Tuyere Stok Döküm Harcı Arızası: Aşınma Mekanizması ve TDS | YK Chanshine

Blast furnace tuyere stock refractory castable failure analysis and TDS specification guide - YK Chanshine

Jack Xing, Teknik Satış Direktörü, YK Chanshine · Yüksek Fırın Refrakterleri · tarafından hazırlanmıştır.

Yüksek fırın tuyere stock dökülebilir refrakteri kaplaması: aşınma mekanizması, cüruf testi ve mukavemet verileri
Yüksek fırın tuyere stock dökülebilir refrakteri kaplaması

Yüksek fırın işletmecileri daha sıcak hava, daha yüksek basınç, daha fazla oksijen ve daha çok pülverize kömür kullanıyor. Sıcak hava iletim sisteminin her parçasına daha fazla yük biniyor ve bunun en ağır yükünü tuyere stock taşıyor. Tuyere stock kızardığında veya delindiğinde fırının durdurulması ya da kısıtlı kapasitede çalıştırılması gerekiyor.

Bu makale, Çin'deki yüksek fırın uygulamalarından alınan tuyere stock dökülebilir refrakterinin ayrıntılı arıza analizini inceliyor. Cüruf saldırısının önünü açan orta sıcaklıktaki mukavemet düşüşünü izliyor, arızayı XRD ve SEM ile yeniden oluşturuyor ve alıcıların dökülebilir refrakter satın alma siparişlerinde belirtmesi gereken teknik şartları ortaya koyuyor.

Arıza analizinden elde edilen başlıca bulgular:

  • Malzeme, kalsiyum alüminat çimentosuyla bağlanmış Al₂O₃-SiO₂ esaslı bir dökülebilir refrakterdir. 1100 ila 1200 °C'de soğuk basınç dayanımı yaklaşık %47 düşer ve görünür gözeneklilik artar.
  • Yüksek fırın cürufu bu gevşemiş yapıya saldırır: Ca ve Mg dökülebilir refrakterin içine göç ederek düşük ergime noktalı gehlenit (Ca₂Al₂SiO₇) ve MgSiO₃ oluşturur.
  • Ham maddelerin mullitlenmemiş olması, serbest kuvars ve demir cürufundan gelen Fe₂O₃ aşınmayı şiddetlendirir.
  • Üç düzeltici önlem: daha saf ham maddeler, büzülmeyi dengelemek için andaluzit/kiyanit genleşmesi ve sinterleme sıcaklığını düşürmek için %3 ila %6 yumuşak kil.

Tuyere stock dökülebilir refrakteri neden bozulur?

Çalışma koşulları

Yüksek sıcak hava sıcaklığı, yüksek sıcak hava basıncı, oksijen zenginleştirmesi ve yoğun pülverize kömür enjeksiyonu, sıcak hava iletim sistemine daha fazla yük bindirir. Sıcak hava bileşenlerinde çatlama, çökme ve delinme olasılığı artar. En fazla maruz kalan parça tuyere stock'tur. Tuyere soğutucusu çok az yer bıraktığından boru gövdesi dardır ve refrakter tabakası incedir; buna karşılık çalışma koşulları ağırdır.

Kızarma ve delinme vakalarının bildirilen nedenleri

Çalışmada belirtilen başlıca nedenler:

  • flanş bağlantısındaki boşluk: sıcak hava temas yüzeyinden sızar ve boru gövdesini aşırı ısıtır
  • dökülebilir refrakter kalitesi: düşük ısıl şok direnci, düşük sıcak mukavemet veya zayıf cüruf direnci
  • pülverize kömür lansının aşınması: yüksek gaz hızı ve kömürün aşındırıcı etkisi astarı inceltir
  • fırın duvarı malzemesinin çökmesi: yük üfleme borusunun üzerine düşerek boruya mekanik hasar verir

Bildirilen iki vaka

Liugang

İnceleme, tuyere stokunun yanarak delinmesinin başlıca nedeninin dökme refrakter kalitesinin düşük olması olduğu sonucuna vardı. Değirmen, dökme refrakter kalitesini yükseltti ve tuyere stokunun üretim yöntemini iyileştirdi. Kızarma ve yanarak delinme sona erdi; kalite ve hizmet ömrü arttı.

