BOF Tapası Deliği Erozyonu: Nedenleri ve Nasıl Yavaşlatılır

Tandiş Deliği Kazanın En Zorlu Noktası Neden?

Bir konvertör astarı binlerce döküm üzerinden değerlendirilir. Tandiş deliği ise çok daha az döküm üzerinden değerlendirilir. Tesisler, bir konvertör kampanyası sırasında tandiş deliği kovanını birçok kez değiştirir ve her değişiklik duruşa, iş gücü maliyetine ve ilk dökümün kötü geçmesi riskine yol açar.

Deliğin ne yaptığına bakınca nedenini anlamak kolaydır. Kazanın geri kalanında astar, hareketsiz duran veya yavaşça hareket eden cüruf ve çelikle temas eder. Tandiş deliğinde ise sıvı çeliğin tamamı, çapı birkaç yüz milimetre olan bir delikten geçmeye zorlanır. Konvertör dökümü üzerine yapılan bir çalışmada, çapları 200 ila 220 mm olan delikler simüle edilmiştir (Materials, 2023). Basit bir basınç yüksekliği hesabı, akışın hızı hakkında fikir verir. Deliğin üzerindeki çelik yüksekliği 1 ila 2 m olduğunda, ideal çıkış hızı yaklaşık 4,4 ila 6,3 m/s olur. Kayıplar nedeniyle gerçek hızlar daha düşüktür; ancak mertebe açıktır: karbon bağlı bir duvara karşı hızla akan, sıcak ve aşındırıcı bir akış söz konusudur.

Çelik akarken sıcak olan, ardından hava ve gaza açık kalan, sonra kapanan veya dolan ve tekrar ısınan tandiş deliği en zorlu çalışma döngüsüne sahiptir. Bir çelik tesisindeki başka pek az yer her dökümde bu durumlar arasında geçiş yapar.

Yayımlanmış iki makale, aşınmanın iki ana yolunu destekliyor. Konvertör döküm deliği kovanlarını inceleyen 2013 tarihli bir çalışma, refrakterin karşı koyması gereken mekanizmalar olarak çelik akışının neden olduğu erozyonu ve oksidasyonu sıralıyor (ABM Proceedings, 2013). LD konvertörlerindeki aşınma bölgelerine ilişkin bir derleme ise döküm ve cüruf bölgelerini kimyasal saldırının, yani korozyon ve oksidasyonun etkisinde gösteriyor (ABM Proceedings). Her iki makale de yalnızca özet olduğundan, bunları sayısal veriler için değil, mekanizmaları açıklamak için kullanıyorum.

Bir Döküm Deliğinin Ömründeki Tek Bir Döküm Çevrimi

Tek bir döküm çevrimini adım adım izleyerek hasarın nereden kaynaklandığını görebilirsiniz.

1. Döküm sonrası. Konvertör yeniden dik konuma döner. Delik sıcaktır ve boştur; içinden hava ve fırın gazı geçebilir.
2. Kapatma ve şarj. Delik, uygulamanıza göre temizlenip doldurulur veya kapatılır. Hurda ve sıcak metal şarj edilir, konvertör de ileri geri eğilir.
3. Üfleme. Delik, astarın arkasında yüksek sıcaklıkta kalır; içeriden gelen ısı burada birikir.
4. Eğme ve numune alma. Konvertör yeniden eğilir ve numune alma sırasında delik cürufa veya gaza maruz kalabilir.
5. Döküm. Delik açılır. Önce çelik, en sonda da cüruf akar; bazen bir girdap cürufu daha erken içeri çeker.

1., 2. ve 4. adımlarda karbon kaybolur. 5. adımda zayıflamış yüzey sıyrılıp alınır ve cüruf etkisini gösterir. Ardından döngü tekrarlanır.

BOF Döküm Deliğinin Aşınmasının Beş Yolu

1. Yanma ve yıkanma: ana döngü

Karbon, magnezya-karbon kovanı bir arada tutar ve cürufun içeri girmesini önler. Dökümler arasında hava veya sıcak gaz delik duvarına ulaştığında yüzeye yakın karbon yanıp gider. Geriye, taneleri birbirine bağlayan hiçbir şey olmayan ince ve gözenekli bir magnezya tabakası kalır.

