BOF Tapası Deliği Erozyonu: Nedenleri ve Nasıl Yavaşlatılır

Döküm Deliği Neden Teknedeki En Zorlu Noktadır?

Konvertör astarı binlerce döküm üzerinden değerlendirilir. Döküm deliği ise çok daha az sayıda döküm üzerinden değerlendirilir. Tesisler, tek bir konvertör kampanyası boyunca döküm deliği kovanını birçok kez değiştirir; her değişim duruşa, işçiliğe ve ilk dökümün kötü geçmesi riskine yol açar.

Deliğin ne işe yaradığını düşününce neden basitçe anlaşılır. Teknenin başka her yerinde astar, hareketsiz duran ya da yavaşça hareket eden cüruf ve çelikle temas eder. Döküm deliğindeyse sıvı çeliğin tamamı, çapı birkaç yüz milimetre olan bir delikten geçmeye zorlanır. Konvertör dökümü üzerine yapılan bir çalışmada, 200 ila 220 mm çapındaki delikler simüle edilmiştir (Materials, 2023). Basit bir basınç yüksekliği hesabı, hız hakkında fikir verir. Deliğin üzerinde 1 ila 2 m çelik bulunduğunda, ideal çıkış hızı yaklaşık 4,4 ila 6,3 m/s olur. Kayıplar nedeniyle gerçek hızlar daha düşüktür, ancak büyüklük mertebesi açıktır: karbon bağlı bir duvara karşı hızla akan, sıcak ve aşındırıcı bir akış söz konusudur.

Döküm deliği en ağır çalışma döngüsüne de maruz kalır. Çelik akarken sıcaktır, ardından havaya ve gaza açık kalır, sonra kapatılır ya da doldurulur ve yeniden ısıtılır. Bir çelik tesisinde her dökümde bu durumlar arasında gidip gelen başka çok az yer vardır.

Yayımlanmış iki makale, aşınmanın iki ana yolunu doğruluyor. Konvertör döküm deliği kovanları üzerine 2013'te yapılan bir çalışma, refrakterin karşı koyması gereken mekanizmalar olarak çelik akışının neden olduğu erozyonu ve oksidasyonu tanımlıyor (ABM Proceedings, 2013). LD konvertörlerindeki aşınma bölgelerini inceleyen bir derleme ise döküm ve cüruf bölgelerinin kimyasal saldırıya, yani korozyon ve oksidasyona maruz kaldığını belirtiyor (ABM Proceedings). Her iki makale de yalnızca özettir; bu nedenle onlardan sayılar için değil, mekanizmalar için yararlanıyorum.

Bir Döküm Deliğinin Ömründe Tek Bir Ergitme

Tek bir ergitme sürecini adım adım izleyerek hasarın nereden kaynaklandığını görebilirsiniz.

1. Dökümden sonra. Konvertör yeniden dik konuma getirilir. 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 yüklenir, konvertör ileri geri eğilir.
3. Üfleme. Delik, astarın arkasında yüksek sıcaklığa maruz kalır; içeriden ısıyı içine çeker.
4. Devirme ve numune alma. Konvertör yeniden eğilir; numune alma sırasında delik cürufa veya gaza maruz kalabilir.
5. Döküm. Delik açılır. Önce çelik akar, ardından cüruf gelir; bazen girdap cürufu erkenden içeri çeker.

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

BOF Döküm Deliğinin Aşınma Biçimlerinin Beşi

1. Yanma ve yıkanma: ana döngü

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

Bu katman kalıcı değildir. Çelik akışı başladığında katmanı birkaç dakika içinde söküp atar. Altındaki sonraki yüzey de potalar arasındaki bir sonraki boşlukta hava ve gaza maruz kalır. Her döngü biraz malzeme götürür ve delik genişler. Buna yanma ve yıkanma diyoruz; çünkü bu iki etki tek başına işe yaramaz. Oksidasyon olmasa akış, karbon bağlarıyla güçlenmiş dayanıklı malzemeyle karşılaşırdı. Akış olmasa oksitlenmiş katman olduğu yerde kalır ve geri kalanını korurdu.

Doğru antioksidanlara ve düşük gözenekliliğe sahip bir manşonun faydalı olmasının nedeni de budur. İlke, MgO-C tuğlaların karbon kaybetme biçimini ele alan teknik yazımızda anlatılanla aynıdır: karbon kaybını yavaşlatın; böylece yıkınma kaynaklı aşınmanın gidereceği miktar azalır.

