www.ptcer.pl/mccm
1. Wstęp
Przyczyną zużywania się materiałów ogniotrwałych, stosowanych w różnych urządzeniach metalurgicznych, są procesy fi zykochemiczne i mechaniczne będące efek-tem kontaktu z agresywnymi chemicznie cieczami, gazami bądź ciałami stałymi. Przykładem może być kadź główna stalownicza, przeznaczona do wytwarzania stali w obróbce pozapiecowej. Kadź jest metalowym, stożkowym, otwartym zbiornikiem, od wewnątrz wyłożonym ogniotrwałymi materia-łami ceramicznymi, zabudowanymi strefowo, aby zapewnić równomierne zużycie wyłożenia. Stosuje się kształtki o róż-nej grubości wykonane z różnych materiałów w zależności od obciążeń występujących w danej strefi e roboczej. W dnie kadzi zamontowany jest ceramiczny zestaw spustowy oraz ceramiczny zestaw gazoprzepuszczalny. Schemat budowy kadzi pokazano na Rys. 1.
Zużycie materiału ogniotrwałego w strefi e żużla jest czyn-nikiem limitującym czas pracy kadzi. W tej strefi e materiał ogniotrwały styka się z cieczą o zmiennych właściwościach oraz gazami procesowymi wymieszanymi z powietrzem. W strefi e żużla stosowane są tworzywa ogniotrwałe typu MgO-C. Poniżej strefy żużla znajduje się ciekły metal sty-kający się z dnem narażonym głównie na obciążenia
ter-momechaniczne i udarowe. Nad strefą żużla znajduje się strefa, nazywana wolną burtą, wykonana najczęściej z teriałów o właściwościach podobnych do właściwości ma-teriałów strefy żużla, ale o nieco niższych parametrach (np. mniejszym lub zerowym udziałem topionego MgO, często mniejszą zawartością węgla, wyższą porowatością otwartą, niższą gęstością pozorną).
Zużywanie się materiałów typu MgO-C w kontakcie z cie-kłymi żużlami jest dobrze poznane i opisane. Faza węglo-wa z dominującym udziałem grafi tów płatkowych, będąca częścią osnowy materiału, skutecznie zapobiega zjawiskom kapilarnym. Infi ltracja kształtki materiału ogniotrwałego przez ciekły żużel jest możliwa dopiero po odwęgleniu warstw przy-powierzchniowych. Z uwagi na niską porowatość otwartą materiałów, bardzo niską gazoprzepuszczalność oraz inne zjawiska fi zykochemiczne odwęglanie zachodzi w kilkumili-metrowej warstwie od czoła pracującej kształtki.
Zużywanie się materiałów MgO-C w kontakcie z ciekłym żużlem zachodzi cyklicznie w następujących etapach: przy-powierzchniowe utlenianie węgla przez mieszaninę gazów lub żużle utleniające, postawanie porowatej warstwy ma-teriału ogniotrwałego, penetracja odwęglonej części mate-riału przez żużel, reakcja pomiędzy żużlem a materiałem po odwęgleniu warstwy przypowierzchniowej, ablacyjne/
R
L
1, W
Z
21AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków 2Zakłady Magnezytowe „ROPCZYCE” S.A., ul. Przemysłowa 1, 39-100 Ropczyce
*e-mail: lech@agh.edu.pl
Korozja żużlowa materiału MgO-C w ujęciu analizy
wymiarowej
Streszczenie
Warunki eksploatacji materiałów ogniotrwałych stosowanych w różnych urządzeniach są zmienne, a szereg różnych czynników ma wpływ na trwałość tych materiałów. Podjęto próbę wyznaczenia zależności kryterialnej określającej stopień zużycia materiału ogniotrwałe-go typu MgO-C, użyteogniotrwałe-go do wyłożenia kadzi głównej stalowniczej, w zależności od kluczowych czynników eksploatacji kadzi i korozyjneogniotrwałe-go oddziaływania żużla na ogniotrwałe wyłożenie kadzi. Kształt proponowanej zależności kryterialnej jest charakterystyczny dla wybranego urządzenia, ale współczynniki tej zależności są zmienne i charakterystyczne dla konkretnego materiału ogniotrwałego. Zależność kry-terialna wyprowadzona w niniejszej pracy stosuje się do materiału MWH643 przeznaczonego na wyłożenie ogniotrwałe kadzi głównej stalowniczej.