Shougang

Uzun süre hizmet görmüş ve birçok kez fırın duruşu yaşamış bir üfleme borusunda yanarak delinme meydana geldi. Büyük sıcaklık dalgalanmaları, ön su soğutma manşonu ile boru gövdesi arasındaki astarı çatlatmıştı. Ardından oksijence zengin sıcak hava, ön kısımdan yanarak çıktı. Değirmen, kaliteyi kontrol etmek ve tuyere stok kullanımını izlemek amacıyla dökme refrakteri analiz etti.

Tuyere stok dökme refrakterinin performans analizi

Numune alma

Analiz için hem kullanılmış dökme refrakterden (arızalanan stoku oluşturan) hem de yeni dökme refrakterden numuneler alındı. Kullanılmış ve yeni numunelerin fotoğrafları Tablo 2'nin ardından gelen şekilde gösterilmiştir.

Kimyasal bileşim: yeni ve kullanılmış

Tablo 1. Tuyere stok dökme refrakterinin kimyasal analizi, ağırlıkça %

Numune SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO TiO₂ K₂O Na₂O ZnO S
Yeni 42.14 49.69 1.36 3.92 0.60 0.63 0.46 0.32 0.001 0.018
Kullanılmış 42.19 49.54 2.10 3.66 0.58 0.86 0.29 0.22 0.004 0.006

Her ikisi de Al₂O₃-SiO₂ malzemeleridir ve ana oksitlerin oranları kullanım sırasında neredeyse hiç değişmemiştir. Kullanılmış numunedeki Fe₂O₃ oranı daha yüksektir; yazarlar bunun karışan demir cürufundan kaynaklandığını düşünüyor. Yeni dökme refrakterdeki yaklaşık %3,9 CaO, kalsiyum alüminat çimentosuyla bağlanmaya uygundur ve bu, yazarların bağlayıcıyı sonradan tanımlamasıyla örtüşür.

Yeni dökme refrakterin fiziksel özellikleri

Tablo 2. İki değirmenin yeni dökme refrakterlerinin soğuk basma dayanımı

Değirmen Isıl işlem Soğuk basma dayanımı, MPa
A Değirmeni (Shougang) 110 °C × 24 h 18.5
A Değirmeni (Shougang) 1200 °C × 3 h 9.80
B Değirmeni (Liugang) 110 °C × 24 h 30.0
Kimyasal bileşim ve soğuk basma dayanımı verileriyle birlikte kullanılmış ve yeni tuyere stok dökme refrakteri numuneleri
Kullanılmış ve yeni tuyere stok dökme refrakteri

A Değirmeni'nin dökme refrakteri, B Değirmeni'ninkinden daha düşük hacim yoğunluğuna ve daha düşük soğuk dayanımına sahipti. 1200 °C × 3 saatlik işlemden sonra A Değirmeni'nin soğuk dayanımı 18,5 MPa'dan 9,80 MPa'ya düştü; bu yaklaşık %47'lik bir azalmadır. Yazarlar, 1200 °C işleminden sonra görünür gözenekliliğin belirgin biçimde arttığını ve yapının gevşediğini bildiriyor.

Yüksek gaz hızında ve yüksek sıcaklıkta, zayıf bir astar daha hızlı aşınır ve parçalanabilir.

Yeni dökme refrakterin cüruf direnci

Yazarlar, yüksek fırın cürufunun sıcaklık altında yeni dökme refrakter üzerindeki etkisini benzetmek için statik pota testi kullandı. Cürufun bileşimi şöyleydi:

Tablo 3. Testte kullanılan yüksek fırın cürufunun bileşimi, ağırlıkça %

SiO₂ CaO MgO Al₂O₃ TiO₂ FeO
34.42 41.22 7.32 14.04 1.21 0.43
Tuyere stok dökme refrakterinin 1500 °C'de cüruf potası testi: numune fotoğrafları ve boşluk boyutundaki değişim
Tuyere stok dökme refrakterinin 1500 °C'de cüruf potası testi

Cüruf testine tabi tutulmuş numunenin XRD analizi

Örnek 1'de cüruf, beyaz agrega taneleri, sarı matris ve siyah matris olmak üzere dört noktada XRD analizi yapıldı.