2. Giriş kenarında akış aşınması

Deliğin sıcak yüzey tarafındaki ucu, akışın ilk kez hızlandığı yerdir. Buradaki kenar en yüksek kesme kuvvetine maruz kalır. Keskin ya da pürüzlü bir giriş kenarı akışı bozar ve türbülansı artırır; bu da kenarı daha hızlı aşındırarak akışı daha da kötüleştirir. Pürüzsüz ve yuvarlatılmış bir giriş bu döngüyü yavaşlatır.

3. Dökümün sonundaki cüruf

Cüruf FeO bakımından zengindir ve hem magnezyaya hem de karbona saldırır. En yoğun maruziyet, deliğin üzerindeki çelik seviyesi düşüp bir girdap oluştuğunda, dökümün sonunda gerçekleşir. Konvertör dökümüne ilişkin bir simülasyon çalışması, 90 derecelik eğimde cürufun yaklaşık 43 saniye sonra delikten çıktığını, yaklaşık 50 saniyede ise kararlı bir girdap oluştuğunu buldu. 100 ve 105 derecelik eğimlerde girdap sırasıyla yaklaşık 71 ve 74 saniyeye kadar gecikti. Daha büyük delikler girdabın daha erken oluşmasına yol açtı: 200 mm delikte başlangıç 68,8 saniye, 210 mm'de 62,6 saniye ve 220 mm'de 57,1 saniye (Materials, 2023). Bunlar tek bir kap için elde edilen model sonuçlarıdır; sizin için geçerli bir kural değildir, ancak eğilim yol göstericidir. Daha büyük bir delik girdabın daha erken başlamasına neden olur; daha erken başlaması da manşondan daha fazla cüruf geçmesi demektir.

4. Termal şok

Delik, soğumuş ve bazen dolu bir durumdan 1.600 °C'nin üzerindeki sıcaklıkta tam çelik akışına geçer. Çatlaklar manşon boyunca ve birleşim çizgileri boyunca ilerler. Çatlaklar, havanın ve cürufun gövdeye girmesine yol açar ve akış altında parçaların kopmasına neden olur.

5. Taşıma ve montaj

Şişleme, temizleme, yükleri yatırma ve manşonla çevresindeki astar arasında boşluk kalması, hiçbir malzeme sınıfının önleyemeyeceği hasarlara yol açar. Çelik boşluğu hızla bulur. Yuvaya iyi oturmamış bir manşon, delik hâlâ sağlam görünürken dıştan içe doğru arızalanabilir.

Aşınmış Bir Deliğin Dökümünüze Etkisi

Manşonun arızalanmasını beklemeden de etkilerini hissedebilirsiniz.

• 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 genellikle daha fazla hava sürükler; bu da oksijen ve azot kazanımı açısından olumsuzdur. Etkisi sonraki aşamalara da yansır: Pota içine daha temiz çelik girmesi, daha sonra tavada yapılacak işlemleri kolaylaştırır. Bunu tandişte akış kontrolü ve oksijen hakkındaki yazımızda açıklıyoruz.
• Cüruf taşınması artar. Girdap daha erken başlar ve durdurulması zorlaşır. Pota içindeki cüruf miktarının artması, daha fazla pota cürufu işlemi gerektirir ve potanın cüruf hattı için daha fazla risk yaratır.
• Akış farklı yönde ilerler. Eşit olmayan bir delik, akışı pota ağzına doğru veya merkezden uzağa yönlendirebilir.
• Alaşım ilaveleri daha düzensiz hale gelir. Daha hızlı veya düzensiz döküm, alaşımların çözünme şeklini ve cürufa kaybedilen miktarı değiştirir.

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

Döküm Deliğinizi Tanımak

Ölçüm yaparsanız döküm deliği her dökümde veri sağlar. Aşağıdaki plan basittir ve özel bir ekipman 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 işleyin. Düz bir çizgi, aşınmanın düzenli olduğunu gösterir. Yukarı doğru kıvrılan bir çizgi, karbonsuz tabakanın derinleştiğini veya cürufun etkili olmaya başladığını gösterir. Ani bir sıçrama; çatlak, kırılmış bir giriş kenarı veya derz arızası anlamına gelir.

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

Tek bir kovan yanıltıcı olabilir. Sonuca varmadan önce art arda iki veya üç tanesini karşılaştırın.

Aşınmayı yavaşlatmak: Kovan, montaj, uygulama, bakım

Tek bir düzeltme yeterli olmaz. Döküm deliği ömrünü uzatan tesisler genellikle aşağıdaki dört unsurun tamamı üzerinde çalışır.

