와 BOF의 다른 영역에서 다른 마모 메커니즘의 마모를 균등화하려는 시도에 따라 공장마다 다릅니다. 변환기의 일반적인 영역 라이닝은 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 변환기의 일반적인 영역 라이닝

안감 관리 방법

전로의 내화 라이닝 ​​수명을 향상시키기 위해 여러 라이닝 유지 관리 방법이 사용됩니다. 아래에 나와 있습니다.

레이저 빔에 의한 내화 마모 측정 – Laser Beam을 이용하여 lining 두께를 측정하는데 사용하는 기법이다(Fig. 4). 현재 널리 사용되는 방법입니다. 이 기술에서 레이저 빔은 변환기의 보정된 지점에서 반사되어 마모된 안감의 지점과 비교됩니다. 그런 다음 컴퓨터 분석을 사용하여 나머지 라이닝 두께를 표시합니다. 이 정보는 또한 다양한 내화물의 마모율을 비교하고 쉘 손상을 방지하는 데 유용합니다. 이 기술의 유용성은 총을 발사하여 필요한 용광로 유지 관리를 결정하고 제어하는 ​​데 있습니다. 레이저빔을 이용하여 실제 사격정비가 필요한 부위를 파악하여 필요한 사격정비를 수행할 수 있습니다. 필요한 총포 재료의 양도 조절할 수 있습니다.

그림 4 레이저 빔에 의한 내화 마모 측정

마그네슘 수치 – 슬래그의 MgO 수준은 라이닝 수명을 향상시키는 데 매우 중요한 요소입니다. 목적은 작동 온도에서 슬래그의 포화 수준보다 더 많은 MgO를 충전하는 것입니다. 슬래그 내 MgO가 높을수록 슬래그 코팅 중 슬래그의 코팅 특성과 슬래그 비산 동안 슬래그의 점착 특성이 향상됩니다. MgO 소스는 일반적으로 저렴한 마그네시아 소스입니다. 이를 위해 사용된 기본 안감 재료도 사용할 수 있습니다. 슬래그의 MgO 수준은 태핑 온도를 기준으로 합니다.

슬래그 코팅 – 기본적으로 슬래그의 작동 라이닝을 생성하기 위해 전로를 흔드는 기술입니다. 컨버터 동작 시 상당한 주의가 필요한 기술이다. 슬래그 코팅 관행이 성공하기 위한 요구 사항은 (i) 올바른 유형의 슬래그 선택, (ii) 적절하고 적절한 양의 첨가로 슬래그 조절, (iii) 전로의 정확한 흔들림, (iv) 슬래그 폐기입니다. 필요할 때 (v) 가장 좋은 때 코팅. 이러한 항목은 슬래그의 적절한 코팅을 위해 잘 계획되고 올바르게 실행되어야 합니다.

슬래그 비산 – 슬래그 스플래싱 기술은 전로 라이닝 수명의 주요 향상에 기여합니다. 슬래그 튀김은 이름에서 알 수 있듯이 제강 공정의 잔류 슬래그를 활용하여 내화 표면에 코팅을 제공하여 후속 열에서 마모 라이닝 역할을 합니다. 액체 점성 슬래그는 고압 질소(N2)에 의해 전로 작동 라이닝에 달라붙는 전로의 다른 부분으로 불어넣어집니다. 슬래그 스플래싱 기술은 이전 열을 두드린 후 다음 열이 시작되기 전에 몇 분의 변환기 시간이 필요합니다. 슬래그 스플래싱 기술은 침식을 방지하고 전로에서 동결 라이닝을 생성하기 위해 개발되었습니다. 튀긴 슬래그는 후속 열 동안 작동 라이닝 역할을 합니다. 컨버터의 라이닝 수명을 늘리는 강력한 도구가 되었습니다. 잔류 슬래그에 N2를 불어내기 위해 O2 랜스를 사용해야 합니다. 슬래그 비산은 2분~3분 정도 소요되며, 전로를 수직으로 하여 행한다. N2 유량은 랜스 높이에 따라 제어되며 일반적으로 자동화됩니다.

사격 – 이 기술은 라이닝의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 이는 일반적으로 트러니언 및 슬래그 라인과 같이 심각한 마모가 발생하는 영역의 단일체 내화 재료로 구성됩니다. 총격은 일반적으로 선택 영역에서만 수행됩니다. 사수 유형의 총은 총포 과정에서 적대적인 환경에 직면하는 데 사용됩니다. 총포 재료는 일반적으로 수성입니다. 총포 재료에 대한 많은 연구가 이루어졌으며 그 품질은 지속적으로 향상되고 있습니다. 포질 재료에는 비용이 있기 때문에 제강 중 내화물의 특정 비용과 포격량의 균형을 맞춰야 합니다.

