고로 내화 라이닝

용광로의 내화 라이닝

현대식 용광로(BF)는 용광로 내부의 고온 및 연마성 물질로부터 용광로 쉘을 보호하기 위해 내화 라이닝이 되어 있습니다. 내화 라이닝은 냉각되어 내화 라이닝을 파괴할 수 있는 과도한 열의 전달에 대한 보호를 더욱 강화합니다. BF는 고로 가용성과 거의 연속적인 용광로 작동 및 주조에 필요한 길고 안전한 수명을 제공하는 복잡한 내화물 시스템을 갖추고 있습니다.

고로 내 조건은 지역에 따라 크게 다르며 내화물은 다양한 마모 메커니즘을 받습니다. 자세한 내용은 표 1에 나와 있습니다. 고로의 다른 영역의 적용 조건은 형상의 특성과 여러 단계에서 발생하는 건식 야금 공정으로 인해 동일하지 않습니다. 고로의 다양한 영역에는 다양한 물리적 및 화학적 마모 메커니즘이 있으며 본질적으로 복잡합니다. 예를 들어 기계적 마모 또는 마모는 주로 상부 스택 영역에서 발생하며 충전 재료의 부적합과 먼지가 많은 가스로 인해 발생합니다. 높은 열 부하는 낮은 스택과 벨리 영역의 주요 요인입니다. 노상 영역에서 열 응력과 결합된 뜨거운 금속의 수평 및 수직 흐름은 종종 바람직하지 않은 코끼리 발 모양의 캐비테이션을 형성합니다. 이 지역의 내화 재료는 이러한 마모 메커니즘을 관리하여 이로 인한 손상을 방지해야 합니다. 따라서 BF 스택(상단 및 하단), 벨리, 보쉬, 레이스웨이 및 송풍구, 난로 및 탭홀은 모두 각각의 적용 조건에 따라 다른 품질의 내화물이 필요합니다.

마모 메커니즘에 따라 적절한 내화 조합을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 내화물을 부적절하게 선택하면 종종 내화물 고장으로 이어지며, 이는 나중에 해결해야 할 복잡한 문제가 됩니다. 고로 지역별로 요구되는 내화 라이닝의 종류와 내화 라이닝 ​​패턴의 경향은 그림 1과 같다.

그림 1 용광로의 다양한 영역에 있는 내화 라이닝

현재 BF의 캠페인 수명은 약 15년 ​​이상으로 예상됩니다. 또한, 엄격한 작동 조건을 받는 대용량 BF에 대한 경향이 있습니다. 엄격한 작동 조건에서 긴 라이닝 수명이라는 목표를 달성하기 위해서는 고효율 냉각 시스템과 결합된 고급 내화물의 적절한 조합과 로 작동에 대한 엄격한 제어가 필요하여 과도한 벽 작업 없이 높은 생산성을 보장하고 질량을 최소화하는 것이 필요합니다. 내화 라이닝에 과도한 조기 손상을 일으킬 수 있는 BF의 '미끄러짐'

난로의 바닥과 일부는 주로 선철, 슬래그, 알칼리 등에 의해 부식되는 것으로 알려져 있다. 이 지역의 내화 벽돌은 높은 하중과 온도를 받습니다. 따라서 고강도, 압축 값의 더 낮은 크리프 및 더 높은 RUL(하중 내화도) 및 PCE(고온 측정 원추 등가) 값을 가져야 하는 내화 라이닝이 필요합니다. 일부 BF는 저철분, 조밀한 42% -62% 알루미나, 멀라이트 내화 벽돌, 기존 탄소 블록 등을 바닥과 하부 노로에 사용하지만 현재 추세는 이를 초미세 공극 흑연 블록으로 대체하는 것입니다. BF 난로 수명은 주로 다음 요인에 따라 달라집니다.

• (i) 높은 열 부하로 이어지는 높은 생산성, (ii) 더 많은 침식을 유발하는 높은 유체 속도, (iii) 높은 석탄 주입은 낮은 투과성을 의미합니다. 이러한 요소 중 어느 것도 BF 운영자의 통제 하에 있지 않으므로 이에 대한 유일한 솔루션은 견고한 내화 라이닝이 될 수 있습니다.
• 내화 라이닝 ​​시스템 설계 – 전체 내화 라이닝도 열 응력을 받는데, 이는 특히 디자인이 부적절할 때 지배적인 역할을 합니다. 내화 라이닝 ​​시스템 또는 디자인은 (i) 열 저항을 최적화하고, (ii) 팽창 완화를 제공하고, (iii) 균열을 방지하고, (iv) 내장 장벽을 제거해야 합니다.
• 내화 속성 – 여기에는 (i) 높은 열전도율, (ii) 알칼리 저항, (iii) 낮은 투과성, (iv) 낮은 열팽창, (v) 낮은 탄성이 포함됩니다.