Słowa kluczowe: analiza wymiarowa, kadź główna, korozja, materiały ogniotrwałe,MgO-C
SLAG CORROSION OF MgO-C MATERIALS IN ATTITUDE OF DIMENSIONAL ANALYSIS
Working conditions for refractory materials applied in various high temperature devices are variable, and the lifetime of these materials depends on many diff erent factors. Therefore an attempt to determine a dimensionless dependency of wear degree of MgO-C materials used for a steel ladle lining has been undertaken. The form of the dimensionless equation consists of key factors of ladle ope-rating conditions and corrosive eff ect of slag on the refractory lining. The equation is characteristic for a specifi c high temperature device, but its constant and exponents are variable and distinctive to the type of refractory material in use. The relationship, which was elaborated, was accurate for the material MWH643 used in refractory linings of steel ladles.
abrazyjne odprowadzenie przereagowanego materiału do żużla, powrót do początku cyklu.
Na pracę materiałów ogniotrwałych zabudowanych w ka-dzi wpływ ma szereg czynników, z których najważniejszymi są: sposób rozgrzewania, czas oddziaływania żużla na wyło-żenie ogniotrwałe oraz jego skład chemiczny zmieniający się w czasie, na który wpływ ma również niewielka ilości żużla pochodząca np. z pieca łukowego oraz stosowane odtlenia-cze, dodatki żużlotwórcze i żelazostopy, temperatura spustu z łukowego pieca elektrycznego oraz temperatury procesów pozapiecowej obróbki stali, rytmiczność pracy kadzi wynika-jąca z czasu pracy kadzi wypełnionej metalem, liczbą zatrzy-mań kadzi, podczas których spada temperatura wyłożenia do temperatury otoczenia oraz łączny czas utrzymywania kadzi w gotowości do kolejnego wytopu, poziom metalu w kadzi oraz procesy pozapiecowej obróbki stali np. w piecokadzi, na stanowisku do odgazowania stali i inne.
Celem pracy jest wyprowadzenie zależności kryterialnej do prognozowania zużycia materiałów ogniotrwałych typu MgO-C podczas kampanii kadzi głównej stalowniczej, po-wodowanego oddziaływaniami cieplnymi, chemicznymi, mechanicznymi oraz organizacją pracy kadzi. W wyprowa-dzeniu zależności kryterialnej posłużono się analizą wymia-rową. Niezbędne dane liczbowe zebrano z obserwacji pracy kształtek wyłożenia ogniotrwałego pokazanych na Rys. 2, wykonanych z materiału magnezjowo-węglowego w gatunku MWH643. W celu zebrania danych przenalizowano 9 kam-panii kadzi o pojemności nominalnej 30 ton. Stal bazowa przygotowywana jest w łukowym piecu elektrycznym.
Tematyka prognozowania zużycia wyłożenia ogniotrwałe-go jest analizowana w szeregu publikacjach [1-4].
2. Wybór zmiennych wpływających na
zużycie materiału ogniotrwałego typu
MgO-C w strefi e żużla kadzi głównej
stalowniczej
Z obserwacji pracy kadzi głównej stalowniczej wynika, że wielkość ubytku ogniotrwałej kształtki podczas kampanii jest zależna od następujących zmiennych:
u = f(τk,mSC,Tz,SC,v,mz,T0,(1+WTS),(1+∆C),(1+V) (1)
gdzie: u jest wielkością ubytku materiału wyrażoną liniową stratą wyłożenia ogniotrwałego [m], τk – jednostkowym,
cza-sem kontaktu ciekłego żużla z wyłożeniem ogniotrwałym o znanej powierzchni, liczonym na 1 wytop [s], mSC – masą
odwęglonej części kształtki będącą w kontakcie z ciekłym żużlem podczas eksploatacji w kadzi stalowniczej w czasie τk [kg], Tz – temperaturą żużla podczas obróbki w
piecoka-dzi [°C], SC szerokością strefy odwęglonej kształtki MgO-C (MWH643) na skutek utleniania węgla przez mieszaninę gazów wypełniającą kadź [m], ν – lepkością kinematyczną żużla [m2/s], m
z – masą żużla w kadzi stalowniczej w
okre-sie eksploatacji [kg], T0 – temperaturą odniesienia czyli najniższą temperaturą podczas obróbki stali w piecokadzi [K], WTS – udziałem wytopów z temperaturami spustu (TS)
z elektrycznego pieca łukowego przy czym TS >1640 °C [%], C = Cs – C0, przy czym Cs jest stężeniem nasycenia
MgO (kg MgO/kg żużla) [-], a C0 – stężeniem MgO w ana-lizowanym żużlu początkowym, pobranym z kadzi głów-nej (kg/kg żużla) [-], V – udziałem procesów próżniowych w okresie eksploatacji kadzi [%].