Tablo 4. Örnek 1'de konuma göre başlıca fazlar

Konum Görünüm Başlıca mineral fazlar
Cüruf Yapışmış cüruf tabakası Gehlenit, melilit, cam fazı
Agrega Beyaz taneler Müllit, korindon, eser miktarda kristobalit
Matris (sarı) Reaksiyon bölgesi Gehlenit, anortit, müllit
Matris (siyah) Değişime uğramamış dökme refrakter Müllit, korindon, çimento hidratları
Yüksek fırın cürufu testinden sonra tüyer stok dökme refrakterinin XRD ve SEM analizlerinde, cüruf ara yüzeyinde gehlenit ve MgSiO3 görülüyor
Yüksek fırın cürufu testinden sonra tüyer stok dökme refrakterinin XRD ve SEM analizleri

Cüruf-dökme refrakter ara yüzeyinde SEM

Cürufla dökme refrakter arasındaki sınırda yapılan SEM incelemesinde, refrakter tarafında daha yüksek kalsiyum ve magnezyum derişimleri görüldü. Cüruftaki Ca ve Mg dökme refrakterin içine geçmişti. Bunlar matris içindeki Al₂O₃ ve SiO₂ ile tepkimeye girerek gehlenit (Ca₂Al₂SiO₇) ve MgSiO₃ oluşturur. Saldırı bu şekilde gerçekleşir. Yazarların cüruf testiyle ilgili genel değerlendirmesi: cürufa karşı direnç zayıf, yüksek fırın cürufu tarafından kolayca saldırıya uğruyor.

Kullanılmış dökme refrakter: XRD ve SEM

Altı konumda XRD

Kullanılmış dökme refrakterde altı temsili konum analiz edildi. 1. konum, cüruf-dökme refrakter ara yüzeyindedir.

Tablo 5. Kullanılmış tüyer stok dökme refrakterindeki başlıca mineral fazlar

Konum Açıklama Belirlenen fazlar
1 Cüruf-dökme refrakter ara yüzeyi Gehlenit, demirce zengin fazlar, melilit
2 Yüzeye yakın matris (0–5 mm) Gehlenit, müllit, anortit
3 Ara bölge (5–15 mm) Müllit, korindon, gehlenit
4 Çekirdek matrisi (15–30 mm) Müllit, korindon, eser miktarda kuvars
5 Kaba agrega Müllit, korindon
6 Soğuk yüzey arka tabakası Müllit, çimento dehidrasyon fazları
Kullanılmış tüyer stok dökme refrakterinin cüruf yüzeyinden uzaklığa göre XRD, SEM ve EDS analizleri
Kullanılmış tüyer stok dökme refrakterinin XRD, SEM ve EDS analizleri

Cüruf yüzeyinden uzaklığa göre SEM-EDS

Noktalar, yapışmış cüruf tabakasından dökme refrakterin içine doğru tarandı. Cüruf yüzeyi 0 mm'dir.

Tablo 6. Kullanılmış dökme refrakterin cüruf yüzeyinden içeriye doğru EDS analizi, ağırlıkça %

Mesafe Al₂O₃ SiO₂ CaO Fe₂O₃ MgO
0 mm (cüruf yüzeyi) 18.4 31.2 38.1 6.2 6.1
2 mm (reaksiyon tabakası) 36.5 35.8 19.4 4.5 3.8
5 mm (nüfuz etmiş bölge) 45.2 39.1 8.6 3.9 1.2
15 mm (değişime uğramamış bölge) 49.4 42.0 3.8 2.1 0.6

Tüyer stok dökme refrakterinin aşınma mekanizması

Tüyer stokundaki çimento bağlı müllit dökme refrakterinin aşınma mekanizması: 900 ile 1200 °C aralığında dayanım düşüşü ve cüruf saldırısı aşamaları
Tüyer stokundaki çimento bağlı müllit dökme refrakterinin aşınma mekanizması

900 ile 1200 °C aralığının zayıf nokta olmasının nedeni

Özellik, XRD ve SEM sonuçlarına göre yazarlar malzemeyi kalsiyum alüminat çimentosuyla bağlanmış bir müllit dökme refrakteri olarak tanımlıyor.