최근 미세 다공성 탄소 벽돌의 개발과 반 흑연 및 흑연 블록의 품질 향상으로 철 및 슬래그에 대한 침투 저항 및 열전도율이 높아졌습니다. 알칼리 응축 및 열 응력에 의한 800℃ 등온선 부근의 취성 층 형성 문제는 더 작은 블록, 최적 팽창 허용량 등을 사용하여 해결되었습니다. 탄소 내화물은 내화점토 또는 멀라이트 벽돌로 덮어 산화로부터 보호합니다. 이 '세라믹 컵'의 디자인은 컵 재질의 품질과 두께에 따라 등온선이 변하기 때문에 중요합니다.

스택 벽돌은 특히 CO(일산화탄소) 환경에서 높은 폭발 압력으로 인해 배출되는 고속 흄 및 먼지 입자뿐만 아니라 상단에서 충전 재료에 의한 높은 마모 및 침식에 노출됩니다. 따라서 적용 조건은 고강도, 저투과성, 높은 내마모성 및 CO 분해 저항성을 가져야 하는 내화 재료를 요구합니다. Al2O3가 약 39% - 42%인 슈퍼 듀티 내화점토 내화 벽돌 또는 고밀도 알루미나 벽돌은 스택 적용에 필요한 이러한 특성을 부여할 수 있습니다.

송풍구와 보쉬는 온도 변화, 마모 및 알칼리의 영향을 받습니다. 열 충격, 마모 및 CO 공격 등에 의한 배 및 하부 샤프트. BF의 중요한 영역, 즉 송풍구, 보쉬, 벨리 및 하부 스택, 탄화규소, SiC-Si3N4 및 커런덤 내화물은 탄소 및 62% Al을 대체했습니다. ₂ O₃ 또는 멀라이트 벽돌. 이것은 스테이브 쿨러와 함께 SiC의 높은 열전도율을 활용합니다. 그러나 수도꼭지 및 송풍구 주변의 누수 문제로 인해 많은 고로에 고알루미나 또는 알루미나-크롬 커런덤 내화물이 늘어서 있습니다. Bf 내화물의 현재 및 추세는 Tab 2에 나와 있습니다.

다양한 유형의 BF 내화물

  고로 내벽에 사용되는 다양한 내화물 유형은 다음과 같습니다.