Rys. 1. Schemat zabudowy kadzi głównej stalowniczej materiałami ogniotrwałymi: 1 – kołnierz stalowy, 2 – podbicie, 3 – wyłożenie robocze, 4 – zasypka uszczelniająca, 5 – warstwa ochronna α, 6 – warstwa ochronna β, 7 – warstwa izolacyjna, 8 – pancerz stalowy, 9 – denna warstwa robocza, 10 – warstwa ochronna dna, 11 – zestaw gazoprzepuszczalny, 12 – warstwa uderzenia, 13 – zestaw spustowy, 14 – masy konstrukcyjne.
Fig. 1. Scheme of steel ladle refractory lining: 1 – steel ring, 2 – closing ring, 3 – working lining, 4 – fi lling mixes, 5 – safety lining α, 6 – safety lining β, 7 – insulation layer, 8 – steel shell, 9 – bottom working layer, 10 – bottom safety lining, 11 – gas purging set, 12 – layer of impact, 13 – tap hole set, 14 – construction mixes.
Rys. 2. Kształtka wykorzystana do zabudowy strefy żużla kadzi: h – grubość warstwy roboczej, l – wysokość jednej warstwy roboczej w gatunku MWH643.
Fig. 2. Shape used for lining of steel ladle’s slag zone, quality MWH643: h – thickness of slag zone working layer, l – height of single slag zone working layer.
Temperaturę żużla, Tz, określono jako średnią z
najwyż-szych temperatur metalu w piecokadzi podczas kampanii. W przypadku różnicy stężeń MgO, C, przyjęto, że żużel do około 10 min po spuście z łukowego pieca elektryczne-go nie jest nasycony tlenkiem MgO. Ewentualna zawartość tego tlenku w żużlu pochodzi z dodatków żużlotwórczych podawanych podczas spustu metalu z łukowego pieca elek-trycznego oraz z żużla pochodzącego z pieca elektryczne-go. Średnią wartość C otrzymano z analiz wykonanych podczas każdej kampanii przy wykorzystaniu programu FactSage 7.0, w którym zestawiono średni skład chemicz-ny żużla oraz MgO w próbce. Obliczenia przeprowadzono dla temperatury Tz charakterystycznej dla każdej kampanii.
Składy chemiczne żużla, oznaczone metodą XRF uśred-niono, a obliczone stężenie nasycenia MgO dla danej kam-panii kadzi głównej pokazano w Tabeli 1.
Lepkość kinematyczną żużla, ν, wylicza się przez podzie-lenie lepkości dynamicznej żużla przez jego gęstość, przy czym gęstość pozorną żużla przyjęto jako stałą wynoszącą 2650 kg∙m-3 z badania przeprowadzonego wg PN-EN 991-1:1998 – „Metody badań zwartych formowanych wyrobów ogniotrwałych. Oznaczanie gęstości pozornej, porowatości otwartej i całkowitej”. Lepkość dynamiczną żużli wyznaczo-no przy użyciu programu FactSage 7.0 (moduł Viscosity). Obliczenia wykazały, że każdy z żużli w temperaturze Tz
jest homogeniczną cieczą, gdyż udział cieczy każdorazowo przekraczał 99,9%. Wyniki obliczeń wartości ν dla kolejnej analizowanej kampanii kadzi są następujące: 0,080, 0,071, 0,073, 0,073, 0,084, 0,081, 0,084, 0,080 i 0,080 kg1∙m-1∙s-1
. Średnią masę żużla, mz, wyznaczono z ilości dodatków
żużlotwórczych dodawanych podczas spustu, przy czym uwzględniono także podawane dodatki odtleniające.