110 ila 1200 °C'de çimento hidrat bağları ayrışmış, ancak seramik sinterleşmesi henüz neredeyse başlamamıştır. Yapı en gevşek ve en zayıf hâlindedir. Bu sıcaklık, tuyere stoğu astarının çalışma sıcaklığına denk gelir.

Kullanım sırasındaki arıza süreci

  1. Astar çalışma sıcaklığı aralığında dayanımını kaybeder ve gözenekliliği artar.
  2. Cüruf içindeki Ca ve Fe, açık gözenekli yapıya nüfuz eder.
  3. Matristeki Al₂O₃ ve SiO₂ ile reaksiyona girerek gehlenit, MgSiO₃ ve düşük erime noktalı diğer bileşikleri oluştururlar.
  4. İşlenmemiş, tam olarak mullitleşmemiş malzeme sorunu ağırlaştırır.
  5. Zayıflayan astar, gaz hızının ve sıcaklığın etkisiyle aşınır.

Nasıl düzeltilir: üç önlem

Tuyere stoğu dökülebilir refrakterin orta sıcaklık dayanımını artırmak için üç çözüm: daha saf ham maddeler, andaluzit veya kiyanit genleşmesi, yumuşak kil sinterleşme yardımcısı
Tuyere stoğu dökülebilir refrakterin orta sıcaklık dayanımını artırmak için üç çözüm

1. Ham madde kalitesini artırın

Kalsiyum alüminat çimento bağlarına zarar veren safsızlıkları, özellikle alkali metalleri, azaltın.

2. Andaluzit veya kiyanit ekleyin

Bunlar mullitleşme sırasında genleşerek büzülmeyi ve orta sıcaklıktaki dayanım kaybını dengeler. Sonuç, mikro genleşen bir dökülebilir refrakterdir.

3. Sinterleşme yardımcısı ekleyin

Örnek olarak ağırlıkça %3 ila %6 oranında yumuşak kil verilmiştir. Dökülebilir refrakter daha düşük sıcaklıkta sinterleşir; bu da yapıdaki ani değişimi önler veya yumuşatır ve orta sıcaklıktaki dayanımı artırır.

Tuyere stoğu dökülebilir refrakter teknik veri föyünde neler olmalı

Tablo 7. Tuyere stoğu dökülebilir refrakter satın alırken belirtilmesi önerilen parametreler

Parametre Test koşulu Hedef değer
Al₂O₃ içeriği XRF / yaş kimya analizi ≥ 50.0%
Fe₂O₃ içeriği XRF / yaş kimya analizi ≤ 1.2%
Soğuk basma dayanımı 110 °C × 24 h ≥ 30.0 MPa
Soğuk basma dayanımı (orta sıcaklık) 1200 °C × 3 h ≥ 18.0 MPa (düşüş ≤ 40%)
Kalıcı doğrusal değişim 1200 °C × 3 h 0.0 ile +0.4% arası (mikro genleşme)
Cüruf dayanım indeksi Pota testi, 1500 °C × 3 h Erozyon derinliği ≤ 3.0 mm

Alıcı kontrol listesi ve teklif talebi verileri

Tedarikçinizden isteyecekleriniz

  • 110 °C'den sonra ve 1200 °C'den sonra soğuk basma dayanımı
  • 1200 °C'de kalıcı doğrusal değişim
  • Agrega kaynağı (sinterlenmiş mullit, ergitilmiş mullit veya andaluzit)
  • Bağlayıcı türü ve CaO içeriği