컨버터 및 라이닝 재료의 라이닝

컨버터 라이닝에는 일반적으로 두 겹의 내화 벽돌이 사용됩니다. 이는 일반적으로 두께가 150mm에서 225mm 사이인 쉘을 보호하기 위한 더 얇은 안전 라이닝과 일반적으로 두께가 450mm에서 750mm 사이인 두꺼운 작업 라이닝으로 구성됩니다. 안전 라이닝의 대부분은 일반적으로 다수의 작업 라이닝 캠페인을 지속합니다. 안전 라이닝은 강철 리테이너 링과 모르타르로 제자리에 고정됩니다. 컨버터의 라이닝은 간단하며 다음과 같은 단계로 구성됩니다.

• 전로의 라이닝은 캠페인이 끝난 후 냉각되고 남은 작업 라이닝은 일반적으로 벽돌 제거기를 사용하여 기계적 수단으로 제거됩니다. 제거된 내화물은 변환기를 거꾸로 회전하여 떨어뜨릴 수 있습니다.
• 안전 라이닝의 파손 부분 보수를 실시하고 모르타르 없이 작업 라이닝을 설치합니다.
• 원칙적으로 작업 라이닝은 벽돌 테이퍼(콜드 면보다 핫 면이 작음)에 의해 제자리에 고정되는 고리형 키 구조에서 최소 벽돌 절단으로 설치됩니다.

변환기의 다양한 영역에서의 마모 조건과 사용을 권장하는 내화물 유형은 다음과 같습니다.

하단 – 이 지역의 내화물 침식은 용융 금속, 슬래그 및 가스에 의한 것입니다. 열-기계적 응력은 가스에 의해 냉각된 송풍구와 바닥 라이닝 사이의 열 구배의 결과로 취입 전로가 결합된 경우 발생합니다. Mag-C 라이닝은 컨버터 바닥 부분에서 향상된 성능을 제공하지 않습니다. 무더위 속 깊이 부는 경우 바닥의 마모가 빨라집니다. 캠페인 기간 동안의 바닥 수리는 일반적으로 백운석이 풍부한 점성 슬래그로 바닥을 만들거나 액체 슬래그와 부서진 기본 벽돌의 혼합물로 바닥을 패치하여 수행됩니다. 전로에서 결합된 블로잉 작업은 바닥에 높은 응력을 일으키고 이러한 이유로 수정제 및 피치 함침이 있는 소성 MgO 내화 블록이 일반적으로 이 영역에서 사용됩니다.

하부 송풍구 및 그 주변 – 송풍구를 통한 바닥 송풍 및 수조 교반은 주변 지역의 내화 재료의 국부적 마모에 기여합니다. 마모는 내화물의 침식을 일으키는 용강의 난류와 차가운 가스의 흐름으로 인한 열 응력으로 인한 것입니다. 고밀도 및 낮은 다공성 피치 결합 및 융합 MgO 기반의 함침 Mag-C 내화 블록이 이 응용 분야에 선호됩니다.

충전 패드 – 컨버터의 충전 패드는 일반적으로 탭 구멍 바로 맞은편에 있습니다. 충전 패드는 떨어지는 스크랩에 의해 충격 하중을 받으며 때로는 블룸 엔드와 같은 무거운 성질을 갖습니다. 용강은 또한 차지 패드의 침식을 유발합니다. 또한 기울어진 용기의 이 쪽에서 샘플링 프로브와 온도 프로브가 도입되어 고온에서 슬래그가 발생하여 차지 패드 영역을 세척하게 됩니다. 충전 패드에 대한 초기 내화 솔루션은 피치 함침 소성 MgO 벽돌로 발견되었습니다. Mag-C 재료의 사용으로 인해 Converter 수명이 증가함에 따라 Charge Pad가 주요 마모 영역이 되었으며, 우수한 성능을 얻기 위해 금속을 첨가한 Resin Bonded Mag-C를 사용하고 있습니다. 이 재료는 충격에 대한 우수한 내성을 제공하고 강도와 결합된 탄력성을 제공하며 흑연의 존재로 인해 슬래그 침투에 대한 내성을 제공합니다.