Temperatura odniesienia, T0, jest najniższą temperaturą obróbki metalu w każdej kampanii piecokadzi.
Zmienna WTS jest udziałem liczby spustów z łukowego
pieca elektrycznego, w których temperatura była równa bądź przekroczyła 1640 °C.
Zmienna V jest udziałem liczby wytopów w kampanii, podczas których umieszczano kadź w zbiorniku próżniowym i poddawano odgazowaniu.
τSC jest średnim czasem utrzymywania kadzi w gotowości
przed kolejnym wytopem, wyznaczonym dla każdej kampa-nii z kart pracy kadzi.
Zmienna SC jest eksperymentalnie określoną szeroko-ścią strefy odwęglonej kształtki MgO-C (MWH643) na sku-Wybrane zmienne charakteryzują wymianę masy
zacho-dzącą w trakcie korozji chemicznej (u, SC, mSC, mz, ν, τk, Tz, T0 i C) oraz warunki eksploatacji kadzi (WTS i V). Zmienne
C, WTS i V są niemianowane, a prócz tego mogą
przyj-mować wartość zero. Dlatego w równaniu (1) zapisano je w postaci wyrażeń (1+C), (1+WTS), (1+V). Dokonana
mody-fi kacja pozwala uniknąć nierealnej, zerowej wartości ubytku
u przy zerowaniu się którejkolwiek wielkości C, WTS lub V.
Konwekcyjne ruchy płynnego żużla mają również wpływ na korozję materiału ogniotrwałego, ale w prezentowanym podejściu do prognozowania ubytku materiału typu MgO-C nie ujęto tego zjawiska w funkcji (1).
3. Wyznaczanie wartości wybranych
zmiennych
Ubytek kształtki kadzi jest różnicą pomiędzy grubością początkową kształtki wynoszącą 152,4 mm a jej grubością resztkową. W kilku miejscach mierzono grubość resztkową wyłożenia w strefi e najwyższego zużycia. Grubość wyłoże-nia ogniotrwałego badano w 9 kampawyłoże-niach, określając jego wartość średnią. Wartość pozostałych zmiennych zawartych w zależności (1) określano w sposób opisany poniżej.
Średni czas kontaktu, τk, żużla z wyłożeniem
ogniotrwa-łym obliczono jako czas przebywania metalu w kadzi podzie-lony przez liczbę wytopów podczas kampanii, a jego wartość obliczono na podstawie kart pracy kadzi.
Tabela 1 Średnie składy chemiczne żużli kadziowych, pobieranych w początkowym etapie obróbki pozapiecowej
Table 1 Average chemical compositions of slag ladle collected from the beginning at the stage of secondary metallurgical process.
Kampania CaO [%] Al2O3 [%] SiO2 [%] MgO [%] Fe2O3 [%] Cs [%]
1 40,1 21,9 21,5 8,8 7,7 12,78 2 41,1 20,9 19,1 10,3 8,6 11,32 3 42,3 21,4 19,8 8,6 7,9 11,38 4 41,9 20,3 20,5 8,5 8,8 11,55 5 39,2 23,1 20,7 9,4 7,6 12,84 6 40,2 22,2 20,5 9,8 7,3 12,28 7 40,5 22,8 20,6 10,0 6,1 12,29 8 40,4 22,9 20,2 9,6 6,9 12,31 9 39,6 22,5 20,6 9,2 8,1 12,66
Rys. 3. Zależność grubości strefy odwęglenia (SC) materiału MWH643 od czasu przetrzymania próbek τ w 900 °C.