Öneri almak için bize göndermeniz gerekenler

Bir öneri almak için bunları sales@ykchanshine.com adresine gönderin veya iletişim sayfamızı kullanın:

  • yüksek fırın hacmi, üfleme sıcaklığı ve oksijen zenginleştirmesi
  • tuyere stoğu çizimi ve astar kalınlığı
  • mevcut dökülebilir refrakter teknik veri föyü ve arıza fotoğrafları
  • aylık blöf sayısı
  • hedef yıllık miktar ve liman

Sonuçlar

  1. 1100–1200 °C'deki dayanım düşüşü, tüyer stoku dökülebilir refrakterinin bozulmasının temel nedenidir.
  2. Yüksek fırın cürufu bu gevşek matrise nüfuz ederek düşük erime noktalı gehlenit oluşturur.
  3. Mikro genleşme katkıları (andaluzit/kyanit) ve sinterleme katkıları, dayanım düşüşü sorununu etkili bir şekilde ortadan kaldırır.

Sık Sorulan Sorular (SSS): Yüksek Fırın Tüyer Stoku Dökülebilir Refrakteri

Yüksek fırın tüyer stoku nedir?

Sıcak havayı sıcak hava ana borusundan tüyer soğutucusuna taşıyan parça üfleme borusudur. İnce bir çelik gövdesi ve ince bir refrakter astarı vardır.

Tüyer stok neden kızarır veya delinir?

Bildirilen nedenler arasında temas yüzeyindeki sıcak hava kaçağı, düşük kaliteli dökülebilir refrakter, kömür enjeksiyon mızrağının aşırı aşınması ve fırın duvarından malzeme düşmesi yer alıyor. Tekrarlanan fırın boşaltma işlemleri, ön su kılıfının yakınındaki astarda da çatlaklara yol açabilir.

Çimento bağlı dökülebilir refrakter 1100 ila 1200 °C'de neden zayıflar?

Bu noktada hidrat bağları ortadan kalkmış, seramik bağlar ise henüz oluşmamıştır. Yapı gevşeyip büzülür ve dayanım düşer. Tüyer stok bu sıcaklık aralığında çalışır.

Tüyer stok dökülebilir refrakterinde andaluzit veya kyanit ne işe yarar?

Bu mineraller mullite dönüşürken genleşir. Bu genleşme, çimento bağının büzülmesini telafi ederek mikro genleşmeli bir dökülebilir refrakter oluşturur.

Sinterleme katkısı olarak ne kadar plastik kil eklenir?

Çalışma, ağırlıkça %3 ila %6 kullanılmasını öneriyor. Bu, dökülebilir refrakterin daha düşük sıcaklıkta sinterlenmesine yardımcı olur ve orta sıcaklık dayanımını artırır.

Kullanılmış dökülebilir refrakterde Fe₂O₃ oranı neden artar?

Yazarlar, numuneye demir cürufu karıştığından şüpheleniyor. Cüruf yüzeyinde yapılan bir EDS nokta analizinde %37,57 Fe ölçülmesi de bunu destekliyor.

110 °C'deki dayanımın yanı sıra neleri istemeliyim?

Orta sıcaklık dayanımı, 1200 °C sonrasındaki dayanım ve gözeneklilik, alkali içeriği, bağlayıcı sistemi ve cüruf test sonucu.

Yüksek Fırın İşletme Parametrelerinizi ve Tüyer Çizimlerinizi Bize Gönderin

Sıcak hava kızarması, delinme veya üfleme borusu astarında çatlama mı yaşıyorsunuz? Sıcak hava sıcaklığınızı, oksijen zenginleştirme oranınızı, tüyer stok çizimlerinizi ve mevcut dökülebilir refrakter ürününüzün teknik veri sayfasını bize gönderin. Refrakter mühendisliği ekibimiz, 24 ila 48 saat içinde ihtiyacınıza özel mikro genleşmeli dökülebilir refrakter formülasyonu ve teknik teklif sunacaktır.