염기성 산소로에서 라이닝 부식 방지에서 MgO의 역할

염기성 산소 용광로의 라이닝 부식 방지에서 MgO의 역할

기본 산소로(BOF)에서 내화 라이닝의 목적은 생산 요구 사항을 충족하고 가능한 한 낮은 특정 내화물 소비를 보장하기 위해 BOF 작동 중에 최대로 가용성을 제공하는 것입니다. BOF 라이닝 수명의 증가는 가용성을 향상시키고 따라서 BOF 생산성에 긍정적인 영향을 미치고 특정 내화물 소비를 감소시킵니다.

BOF에서 제강을 위한 현재 관행에서 금속이 첨가된 마그네시아-탄소(MgO-C) 수지 결합 벽돌이 BOF 라이닝에 사용됩니다. 이 벽돌은 용융 및 소결된 고순도 MgO, 탄소 함량이 5% ~ 15% 범위인 고순도 흑연의 혼합물을 사용하여 만들어집니다. BOF의 구역 라이닝은 일반적으로 원하는 비용 효율적인 라이닝을 얻기 위해 다양한 등급의 벽돌로 수행됩니다. 제강 슬래그는 MgO로 포화되는 것을 목표로 합니다. 슬래그 튀기는 더 높은 라이닝 수명을 얻기 위해 현재 사용되는 일반적인 방법입니다. 라이닝 두께를 360도 측정하기 위해 레이저를 사용하기도 합니다. 라이닝 두께/프로파일 유지 관리는 MgO 기반 건나이팅 믹스로 정기적으로 수행됩니다. 그 역할을 만족스럽게 수행하기 위해서는 슬래그 조성이 BOF에 사용되는 내화물과 호환되어야 합니다.

BOF의 온도는 철강을 생산하는 과정에서 발생하는 발열 반응으로 인해 상승합니다. 액강의 태핑 온도는 일반적으로 1660℃ 이상으로 유지됩니다. 이 온도에서 제강 슬래그는 MgO로 불포화되면 제강 과정에서 BOF 라이닝 재료에서 MgO를 취하고 포화시키려고 합니다. 이 과정에서 라이닝에서 MgO가 고갈되어 라이닝이 더 빨리 마모됩니다. MgO계 내화 라이닝의 화학적 마모를 최소화하기 위해서는 제강 과정에서 BOF에 MgO가 풍부한 재료를 첨가하여 제강 슬래그를 MgO로 포화 또는 과포화시키는 것이 필요합니다. 좋은 비율의 MgO를 포함하는 가장 일반적인 재료는 소성된 백운석과 소성된 마그네사이트입니다. BOF에 장입되는 MgO함유 물질은 반응성이 높아야 하고 사소하지 않아야 슬래그에 빨리 용해된다.

안감 수명은 식물마다 서로 다른 상호 작용 매개변수가 있기 때문에 식물마다 다릅니다. 이러한 상호 작용 매개변수는 (i) 제강 공정, (ii) 내화물의 특성 및 (iii) 그림 1과 같이 내화물 유지 관리 방식과 관련이 있습니다.

그림 1 BOF 라이닝 수명에 영향을 미치는 상호 작용 매개변수

라이닝 수명에 대한 다양한 매개변수의 영향은 탭 1에 나와 있습니다.

BOF의 라이닝 수명에 영향을 미치는 다양한 매개변수 간의 관계는 그림 2와 같습니다.

그림 2 BOF 라이닝 수명에 영향을 미치는 매개변수 간의 관계

BOF 내화물의 주요 마모 메커니즘은 제강 공정 중 충격, 부식, 열 기계적 응력 및 침식입니다. 모든 매개변수가 중요하지만 슬래그 내 내화물의 용해로 인한 부식은 라이닝 수명에 큰 영향을 미칩니다. BOF에서 철강을 제조할 때 다양한 산화물이 생성되며 소석회와 함께 용융되어 철강 슬래그를 생성합니다. 이 제강 슬래그는 본질적으로 부식성이고 전로 라이닝의 표면과 지속적으로 접촉합니다. 슬래그가 라이닝 재료와 호환되지 않고 조건이 유리할 때 슬래그가 라이닝에 닿는 라이닝 표면에서 라이닝의 용해가 발생합니다.

슬래그 화학은 여러 면에서 중요합니다. MgO-C 벽돌은 기본 내화물이며 기본 슬래그가 필요하며 이는 인 제거에도 필요합니다. 슬래그에 필요한 염기도 비율(CaO/SiO2)은 용선의 인 함량과 제조할 강종에 따라 다릅니다. 일반적으로 3~3.5의 범위에서 유지됩니다.