Fig. 3. Relation between decarbonized layer thickness (SC) of MWH643 material and time of the process (τ). Decarbonization was carried out at a temperature of 900 °C.
tek utleniania węgla przez mieszaninę gazów wypełniającą kadź podczas oczekiwania kadzi na wytop. Zależność SC od czasu uzyskano eksperymentalnie. Próbki wykonane z ma-teriału MWH643 przetrzymywano w temperaturze 900 °C w czasie 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210 i 240 minut. Wyniki eksperymentu przedstawiono na Rys. 3. Temperaturę testu przyjęto jako średnią z przedziału temperatur 800-1000 C, w którym przetrzymuje się kadź przed następnym wytopem. Dla każdego czasu przetrzymania, po przecięciu 5 próbek o wymiarach 7 cm × 7 cm × 7 cm, mierzono grubość strefy odwęglenia. Przyjęto, że dla materiału MWH643 grubość strefy odwęglania jest liniową funkcją czasu, uzyskując po-niższe równanie regresji:
SC(τSC) = a ∙ τSC + b (2)
gdzie: τSC (0,5 h; 4 h), a = 0,017 mm∙min-1, b = 0,465 mm; τ jest wyznaczany z kart pracy.
Wyróżnić można dwa mechanizmy powstawania strefy odwęglonej: przez oddziaływanie żużla na wyłożenie ognio-trwałe lub przez oddziaływanie mieszaniny gazów bogatych w tlen na wyłożenie podczas trwania procesu
pozapiecowe-go. Mechanizm odwęglania można rozpatrywać również ze względu na reakcje chemiczne między materiałem ognio-trwałym a jego otoczeniem, zależne od temperatury. Najin-tensywniejszym procesem jest odwęglanie materiału ognio-trwałego w kontakcie z mieszaniną gazową w temperaturach z przedziału 800 °C do 1000 °C na skutek utleniania części węglowej tlenem z mieszaniny gazowej. W temperaturach powyżej 1600 °C utlenianie części węglowej materiału nie jest już tak intensywne [5]. W tym zakresie temperatur wy-stępuje reakcja chemiczna MgO(s)+C(s) = Mg(g)+CO(g), która znacznie ogranicza szybkość utleniania części powierzch-niowej materiału.
Zmienna mSC jest masą odwęglonej części kształtki
wy-znaczoną przy założeniu, że stanowi ona iloczyn gęstości pozornej odwęglonej części materiału (ρsc = 2450 kg/m3)
oraz objętości materiału MWH643, która bezpośrednio kontaktuje się z żużlem podczas pracy. Objętość materiału wyznaczono przyjmując, że żużel kontaktuje się z materia-łem ogniotrwałym MWH643 na wysokości dwóch warstw kształtek wynoszącej około 200 mm. Grubość części od-węglonej to wartość zmiennej SC obliczona dla średniego czasu przebywania kadzi w oczekiwaniu na wytop [6]. Table 2. Values of variables used to determine coeffi cients of the criterial equation.
Nr kampanii Liczba wytopów u [cm] τk [min] τsc [min] SC [min] mSC [kg] mz [kg] Tz [°C] ΔC [%] ν [m2/s] T0 [°C] V [%] WTS [%] 1 36 13,5 99,2 233 4,5 8,26 1442 1635 3,98 2,98 ∙ 10-5 1562 38,9 22,4 2 50 10,7 75,8 171 3,4 6,91 910 1627 1,02 2,65 ∙ 10-5 1572 32,0 13,6 3 43 12,9 100,9 201 3,9 7,49 1312 1633 2,78 2,72 ∙ 10-5 1568 32,6 21,8 4 44 12,7 95,8 221 4,3 8,01 1192 1628 3,05 2,72 ∙ 10-5 1561 25,0 16,3 5 43 12,8 96,1 215 4,2 7,87 996 1628 3,44 3,13 ∙ 10-5 1569 34,9 18,3 6 48 11,6 76,5 164 3,3 6,52 1160 1627 2,48 3,02 ∙ 10-5 1565 22,9 19,6 7 46 12,3 81,6 210 4,1 7,68 1001 1629 2,29 3,13 ∙ 10-5 1573 26,1 21,4 8 44 12,8 97,9 216 4,2 7,87 953 1634 2,71 2,98 ∙ 10-5 1583 31,8 18,8 9 42 13,0 98,7 208 4,1 7,68 1164 1631 3,41 2,98 ∙ 10-5 1574 33,3 16,8
Tabela 3. Obliczone wartości liczb kryterialnych zawartych w równaniu (2). Table 3. Calculated values of numbers included in equation (2).
