کاربرد دولومیت کلسینه شده جهت کاهش مصرف نسوز در کوره قوس الکتریکی

 

در کوره های قوس الکتریکی ناحیه فولادسازی از نسوزهایی بر پایه منیزیت به طور گسترده استفاده می شود. در این رابطه در کف کوره های از جرم های کوبیدنی بر پایه MgO و در دیواره های کوره از نسوزهای منیزیت – کربن (MgO-C) با گریدهای مختلف در مناطق مختلف کوره استفاده می شود. انحلال شیمیایی MgO این مواد نسوز در سرباره طی فرایند ذوب آهن اسفنجی در EAF مهمترین مکانیزم خوردگی و مصرف این نسوزها است. در واقع این سرباره ها جهت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی نیازمند مقداری MgO هستند که این MgO را معمولا از نسوز کوره در خود حل می کنند.

بررسی و تحقیقات صنعتی نشان داده است که با شارژ دولومیت کلسینه شده MgO و CaO با مکانیزم خاصی در سرباره حل گشته و سرباره جهت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی MgO مورد نیاز خود را از دولومیت تامین نموده و در نتیجه انحلال MgO از نسوز منیزیتی کوره توسط سرباره کاهش می یابد.

میزان MgO موجود در سرباره کوره قوس الکتریکی قبل از شارژ دولومیت و بعد از آن تفاوت زیادی ندارند. با در نظر گرفتن رابطه زیر :

  • محل تامین MgO موجود در سرباره بدون شارژ دولومیت:

MgO موجود در MgO + DIR موجود در آهک MgO+ حل شده از مواد نسوز منیزیتی

  • محل تامین MgO موجود در سرباره با شارژ دولومیت:

MgO موجود در MgO + DIR موجود در آهک MgO+ حل شده از دولومیت

مشخص می شودکه میزان MgO مورد نیاز در رابطه دوم از انحلال MgO موجود در دولومیت ارزان قیمت نسبت به نسوز تامین می گردد بنابراین عمر نسوز منیزیتی افزایش می یابد.

مکانیزم انحلال دولومیت کلسینه شده در سرباره کوره قوس الکتریکی

از آنجایی که دولومیت کلسینه شده حاوی ذرات CaO و MgO است، مکانیزم انحلال آن مرتبط با انحلال این ذرات است در مورد CaO ، فیلمی از دی کلسیم سیلیکات در سطح تشکیل گشته و در حمام سرباره مذاب راکد مانع انحلال آهک می گردد، در حالی که در حمام سرباره مذاب مغشوش این فیلم به راحتی شکسته و وارد سرباره مذاب می شود. در مورد MgO ، انحلال منیزیت در طی انحلال محلول جامد (Fe,Mg)O که در سطح آن تشکیل می شود پیشرفت می نماید. در مورد دولومیت کلسینه ، در سطح ذرات CaO ممکن است سرباره مذاب در تعادل با 2CaO.SiO2 و در سطح ذرات MgO در تعادل با محلول جامد (Fe,Mg)O باشد.

بر اساس نتایج بدست آمده 2CaO.SiO2 در کنار سرباره مذاب و در فصل مشترک سرباره مذاب – دولومیت تشکیل می شود و محلول جامد (Fe,Mg)O در کنار دولومیت کلسینه و در همین فصل مشترک تشکیل می گردد.

در سرباره مذاب راکد ذرات CaO و MgO شروع به انحلال می نمایند و 2CaO.SiO2 و محلول جامد (Fe,Mg)O بطور همزمان تشکیل می گردد، لیکن 2CaO.SiO2 به خاطر اختلاف در ساختار کریستالی CaO و MgO به راحتی از سطح دولومیت جدا می شود و سرباره مذاب و غنی از FeO داخل درزها نفوذ کرده و محلول جامد (Fe,Mg)O روی سطح دولومیت پخته شده تشکیل می گردد.

در سرباره مذاب مغشوش ، فیلم 2CaO.SiO2 به راحتی جدا و وارد سرباره می شود و پس از آن سطح دولومیت به طور گسترده ای توسط محلول جامد (Fe,Mg)O در صورت بالا بودن مقدار FeO سرباره پوشیده می شود و در نتیجه سرعت انحلال با انحلال محلول جامد (Fe,Mg)O کنترل می گردد.

 

کاربرد دولومیت کلسینه شده بر خواص سرباره در کوره های قوس الکتریکی

همانطور که می دانیم سرباره فولادسازی مهمترین عامل در کنترل پارامتر های تولید می باشد. سرباره فولاد مذاب نقش بسیار مهمی در روند ذوب آهن اسفنجی و تولید فولاد مذاب در کوره قوس الکتریکی و تصفیه آن در پاتیل ایفا می کند ، مهمترین وظایف سرباره عبارتند از :

  • انحلال مواد و عناصر نا مطلوب آهن اسفنجی و فولاد در خود (نظیر s و p و ... )
  • جلوگیری از انحلال گازهای موجود در اتمسفر کوره در فولاد مذاب
  • جلوگیری از انتقال حرارت فولاد مذاب به محیط اطراف و کاهش تلفات حرارتی
  • حفاظت نسوز سقف کوره در برابر تشعشعات شدید فولاد مذاب
  • مهیا نمودن شرایط کاری بهتر در فرایند فولادسازی (نظیر پوشش قوس)

با توجه به موارد فوق سرباره مذاب بایستی خواص فیزیکی مناسب نظیر سیالیت پفکی بودن و همچنین خواص شیمیایی مناسبی نظیر عدم انحلال نسوز کوره در خود ، قابلیت جذب s و p و ... داشته باشد. سرباره مخلوطی از اکسید های مواد کمک ذوب ناخالصیها و برخی مواقع مواد نسوز است که بر روی سطح فلز مذاب در جریان فرایندهای متالورژیکی همراه با گدازش شناور می شود.