슬래그의 물리화학적 특성은 제강 공정의 생산성에 큰 영향을 미칩니다. 물리적 및 화학적 활성 슬래그의 빠른 형성은 용융물에서 황과 인의 제거를 용이하게 합니다. 슬래그에서 금속 손실 및 금속 규칙성 형성을 줄입니다. 또한 내화 라이닝의 마모를 줄입니다. 점성 슬래그는 물리적으로 활성이 낮고 정제 능력이 낮아 슬래그와 금속의 반응 과정이 느려집니다. 이러한 점성 슬래그는 레귤러스 형성 및 발생하는 슬래그의 비산으로 인한 금속 손실의 증가를 초래합니다. 종종 랜스가 막히고 용기 목에 두개골이 형성됩니다.

슬래그의 매우 높은 슬래그 유동성도 BOF 라이닝의 내화 마모 증가로 인해 그다지 바람직하지 않습니다. 따라서 BOF에서 제강 과정에서 3~3.5 범위의 염기도 비율을 갖는 충분히 유동성이 있고 물리적, 화학적으로 활성인 균일한 슬래그를 취입 종료 시 얻는 것이 필요합니다.

알려진 바와 같이 BOF 슬래그의 화학적 조성과 라이닝 파괴 강도는 BOF 제강 공정의 여러 단계에서 다양합니다. 1 ~ 1.5 범위의 염기도 비율과 높은 산화 상태(최대 30% FeO)를 갖는 슬래그가 형성되는 동안 라이닝의 가장 높은 파괴율이 관찰됩니다. 따라서 취입 초기에 원하는 온도 조건에서 포화에 가까운 최대 농도의 MgO를 갖는 슬래그를 형성하는 것이 필요하다.

슬래그의 MgO 함량을 높이려면 MgO를 포함하는 플럭스를 사용하는 것이 필수적입니다. 슬래그 형성 재료의 소모량은 원료(열선 및 스크랩) 구성 및 원하는 슬래그에 따라 계산에 의해 결정됩니다. 용융 과정에서 슬래그 시료의 조성은 계산된 값과 다를 수 있으며, 슬래그 시료에는 용해되지 않은 석회 조각이 존재할 수 있습니다. 또한 용융 작업이 종료되어 원하는 조성의 슬래그가 형성되지 않고 유해한 불순물이 완전히 제거되지 않는 경우가 발생할 수 있습니다.

MgO를 사용한 슬래그 포화 역학 및 MgO 플럭스가 추가된 내화 재료 MgO-C와 슬래그의 상호 작용 과정에 대한 시뮬레이션 연구는 슬래그의 MgO 퍼센트 증가. 이 감소 범위는 2~2.25배입니다.

형성된 기본 슬래그는 또한 벽돌에서 포화 수준까지 MgO 용해를 시도합니다. 일반적으로 MgO 포화는 BOF 내에 존재하는 산화 상태와 온도에 따라 달라지는 슬래그에서 약 8% MgO 수준에서 발생합니다. 따라서 일반적으로 소성 백운석 또는 소성 마그네사이트 형태로 수행되는 MgO를 첨가하면 라이닝에서 MgO를 용해시키는 슬래그가 우선적으로 크게 감소하고 모든 조건이 충족되면 용해조차 전혀 일어나지 않는다. BOF 내에서 유리합니다. 이로써 BOF의 라이닝 마모가 감소합니다. 염기성 및 MgO 슬래그 함량이 높은 수준의 FeO에 의해 희석되고 온도가 반응 속도를 증가시키기 때문에 슬래그 화학은 산화 상태 및 온도와 다시 관련됩니다.

수행된 산업 연구 중 하나는 내화물의 MgO 함량에 따라 슬래그 내 염기성 내화물의 용해도를 추정할 수 있게 합니다. 본 연구에서는 슬래그의 물질수지를 계산하여 라이닝에서 슬래그로 이동하는 MgO의 비율을 알아냈다. 연구는 MgO에 의한 슬래그의 포화도가 증가함에 따라 슬래그의 라이닝에서 MgO 용해가 감소하는 분명한 경향을 보여주었습니다.

MgO의 용해 속도 조사에 대한 또 다른 연구에서 MgO를 포함하는 다양한 산화물이 용융물에 추가되었으며 MgO 함량의 변화가 정의되었습니다. MgO와 FeO의 고체 형성은 FeO – CaO – SiO2 슬래그와 소결된 MgO의 계면에서 발생하는 것으로 밝혀졌습니다.

충전되는 MgO 함유 물질의 양은 태핑 온도에 따라 다릅니다. 온도가 높을수록 슬래그를 포화시키기 위해 더 높은 MgO 퍼센트가 필요합니다. 1660 deg C ~ 1680 deg C 태핑 온도에서 제강 슬래그의 MgO를 10% 이상으로 유지하는 것이 좋습니다.

전로에 소성 백운석을 첨가하면 제강 중 소석회 소비를 감소시키기 때문에 다른 이점도 있습니다. 추가로 슬래그의 10% ~ 12% MgO는 슬래그 점도에 눈에 띄는 영향을 미치지 않습니다. 그러나 슬래그 점도의 증가가 있는 경우 슬래그 희석제를 사용하여 제어할 수 있습니다. 제강에 대한 높은 MgO 슬래그의 유일한 두려운 역효과는 제강 중 불량한 인 제거입니다.