Π Π1 Π2 Π3 Π4 Π5 Π6 30,000 8,774 ∙ 103 0,006 1,040 1,040 1,389 1,224 31,471 1,042 ∙ 104 0,008 1,030 1,010 1,320 1,136 33,077 1,084 ∙ 104 0,006 1,035 1,028 1,326 1,218 29,535 8,468 ∙ 103 0,007 1,037 1,031 1,250 1,163 30,476 1,024 ∙ 104 0,008 1,032 1,034 1,349 1,183 35,152 1,274 ∙ 104 0,006 1,034 1,025 1,229 1,196 30,000 9,128 ∙ 103 0,008 1,030 1,023 1,261 1,214 30,500 9,940 ∙ 103 0,008 1,027 1,027 1,318 1,188 31,707 1,052 ∙ 104 0,007 1,031 1,034 1,333 1,169
4. Obliczenia i wyniki
Analiza wymiarowa rozpatrywanego zjawiska korozji, przeprowadzona metodą macierzową [7], prowadzi do na-stępującej zależności bezwymiarowej:
c z b z SC a k T T m m SC T v = A SC u ⋅ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅
(
) (
) (
)
f TS e d W V C ⋅ + ⋅ + Δ + 1 1 1 0 2 ⋅ (3)Wartości rozpatrywanych zmiennych, koniecznych do wy-znaczenia współczynników A, a, b, c, d, e i f równania kry-terialnego zestawiono w Tabeli 2, a wartości liczb kryterial-nych, w kolejności jak w równaniu (2), pokazano w Tabeli 3. Obliczone wartości ubytku u [cm] dla każdej z dziewięciu kampanii kadzi są następujące: 13,8, 10,4, 12,9, 12,3, 13,2, 11,5, 12,1, 12,8 oraz 13,1 cm, a odchyłki wartości obliczo-nych od zmierzoobliczo-nych podczas kampanii (u – uobl) pokazano
na Rys. 4.
Współczynniki równania kryterialnego obliczono w pro-gramie MathCad Prime wersja 3.1, wykorzystując metodę najmniejszych kwadratów i algorytm Levenberga-Marquard-ta w funkcji „minerr”. Otrzymane równanie kryterialne ma postać:
(
)
0,962(
)
0,174(
)
0,315 1 1 1+ΔC ⋅ +V ⋅ +WTS ⋅ 912 , 0 0 051 , 0 46 , 0 2 298 , 0 z z SC k T T m m SC T v SC u ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = − ⋅ (4)Z równania (4) wyliczyć można poszukiwaną wielkość ubytku u.
5. Przykład obliczeniowy
Do zabudowy strefy żużla używane są kształtki w gatunku MWH643 pokazane na Rys. 2. Standardy bezpieczeństwa eksploatacji kadzi określają maksymalną pozostałość reszt-kową wyłożenia strefy żużla na 4 cm. Poniżej tej grubości kadź jest zatrzymywana do przebudowy. Planuje się serię wytopów w kampanii przy założeniu następujących danych: τk = 80 min, mz = 1000 kg, Tz = 1630 °C, T0 = 1580 °C, V = 0,2,
WTS = 0,35, C0 = 8%, Cs = 12,5%, ν = 2,710-5 m2∙s-1, τSC =
200 min, wysokość strefy żużla około 200 mm, początkowa grubość strefy żużla wynosi 15,24 cm. Obliczyć planowane
zużycie materiału ogniotrwałego w strefi e żużla i określić czy wyłożenie robocze po kampanii spełni standardy bez-pieczeństwa.
Wyniki obliczeń: SC(τSC) = 3,865 mm, mSC = 7,42 kg.