Bu katman kalıcı değildir. Çelik akışı başladığında katmanı birkaç dakika içinde sıyırıp alır. Altındaki bir sonraki yüzey, dökümler arasındaki aralıkta havaya ve gaza maruz kalır. Her döngüde biraz daha malzeme gider ve delik genişler. Buna yanma ve yıkanma diyoruz; çünkü iki süreçten hiçbiri tek başına gerçekleşmez. Oksidasyon olmasa akış, karbon bağlarıyla güçlü biçimde tutunmuş malzemeyle karşılaşırdı. Akış olmasa oksitlenmiş katman olduğu yerde kalır ve geri kalan kısmı korurdu.

Doğru antioksidanlara ve düşük gözenekliliğe sahip bir kovanın faydalı olmasının nedeni de budur. Temel ilke, MgO-C tuğlalarının karbon kaybetmesi hakkındaki teknik incelememizde açıklananla aynıdır: karbon kaybını yavaşlatın; böylece yıkınma aşamasında uzaklaştırılacak karbon miktarı da azalır.

2. Giriş kenarında akış aşınması

Deliğin sıcak yüz tarafındaki ucu, akışın ilk kez hızlandığı yerdir. Buradaki kenar en yüksek kesme gerilimine maruz kalır. Keskin veya düzensiz bir giriş kenarı akışı bozar ve türbülansı artırır; bu da kenarı daha hızlı aşındırır ve akışı daha da kötüleştirir. Pürüzsüz, yuvarlatılmış bir giriş bu döngüyü yavaşlatır.

3. Tapalamanın sonunda cüruf

Cüruf FeO bakımından zengindir ve hem magnezya hem de karbona saldırır. En yoğun maruziyet, çelik seviyesi deliğin üzerinde alçalıp girdap oluştuğu tapalama işleminin sonunda yaşanır. Konvertör tapalaması üzerine yapılan bir simülasyon çalışmasında, 90 derece eğimde cürufun yaklaşık 43 saniye sonra delikten çıktığı, kararlı girdabın ise yaklaşık 50 saniyede oluştuğu bulundu. 100 ve 105 derecelik eğimlerde girdap sırasıyla yaklaşık 71 ve 74 saniyeye kadar gecikti. Daha büyük deliklerde girdap daha erken oluştu: 200 mm'lik delikte 68,8 saniyede, 210 mm'lik delikte 62,6 saniyede ve 220 mm'lik delikte 57,1 saniyede (Materials, 2023). Bunlar tek bir kap için elde edilmiş model sonuçlarıdır; sizin için geçerli bir kural değildir, ancak eğilim yol göstericidir. Daha büyük bir delik, girdabın daha erken başlamasına yol açar; daha erken başlangıç ise kovandan daha fazla cüruf geçmesi demektir.

4. Termal şok

Delik, soğutulmuş ve bazen dolu durumdan 1.600 °C'nin üzerindeki sıcaklıkta tam debili bir çelik akışına geçer. Çatlaklar kovan boyunca ve birleşim hatları boyunca ilerler. Çatlaklar, havanın ve cürufun gövdeye ulaşmasını sağlar; ayrıca parçaların akış altında kopmasına yol açar.

5. Taşıma ve montaj

Şişleme, temizleme, yükü yatırma ve kovanla çevresindeki astar arasındaki boşluk, hiçbir malzeme sınıfının önleyemeyeceği hasara yol açar. Çelik boşluğu hızla bulur. Yuvaya iyi oturmamış bir kovanın deliği hâlâ sağlam görünürken dıştan içe doğru bozulması mümkündür.

Aşınmış Bir Delik Tapalama İşleminizi Nasıl Etkiler?

Etkilerini hissetmek için kovanın bozulmasını beklemeniz gerekmez.