در این میان چند معیار مهم جهت ارزیابی کیفیت سرباره وجود دارد. مهمترین معیار ارزیابی کیفیت سرباره ، درجه بازی آن است که با استفاده از ترکیب شیمیایی آن به دست می آید. به طور مثال افزایش درصد MgO به افزایش درجه بازی(بازیسیته) کمک شایانی می نماید.

در اینجا به اثر شارژ دولومیت بر دو پارامتر مهم و اساسی در رابطه با سرباره می پردازیم.

تاثیر شارژ دولومیت کلسینه شده بر بازیسیته سرباره

مهمترین معیار ارزیابی کیفیت سرباره ، درجه بازی سرباره است که با استفاده از ترکیب شیمیایی آن به دست می آید و به چند صورت تعریف می شودکه مهمترین آنها به صورت زیر است:

 

AA

 

همانطور که در رابطه بالا مشخص است افزایش درصد MgO باعث افزایش بازیسیته سرباره می گردد. سرباره ها می توانند حاوی اکسیدهای زیر باشند.

B2O3 , SiO2 , P2O5 , V2O5 , Al2O3 , TiO2 , ZrO2 , MgO , FeO , MnO , CaO

خاصیت بازی اکسیدهای فوق از چپ به راست و خاصیت اسیدی آنها از راست به چپ افزایش می یابد. عامل اصلی سرباره های بازی آهک و عامل اصلی سرباره های اسیدی سیلیس می باشد. هنگامی که مقادیر MgO و Al2O3 در سرباره پایین باشد بهتر است از بازیسیته دوتایی استفاده گردد و در شرایطی که مقادیر این اجزا بالا باشد( نظیر زمان شارژ دولومیت که MgO بالا می رود) بهتر است از اندیس بازیسیته چهارتایی به عنوان شاخص برای سرباره استفاده نمود.

همانطور که می دانید در ابتدای عملیات ذوب گیری و در هنگام ذوب قراضه ، سرباره اکثرا دارای خاصیت اسیدی می باشد و این خاصیت اسیدی شدیدا باعث خوردگی نسوز می گردد. به همین جهت استفاده از دولومیت که دارای مقادیر زیادی MgO و پس از آن CaO است می تواند باعث اشباع سرباره از MgO و همچنین خاصیت بازی آن گردد.

تاثیر شارژ دولومیت کلسینه شده بر پفکی شدن سرباره

مزایای پفکی شدن سرباره بر هیچ کس پوشیده نیست در اینجا تنها برای یادآوری چند مزیت مهم سرباره پفکی را ذکر می نماییم:

  • کاهش مصرف انرژی
  • کاهش مصرف الکترودها ناشی از تشعشعات کمتر از فولاد مذاب
  • کاهش مصرف نسوز ناشی از تشعشعات کمتر به دیواره ها
  • تولید بالاتر ناشی از راندمان حرارتی بالاتر – حفاظت پانل کوره
  • کاهش میزان FeO در سرباره
  • کاهش میزان سرباره تولیدی به ازای تن فولاد
  • کاهش زمان بین دو تخلیه

به طور کلی هرچه سرباره خاصیت پفکی بیشتری داشته باشد و بتواند قوس الکتریکی را بهتر پوشش دهد نسوز کوره را از تشعشع حرارتی قوس حفاظت و همچنین از اتلاف حرارت از طریق تشعشع به بدنه و سقف کوره جلوگیری می نماید و در نتیجه حرارت بیشتری به بستر مذاب منتقل میگردد.

سرباره را در صورتی پفکی می گویند که حجم سرباره مذاب در مقایسه با حجم فاز گازی حل شده در آن کم باشد.

همچنین مذاب و گاز از طریق لایه ای از یکدیگر جدا باشند و حباب های گاز نتوانند به طور آزاد حرکت کنند. برای تشکیل سرباره پفکی ، ویسکوزیته سرباره نقش مهمی را ایفا می کند.

اجزای MgO , FeO , CaO در یک دمای ثابت محدوده فاز همگن مذاب را افزایش و SiO2 ویسکوزیته سرباره را افزایش می دهد. با افزایش CaO و یا MgO ترکیبات 2CaO.SiO2 یا (Fe,Mg) O تشکیل میگردند که ویسکوزیته سرباره را افزایش می دهند و در نتیجه پفکی شدن بهبود می یابد.

علاوه بر ویسکوزیته کشش سطحی سرباره نیز نقش مهمی در کف گونه شدن سرباره ایفا می کند.

به طوری که هرچه کشش سطحی سرباره بیشتر باشد زمان عبور گاز CO از سرباره طولانی تر شده و بنابراین سرباره بهتر پفکی میگردد. MgO از جمله عواملی است که کشش سطحی سرباره را افزایش می دهد و بنابراین باعث بهبود پفکی شدن سرباره می گردد.

البته لازم به ذکر است که طبق روابط پفکی شدن تاثیر ویسکوزیته بیشتر از کشش سطحی است و تاثیر عمده در افزایش پفکی شدن به خاطر شارژ دولومیت کلسینه ناشی از افزایش ویسکوزیته است.