Z równania 3 prognozowana wartości ubytku materiału wy-nosi:
(
1+0,35)
0,315=0,1167 ⋅(
1 0,045)
(
1 0,2)
1580 1630 0,912⋅ + 0,062⋅ + 0,174⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ 1000 42 , 7 1000 865 , 3 60 80 10 7 , 2 1000 865 , 3 298 , 0 051 , 0 46 , 0 2 5 ⋅ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − − obl u [m].Różnica pomiędzy grubością początkową warstwy a wy-nikiem obliczonym jest równa 3,57 cm i jest mniejsza niż przewidziana wewnętrznymi przepisami bezpieczeństwa. Inżynier procesu powinien zweryfi kować założenia kampanii kadzi ze względu na zużycie materiałów ogniotrwałych.
6. Wnioski
Wielkość ubytku wyłożenia ogniotrwałego kadzi głównej stalowniczej zależy od rodzaju użytego materiału ogniotrwa-łego i parametrów operacyjnych procesu stalowniczego.
Zaproponowany model jest próbą opracowania równania na stopień zużycia materiałów typu MgO-C w kadzi głównej stalowniczej podczas jej pracy, przy czym obliczenia warto-ści współczynników równania kryterialnego przeprowadzono na podstawie wyników eksploatacji materiału ogniotrwałego MWH643 i tylko dla niego otrzymane równanie może być stosowane.
Zmienna SC zawarta w równaniu kryterialnym jest cha-rakterystyczna dla danego rodzaju materiału ogniotrwałego. Współczynniki równania kryterialnego wyznaczono, wykorzystując uśrednione w czasie wartości zmiennych charakterystycznych. Stąd powiększanie w czasie zdefi nio-wanego w niniejszej pracy zbioru danych procesowych i eks-ploatacyjnych pozwoli na zwiększenie dokładności obliczeń współczynników równania kryterialnego.
Jednym z dalszych etapów rozwoju prognozowania zuży-cia materiałów ogniotrwałych zabudowanych w strefi e żużla kadzi głównej stalowniczej jest uwzględnienie w równaniu kryterialnym wpływu konwekcyjnego ruchu ciekłego żużla na ubytek materiału ogniotrwałego.
Podziękowania
Autorzy dziękują Panu dr inż. hab. Józefowi Wojsie za cenne uwagi wniesione do treści manuskryptu niniejszego artykułu.
Praca została częściowo sfi nansowana z programu prac badawczych Zakładów Magnezytowych „Ropczyce” S.A. oraz badań własnych prowadzonych w Katedrze Technologii Materiałów Budowlanych AGH w Krakowie.
Rys. 4. Różnica pomiędzy wartością rzeczywistą wielkości ubytku
a wartością obliczoną dla każdej analizowanej kampanii kadzi. Fig. 4. Diff erences between real and calculated wear of slag zone lining for each analysed campaign of ladle.
L iteratura
[1] Harmuth, H., Vollmann, S., Rossler, R.: Corrosive wear of re-fractories in steel ladles – Part I: Fundamentals, UNITECR
2011, 1 – E-12.
[2] Vollmann, S., Harmuth, H., Kronthaler, A.: Corrosive wear of refractories in steel ladles – Part II: Infl uence of fl uid fl ow,
UNITECR 2011, 1-E-13.
[3] Vollmann, S., Harmuth, H., Gruber, D.: Investigation of slag corrosion by fl uid dynamics calculations, UNITECR 2011, paper 086.
[4] Vollmann, S.: Investigation of the rotary slagging test by com-putational fl uid dynamics calculations, Taikabutsu Overseas, 30, 1, (2010), 10-18.
[5] Rymon-Lipiński, T.: Mechanizm działania metalicznych anty-utleniaczy w wyrobach ogniotrwałych zawierających węgiel,
Materiały Ogniotrwałe, Nr 1-2, (1990), 1-8.
[6] Zelik, W., Świerszcz, R., Pedryc, B.: Modelowanie zużycia zasadowych materiałów ogniotrwałych w laboratoryjnym, bębnowym piecu obrotowym, Materiały Ceramiczne, 67, 3, (2015), 4-8.
[7] Szirtes, T.: Applied Dimensional Analysis and Modelling, El-sevier Science & Technology Books, 2nd edit., 2007, 163-179.