• Döküm süresi değişir. Daha geniş bir delik, kabı daha hızlı boşaltır. Pürüzlü veya merkezden kaçık bir delik akışı yavaşlatabilir ya da bozabilir.
• Akış yayılır. Geniş ve türbülanslı bir akış, potaya giderken daha fazla hava alma eğilimindedir; bu da oksijen ve azot kazanımı açısından kötüdür. Etkisi sonraki aşamalara da yansır: potaya daha temiz çelik gitmesi, tavada sonraki işlemleri kolaylaştırır. Bunu tandiş akış kontrolü ve oksijen hakkındaki yazımızda açıklıyoruz.
• Cüruf taşınması artar. Vorteks daha erken başlar ve durdurulması zorlaşır. Potada daha fazla cüruf olması, daha yoğun pota cürufu işlemi ve potanın cüruf hattı için daha fazla risk demektir.
• Akışın yönü değişir. Düzensiz bir delik, akışı pota ağzına veya merkezin dışına yönlendirebilir.
• Alaşım ilaveleri daha istikrarsız hâle gelir. Hızlı veya düzensiz döküm, alaşımların çözünme şeklini ve cürufa karışan miktarını değiştirir.

Çoğu tesis, delik boyutu veya döküm süresi için bir sınır belirler. Daha önemli olan, bu sınıra ne kadar hızlı yaklaştığınızdır; bunu anlamak için ölçüm gerekir.

Kendi Döküm Deliğinizi Değerlendirme

Her dökümde veri toplarsanız, döküm deliği size veri sağlar. Aşağıdaki plan basittir ve özel bir şey gerektirmez.

Her dökümde veya en azından birkaç dökümde bir ölçüm yapın. Delik çapını kaydetmek için bir mastar veya kalibre edilmiş bir çubuk kullanın. Yanına döküm sayısını ve döküm süresini not edin.

Çapı döküm sayısına göre grafiğe dökün. Düz bir çizgi, aşınmanın istikrarlı olduğunu gösterir. Yukarı doğru kıvrılan bir çizgi, karbonsuz tabakanın derinleştiğini veya cürufun baskın hâle geldiğini gösterir. Ani bir sıçrama; çatlak, girişte kırık veya derz arızası anlamına gelir.

Aşınmanın nerede olduğuna bakın. Manşonu değiştirirken giriş kenarının, delik duvarının ve çıkışın fotoğrafını çekin.

Tek bir manşon yanıltıcı olabilir. Sonuca varmadan önce art arda iki veya üç manşonu karşılaştırın.

Yavaşlatmak: Manşon, Montaj, Uygulama, Bakım

Tek bir çözüm yeterli değildir. Döküm deliğinin ömrünü uzatan tesisler genellikle aşağıdaki dört unsurun tamamına odaklanır.

Manşon malzemesi

• Tane kalitesi. Tercihen ergitilmiş, düşük silika ve kireç içeren yüksek saflıkta magnezya cürufa daha iyi dayanır. Ürettiğimiz kaliteler için MgO-C tuğla sayfamıza bakın.
• Yoğunluk. Daha düşük açık gözeneklilik, gövdeye hava ve cüruf sızmasını azaltır.
• Karbon ve antioksidanlar. Karbon kaynağı ve antioksidan paketi, cüruf hattı için değil, yanma ve aşınma döngüsü için seçilir. Dökümler arasında havada kalan bir kılıfın dengesi, cüruf altında kalan bir tuğlanınkinden farklı olmalıdır.
• Çevre koşullarına uyum. Kılıf, derzi çatlatmayacak şekilde genleşip büzülmelidir.

Geometri ve montaj

• Yuvarlatılmış girişli pürüzsüz bir delik ilk temas noktasındaki türbülansı azaltır.
• Kılıf uzunluğu ve duvar kalınlığı aşınma payını belirler. Genel bir çizim yerine konvertörünüze uygun çizim isteyin.
• Temiz ve eksiksiz bir derz. Dolgu kütlesi veya dökülebilir refrakter, boşluk bırakmadan arayı doldurmalıdır. Yeni kılıfı tedarikçinizin önerdiği şekilde önceden ısıtın.
• Merkezleme ve açı. Birkaç derece eğik duran kılıf tek taraftan aşınır ve akışı hedefinden saptırır.