태핑 영역 – 탭핑 영역은 고온에서 용강에 의해 침식되고 액상 슬래그에 의해 부식되기 쉽습니다. 태핑 영역의 내화물 개발은 차지 패드 영역의 개발 라인에 있습니다. 이전 재료는 금속이 첨가된 피치 본딩 및 함침 Mag-C로 대체되고 있습니다. 태핑 영역에서 지배적인 마모 공정은 고온 슬래그 공격을 포함하기 때문에 큰 결정 크기의 MgO로 제조된 내화 블록이 빠르게 표준이 되고 있습니다. 피치 결합 및 함침 내화물은 내화물 블록 다공성에서 C의 작용에 의한 침투 슬래그 산화물의 감소로 인해 탭핑 영역에서 우수한 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌습니다.

슬래그 구역 교차 – 하부 태핑 영역과 정적 수조의 상부 레벨 사이의 교차점에 위치한 변환기 라이닝의 이 영역은 슬래그 공격, 고온 및 침식과 같은 여러 공격 모드를 받기 때문에 매우 복잡합니다. 이러한 모든 공격은 변환기를 탭하는 동안 발생합니다. 이 영역의 라이닝에는 내산화성과 함께 고온 슬래그 공격에 대한 내성이 있는 내화 재료가 필요합니다. 큰 결정 크기의 MgO, 고순도 플레이크 흑연 및 금속 첨가를 포함하는 피치 결합, 함침 Mag-C는 좋은 결과를 제공했습니다. 고순도 흑연 플레이크의 사용은 흑연 플레이크에 본질적으로 존재하는 불순물 산화물에 의한 '자체 산화'를 제한하기 때문에 특히 유용합니다.

트러니언 존 – 전로의 트러니언 존은 회전축에 위치하여 슬래그 세척이 불가능하여 유지보수가 가장 어렵다. 내화 재료의 마모는 주로 C 결합의 산화에 의한 작업면의 손실에 의해 발생합니다. 변환기의 이 영역을 분사하는 것이 이 영역을 유지하는 유일한 실용적인 방법이며 내산화성이 높은 내화 블록이 선호됩니다.

메인 배럴 – 컨버터의 메인 배럴은 (i) 너클 및 (ii) 상부 측벽의 두 영역으로 편리하게 나눌 수 있습니다.

설계 변경이 성능 향상에 효과적인 경우가 많지만 컨버터의 너클 영역은 종종 주요 마모 영역입니다. 너클 영역은 특히 컨버터가 날아가지 않을 때 주로 심각한 슬래그 공격을 받습니다. 슬래그 부식 및 침식에 대한 저항성이 매우 우수한 내화 재료가 필요합니다.

컨버터의 상부 측벽은 슬래그 공격을 받을 뿐만 아니라 극단적인 온도 순환에도 영향을 받습니다. 슬래그 저항성이 좋은 재료가 이 분야에 사용됩니다. 그러나 이 지역의 내화 라이닝은 또한 슬래그 코팅을 취하고 유지할 수 있어야 합니다.

샘플링 슬래그 라인 – 전하 패드의 양쪽에 분포된 원뿔 영역은 온도 측정 및 샘플 프로브 딥을 위해 용기를 기울일 때 슬래그에 의한 A 우선 공격을 받습니다. Pitch bonded impregnated Mag-C는 변환기의 이 영역에서 좋은 성능을 제공합니다.

원뿔 – 콘 영역은 갇힌 입자를 운반하는 고속 가스에 의해 고온 침식을 받습니다. 산화성 분위기가 있습니다. Resin bonded Mag-C 재료는 콘 영역에서 우수한 성능을 제공합니다.

상단 원뿔 – 상부 원뿔, 위쪽 6~10개의 링에서 두개골 제거 중 내화 재료의 손실로 마모 메커니즘이 수정됩니다. 상부 원뿔의 내화 벽돌 손상은 기계적 데스컬링 동안 벽돌 끝의 손실 또는 전체 벽돌의 이탈에 의해 점진적으로 발생합니다.
강도 및 내산화성과 결합된 높은 탄력성을 가진 내화 재료는 변환기의 이 영역에 대한 전제 조건입니다. . 산화 중에 팽창하고 벽돌 고리를 조이는 공동 성형 금속판과 함께 제공되는 피치 결합 함침 MgO는 이 분야에서 가장 성공적인 내화 재료입니다.