• 소성 탄소 블록 – 미세 다공성 탄소 블록, 반흑연 탄소 블록 및 미세 다공성 탄소 실리콘 블록은 고온 전기 소성 무연탄, 인조 흑연 및 탄화규소를 주원료로 합니다. 그들은 높은 열전도율, 낮은 투자율, 우수한 고온 금속 및 알칼리 저항을 가지고 있습니다. 반흑연 탄소 블록은 하단 라이닝으로 사용됩니다. 미세 다공성 탄소 블록은 강화 제련 용광로의 상부 바닥 및 하부 노로의 라이닝으로 사용됩니다. 마이크로 다공성 탄소 실리콘 블록은 고로의 노상, 탭 구멍 및 슬래그 구멍을 부설하는 데 사용됩니다.
• 소형 소성 탄소 벽돌 - 성형 미세 다공성 탄소 벽돌 및 탄소 탄화 규소 벽돌은 고온 프레스 성형, 고온 소성 및 고온 전기 소성 무연탄, 인조 흑연 및 탄화 규소를 주원료로 한 마무리 연삭을 통해 생산됩니다. 석탄 또는 페놀계 포름알데히드 수지에서 바인더로 추출한 오일과 초미세 분말 첨가제. 성형된 미세 다공성 탄소 탄화 규소 벽돌은 송풍구, 슬래그 구멍, 탭 구멍, 노 및 용광로의 슬래그 형성 구역의 벽돌 작업에 사용할 수 있습니다.
• 세라믹 컵 벽돌 – 플라스틱 상 접합 복합 커런덤 벽돌입니다. 벽돌은 고품질 뮬라이트와 고순도 용융 커런덤을 원료로 하여 고압에서 성형하고 고온에서 소결하여 특정 바인더를 첨가하여 구성합니다. 고하중 내화도(RUL), 조밀한 구조, 낮은 다공성 및 높은 내식성을 특징으로 하는 벽돌은 BF 바닥, 세라믹 컵 바닥 라이닝 및 대형 블라스트의 송풍구, 탭 구멍 및 슬래그 구멍의 결합 벽돌에 사용됩니다. 용광로.
• 커런덤 벽돌 – 커런덤 브릭은 갈색 용융 커런덤과 탄화규소를 원료로 하고, 특수 첨가제와 결합하여 금형 프레스 공정과 정밀 가공 전 소결을 거쳐 만들어집니다. 벽돌은 내알칼리성 및 슬래그 내식성이 우수하여 바닥, 난로 세라믹 컵, 풍구, 탭 구멍 및 슬래그 구멍 라이닝에 적합합니다.
• SiC-Si3N4 브릭 – 다양한 접합 시스템과 다양한 SiC 함량을 가진 다양한 유형의 SiC 브릭이 있습니다. 일반적으로 직접 결합된 SiC는 알칼리 및 아연에 대한 저항성이 높습니다. 또한 높은 열전도율, 우수한 내식성, 매우 우수한 열충격 특성을 가지며 부식 및 CO 공격에 강합니다. 일반적으로 질화물 결합 SiC는 BF 벨리와 같은 응용 분야에 사용됩니다.
• 미세 다공성 알루미나 탄소 벽돌 – 이 벽돌은 특수 등급의 보크사이트 클링커, 커런덤, 흑연 및 중간 알루미나를 주요 원료로 채택하고 여러 종류의 초미세 분말 첨가제와 결합하여 만듭니다. 미세 기공, 우수한 내알칼리성 및 높은 열전도성을 특징으로 합니다. BF의 bosh, Stack, Cooling Wall의 라이닝에 사용됩니다.
• 50% 알루미나 등급 벽돌 – 일반적으로 이 등급의 내화물은 고급 내화벽돌로 업그레이드됩니다. 그들은 일반적으로 보크사이트, 부싯돌 점토/샤모트 및 플라스틱 점토의 혼합물로 구성됩니다. 50% 알루미나 벽돌은 일반적으로 다공성이 낮고 재가열 시 1600℃로 팽창하며 열 순환에 대한 저항성이 우수합니다. 고순도 재료를 포함하는 이 등급의 벽돌은 우수한 내하중 특성을 나타내며 알칼리 공격에 대한 저항성이 뛰어납니다.
• 60% 알루미나 등급 벽돌 – 이 등급의 벽돌은 다양한 재료로 구성됩니다. 가장 일반적이고 높이 평가되는 중간 알루미나 벽돌은 sillimanite 그룹의 광물로 구성됩니다(보통 소량의 소성 알루미나 및 플라스틱 점토와 결합됨). 이 등급의 다른 60% 알루미나 품질은 합성 샤모트, 보크사이트, 소성 알루미나 및 플라스틱 점토의 혼합물로 구성됩니다. 높은 수준의 멀라이트 형성은 이 등급의 벽돌(특히 내화물을 포함하는 sillimanite)이 우수한 내크리프성을 나타낼 수 있도록 합니다. Sillimanite 벽돌은 열충격 저항을 개선하기 위한 수단으로 인산염/화학 결합 및 경화가 종종 가능합니다.
• 70% 알루미나 등급 벽돌 – 이 등급의 벽돌은 주요 원료인 보크사이트 또는 고알루미나 샤모트에 내화점토를 첨가한 것입니다. 이 벽돌은 소성 중 과도한 팽창을 방지하기 위해 약 1400℃에서 소성됩니다(규산질 성분과 보크사이트가 반응하여 멀라이트를 형성함). 70% 알루미나 벽돌은 사용 시 높은 팽창 값을 나타내므로 조인트 크기가 줄어듭니다.
• 80% 알루미나 등급 벽돌 – 보크사이트에 하소된 알루미나 및 점토 재료를 추가한 벽돌입니다. 그들은 일관된 벽돌 크기를 유지하기 위해 약 1420 – 1480 ° C에서 소성됩니다. 이 등급의 소성 제품은 약 20%의 다공성, 우수한 강도 및 열 순환에 대한 저항성을 가지고 있습니다. 이러한 제품은 내마모성을 높이고 다공성을 감소시키는 수단으로 인산염/화학 결합(경화 및 소성)과 관련이 있습니다.
• 파이어클레이  벽돌 – 내화 점토 벽돌은 일반적으로 두 개 이상의 점토를 혼합하여 구성됩니다. 부싯돌과 카올린 점토의 사용은 내화성을 부여하고 소성 점토(샤모트)는 건조 및 소성 수축을 제어하며 플라스틱 점토는 성형 및 결합 강도를 촉진합니다. 내화점토 벽돌은 일반적으로 (i) 전형적인 알루미나 함량이 40% ~ 45%이고 우수한 내화성, 열 충격에 대한 저항성 및 고온에서 체적 안정성을 갖는 슈퍼 듀티 벽돌(PCE> 33), (ii) 높은 듀티 내화벽돌(PCE 31 ½ ~ 33)은 수퍼 듀티 동등물과 유사하지만 일반적으로 낮은 품질의 부싯돌 점토/샤모트 및 플라스틱 점토(전형적인 Al2O3 40% ~ 45%)로 제조되며 중형 내화 벽돌의 대체물로 일반적으로 사용됩니다. 열 순환이 잠재적인 문제인 경우 (iii) 중형 내화벽돌(PCE 29 ~ 31)(일반적인 Al2O3 38% ~ 42%)은 덜 심각한 용도에 사용되며 열충격 저항은 초강력 내화벽돌보다 낮습니다. (iv) 저부하 내화벽돌(PCE 15 ~ 29)(전형적인 Al2O3 35% ~ 38%)은 지지 라이닝 및 적당한 온도가 만연한 기타 응용 분야로 사용되며 (v) 전형적인 알루미나 함량이 18인 반 실리카 내화벽돌 % ~ 25%(실리카 값 포함) s 범위는 72% ~ 80%이며 상대적으로 높은 온도에서 우수한 하중 지지 강도와 체적 안정성을 갖습니다.
• 탭 홀 매스 – 탭 홀 매스에서 필요한 주요 특성은 부식 및 내식성과 결합된 우수한 점도 및 우수한 소결 특성입니다.