Döküm uygulamaları

• Son nokta oksijeni ve cüruf FeO'su. Yüksek oksitlenmiş bir ısı, kılıftaki ve astardaki karbona zarar verir. Son üfleme aşamasındaki oksijenin azaltılması yalnızca tapalı deliğe değil, her şeye fayda sağlar.
• Eğim açısı ve hızı. Yukarıdaki simülasyon, eğimin girdabın ne zaman başladığını etkilediğini gösteriyor. Konvertörünüzde neyin işe yaradığını kendi denemeleriniz belirleyecektir.
• Cürufun durdurulması. İyi bir cüruf durdurucu veya algılama sistemi, cürufun kılıftan geçme süresini kısaltır.
• Dökümler arasındaki süre. Havaya ve gaza maruz kalma süresinin kısalması, karbon yanmasını azaltır.
• Dikkatli temizleme ve kapatma. Deliği özenle açıp temizleyin. Giriş kenarında çentik oluşmasını önleyin.

Bakım

• Ağız kısmında sıcak onarım, tesis uygulamaları izin veriyorsa. Tedarik ettiğimiz onarım malzemeleri için BOF konvertör refrakterleri sayfamıza bakın.
• Planlı değişim. Kılıf değişimlerini ölçülmüş bir sınıra, mümkünse başka bir planlı duruşa bağlayın.
• Yedekleri hazır ve önceden ısıtılmış tutun. Sorunsuz bir değişim, ilk dökümü korur.

Isı Başına Maliyetin Hesaplanması

Yalnızca kılıf fiyatına bakmak yanlış olur. Bunun yerine şu hesabı kullanın:

Duruşun maliyeti çoğu zaman kovanın maliyetinden yüksektir. Bu nedenle daha az döküm dayanan ucuz bir kovan, döküm başına daha pahalıya gelebilir. Basit bir örnek: Kovan %30 daha uzun dayanırsa döküm başına maliyet, duruşların azalması ve başarısız dökümlerin getireceği faydaları hesaba katmadan önce, başlangıç değerinin yaklaşık %77'sine iner; yani %23 tasarruf sağlar.

Teklif İçin Bize Gönderilmesi Gerekenler

Karbon bağlı refrakterleri kendi tesisimizde üretiyoruz. Döküm deliği kovanı için aşağıdaki listenin ne kadar fazlasını gönderirseniz ilk teklifimiz ihtiyaçlarınıza o kadar yakın olur.

1. Konvertör kapasitesi ve delik çapı, kovan uzunluğu ile çevresindeki astarı gösteren döküm deliği teknik çizimi.
2. Mevcut kovan kalitesi ve varsa tedarikçi teknik veri sayfası.
3. Değişime kadar yapılan döküm sayısı, kullandığınız sınır (çap veya döküm süresi) ve son üç kovanın değiştirilme nedeni.
4. Kullanılmış kovanların giriş, delik duvarı ve çıkışını gösteren, aşınma biçimini ortaya koyan fotoğrafları.
5. Çelik kaliteleri, döküm sıcaklığı, tipik son nokta oksijen değeri ve cüruf tıkacı kullanıp kullanmadığınız.
6. Temizleme ve kapatma rutininiz ile dökümler arasındaki süre.

Bilgileri iletişim sayfamız üzerinden veya sales@ykchanshine.com adresine e-postayla gönderin. Karbon bağlı ürünlerimizi nasıl ürettiğimizi ve test ettiğimizi görmek için refrakter fabrikası sayfamızı ziyaret edin.

Kaynaklar & Referans Yayınlar

• Konvertör döküm akış alanı simülasyonu: eğim açısı, girdap ve döküm deliği çapı, Materials 2023, 16(8), 3209: girdap başlangıcı, eğim açısı ve döküm deliği çapı simülasyonu (200, 210, 220 mm).
• Konvertör döküm deliği için MgO-C refrakter parçanın özelliklerinin değerlendirilmesi, ABM 44. Çelik Üretimi Semineri, 2013: kovanın aşınma mekanizmaları olarak erozyon ve oksidasyon (özet).
• LD konvertörlerinin farklı bölgelerindeki aşınma mekanizmaları, ABM Proceedings: döküm ve cüruf bölgelerindeki kimyasal aşınma (özet).