Kovan malzemesi

• Tane kalitesi. Düşük silika ve kireç içeren, tercihen ergitilmiş yüksek saflıkta magnezya cürufa daha iyi dayanır. Ürettiğimiz kaliteler için MgO-C tuğla sayfamıza bakın.
• Yoğunluk. Açık gözenekliliğin düşük olması, havanın ve cürufun gövdeye ulaşabileceği yolları azaltır.
• Karbon ve antioksidanlar. Karbon kaynağı ve antioksidan katkı paketi, cüruf hattına göre değil, yanma ve yıkanma döngüsüne göre seçilir. Dökümler arasında havada kalan bir kılıfın dengesi, cüruf altında kalan bir tuğlanınkinden farklı olmalıdır.
• Çevreyle uyum. Kılıf, derzi çatlatmayacak şekilde genleşip büzülmelidir.

Geometri ve montaj

• Yuvarlatılmış girişe sahip pürüzsüz bir delik ilk temas noktasındaki türbülansı azaltır.
• Kılıf uzunluğu ve duvar kalınlığı aşınma payını belirler. Genel bir çizim yerine kabınıza uygun çizim isteyin.
• Temiz ve tam bir derz. Dolgu harcı veya dökülebilir refrakter, boşluk kalmadan arayı doldurmalıdır. Yeni kılıfı tedarikçinizin önerdiği şekilde önceden ısıtın.
• Merkezleme ve açı. Birkaç derece kayık duran kılıf tek taraftan aşınır ve akışı hedeften saptırır.

Döküm uygulaması

• Son nokta oksijeni ve cüruf FeO'su. Yüksek oksitlenmiş bir ısı, kılıftaki ve astardaki karbona zarar verir. Düşük son üfleme oksijeni yalnızca tap deliğine değil, her şeye yardımcı olur.
• Eğim açısı ve hızı. Yukarıdaki simülasyon, eğimin girdabın ne zaman başladığını etkilediğini gösteriyor. Kabınızda neyin işe yaradığını kendi denemeleriniz belirleyecektir.
• Cüruf kesme. İyi bir cüruf kesici veya algılama sistemi, cürufun kılıftan geçtiği süreyi azaltır.
• Dökümler arasındaki süre. Havaya ve gaza daha kısa süre maruz kalmak, daha az karbon yanması demektir.
• Dikkatli temizleme ve kapatma. Deliği dikkatlice açıp temizleyin. Giriş kenarında kırılma oluşmasını önleyin.

Bakım

• Ağız kısmının sıcak onarımı, tesis uygulamalarının izin verdiği durumlarda. Tedarik ettiğimiz onarım malzemeleri için BOF konvertör refrakterleri sayfamıza bakın.
• Planlı değişim. Kılıf değişimlerini ölçülmüş bir sınıra ve mümkünse başka bir planlı duruşa bağlayın.
• Yedekleri hazır ve önceden ısıtılmış halde tutun. Sorunsuz bir değişim, ilk dökümü güvence altına alır.

Isı Başına Maliyetin Hesaplanması

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

Duruş maliyeti çoğu zaman kovan maliyetinden daha yüksektir. Bu nedenle daha az döküm dayanan ucuz bir kovan, döküm başına daha pahalıya gelebilir. Basit bir örnek: Bir kovan yüzde 30 daha uzun dayanırsa, döküm başına maliyet önceki düzeyin yaklaşık yüzde 77'sine düşer; bu da duruşların ve hatalı dökümlerin azalmasından elde edilen fayda hesaba katılmadan önce yüzde 23 tasarruf demektir.

Teklif Almak İçin Bize Gönderilecekler

Kendi tesisimizde karbon bağlı refrakterler üretiyoruz. Döküm deliği kovanı için aşağıdaki listeden ne kadar çok bilgi gönderirseniz, ilk teklifimiz ihtiyacınıza o kadar yakın olur.

1. Konvertör kapasitesi ve delik, kovan uzunluğu ve çevresindeki astar dâhil döküm deliği teknik resmi.
2. Mevcut kovan sınıfı ve varsa tedarikçi teknik veri sayfası.
3. Değişime kadar yapılan döküm sayısı, uyguladığınız sınır (çap veya döküm süresi) ve son üç kovanda değişim nedeni.
4. Kullanılmış kovanların giriş, delik duvarı ve çıkış kısmını, aşınma biçimini gösterecek 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.

Bize iletişim sayfamız üzerinden veya sales@ykchanshine.com adresine e-posta göndererek iletin. Karbon bağlı ürünlerimizi nasıl ürettiğimizi ve test ettiğimizi görmek için refrakter fabrikası sayfamızı ziyaret edin.

Kaynaklar & Referans Literatür

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