ELEKTRİK ARK OCAKLARINDA KARBON ENJEKSİYONU, CURUF VE REFRAKTER İLİŞKİLERİ
ÖZET
Çalışmada Elektrik Ark Ocaklarında Çelik yapım pratiğinin en önemli proses aşamalarından biri olan Karbon Enjeksiyonu, genelde hedeflenen Enerji tasarrufu sağlama amacının ötesinde curuftaki FeO nun redüksiyonu açısından incelenmekte, yüksek oranda FeO redüksiyonu için operasyon parametrelerinde dikkat edilmesi gereken noktalar özetle sıralanmakta ve FeO redüksiyonunun çelik yapım prosesinin maliyet ve kalite parametreleri açısından önemi vurgulanmaktadır. Son olarak curuftaki FeO nun EAO refrakterine etkileri ve refraktere uyumlu curuf oluşturmak için gerekli koşullar FeO bağlamında belirtilmektedir.
INTERACTIONS OF SLAG, REFRACTORY AND CARBON INJECTION IN EAF
ABSTRACT
The scope of this survey is to investigate Carbon Injection as a process instrument to reduce FeO content of EAF slag. Generally Carbon injection is considered as an application to increase energy efficiency of EAF and to decrease related cost items, but this consideration does not explain all aspects or benefits of Carbon injection. This paper is mainly focused on FeO reduction of EAF slag by Carbon Injection.
Keywords: Slag, Carbon injection, FeO reduction, Refractory erosion, EAF , Foamy slag, Slag saturation.
1) GİRİŞ
Elektrik Ark Ocakları ( EAO) İkinci dünya savaşı öncesi dönemde özel kalite ve alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılan ve göreceli olarak yüksek maliyetli bir çelik yapım ünitesi iken, ikinci dünya savaşı sonrası dönemde, özellikle Schwabe’nin[1] geliştirdiği kavramsal çerçeve içinde kısa ark ve maksimum trafo gücü uygulamaları ve elektrodların bu artan akımları taşıyacak bir biçimde üretilmeleri ile düz karbon çeliklerinin ekonomik bir şekilde üretiminde kullanılmalarına imkan verecek hale gelmişlerdir. EAO’lar giderek konverterlere alternatif bir çelik üretim ünitesi olmuşlardır. Geçmişin çok büyük ölçekli ve ilk yatırım maliyetli Entegre tesislerine alternatif olarak Ark Ocaklarının çekirdeğini oluşturduğu Mini Mill’lerin ortaya çıkışı bu döneme rastlar. Ancak başlangıçtaki yüksek akım değerleri ile çalışma şeklindeki genel pratik, her ne kadar, sıvı çelik ile çalışma aşamasında göreceli daha düşük akım değerlerine inilse bile, yüksek bir enerji, refrakter ve elektrod tüketimi ile sonuçlanmakta idi.Yüksek akım ile çalışma zorunluluğu EAO
2
işletmecilerinin sürekli olarak optimize etmeye çalıştığı bir uygulama olmuştur. Örneğin uzun bir süre uzun arkın getirdiği daha hızlı ve daha ekonomik hurda ergitme avantajından faydalanmak için ergitme aşamasında düşük akım, uzun ark çalışmasını tercih etmişler, ark stabilitesini artırmak için Primer devrede Trafo önüne reaktans ilave etmişler, sıvı banyo ile çalışma döneminde trafonun gücünden maksimum bir şekilde faydalanmak için reaktörü devre dışı bırakarak kısa ark, yüksek güç pratiğini tercih etmişlerdir. EAO’ların daha verimli bir şekilde kullanılmaları özellikle su soğutmalı panellerin devreye girmesi ile birlikte artmıştır. Refrakter tüketiminde tasarruf sağlanmış, bunun ardından yüksek güç faktörü ve uzun ark ile çalışmanın getirdiği daha düşük elektrod tüketimi ve daha hızlı hurda ergitme olanağının elde edilmesi de EAO teknolojisinde devrim niteliğinde adımlar olmuştur. Ancak uzun ark ile çalışmada ark stabilizasyonun sağlanması ve çıplak kalan arkın neden olduğu enerji kaybı ve yansımalar sonucu su soğutma panelleri ile refrakter astara gelen yüksek ısı yükü çözümlenmesi gereken sorunlardan biri olmuştur. 1970 lerde Japonya’da başlayan ve ardından 1980 lerin başında Avrupa’da ve ABD’de yaygınlaşan karbon enjeksiyonu ve kabarık curuf prosesi uygulamaları EAO teknolojisinde uzun arkın tüm ergitme ve ısıtma sürecinde verimli bir şekilde kullanımına izin vermiştir. Karbon enjeksiyonu ve kabarık curuf çalışması artık EAO çelik yapım prosesinin olmaz ise olmaz bir parçası olmuştur. Ark yansımalarının olumsuz etkilerinin ortadan kaldırılması, Super Ultra High Power uygulamalarının önünü açmıştır. Trafo gücü ile ocak tonajı arasındaki oran son zamanlarda 1.0 veya 1.0 a yakın olmaya başlamıştır. Trafo gücünün bu kadar artırılabilmesinde karbon enjeksiyonunun veya kabarık curuf çalışmasının çok büyük rolü vardır. Giderek artan otomasyon uygulamaları, enjeksiyonun robot uygulamaları ile daha standart hale getirilmesi, baca gazı analizlerini temel alarak geliştirilen modeller, ‘post combustion’ uygulamaları ile desteklenmiş karbon enjeksiyonu uygulamaları, enjekte edilen karbon taşıyıcı malzeme kalitesinde meydana gelen gelişmeler, çelik yapım teknolojisinde ileri ülkelerde ve Türkiye’de gündeme gelen ve iyi bilinen uygulamalar olmuşlardır. Ancak bu noktada uzun ark ile çalışmada kabarık curuf çalışmasının katkıları kadar, özellikle yüksek reaktanslı güç girişi prensibi ve elektrod regulasyonunda daha kararlı bir ark oluşumu için geliştirilen elektriksel teknolojilerin katkılarını da unutmamak gerekir.
Ancak eksik bir biçimde Karbon enjeksiyonu genelde sadece kabarık curuf çalışmasını ve dolayısı ile enerji tasarrufu ve refrakter/ soğutma paneli ömründe artışları sağlayan bir uygulama olarak bilinmiş ve uygulanmıştır.
Çalışmamızın amacı, karbon enjeksiyonunun sadece bu çok bilinen yönünü değil, genelde hiç dikkate alınmayan EAO curuf kompozisyonunu düzenleme ve bunun sonucu olarak metalik verim artışı ve refraktere etkilerini de değerlendirmektir.
2) EAO’LARDA KARBON ENJEKSİYONU VE FAYDALARI :
Konumuz her ne kadar karbon enjeksiyonunun özellikle FeO’nun indirgenme yönünü incelemek olsa da başlangıç olarak karbon enjeksiyonunun amaçlarını listelemekte fayda vardır.
a) Kabarık curuf nedeni ile kısa veya uzun arkın tümü ile curuf içinde gizlenmesi ve ark yansımalarının önüne geçilmesi ve böylece mümkün olan en yüksek voltaj değerleri ile çalışabilme imkanının sağlanması,
3
b) Ark yansımalarının önlenmesi nedeni ile refrakter tüketiminin ve enerji kayıplarının azaltılması, ton başına daha düşük elektriksel tüketim değerlerinin sağlanması. Karbon enjeksiyonsuz bir ortamda elektiriksel verimlilik %36 iken, çok iyi ve sürekli bir kabarık curuf uygulamasında bu oran % 93 e kadar yükselmektedir, [2]
c) Daha yüksek üretkenlik ve daha kısa dökümden döküme sürelerinin elde edilmesi,
d) Ark stabilitesindeki artış nedeni ile Elektriksel şebekedeki salınımların azaltılması ve daha düşük Flicker değerlerinin mümkün olması ve ses kirliliğinin azalması,
e) Daha düşük akım ve daha yüksek voltaj değerleri ile çalışabilme imkanı nedeni ile elektrod tüketiminde düşüşlerin sağlanması,
f) Kalınlığına bağlı olarak curufun ısı izolasyonu özelliğine sahip olması ve ısı kayıplarını azaltması,
g) Sıvı metal ile çalışma sürecinde ilave edilen katkı malzemelerinin çözeltiye alınması için daha uygun ortam oluşturması,
h) Çelikteki C-O çarpanının teorik denge değerine yaklaşması ile, döküm alma anında deoksidant elementlerin verimliliğinde artış ve buna bağlı olarak daha temiz çelik üretimi ve daha kısa pota ocağı sürelerinin elde edilebilmesi,
i) EAO’larda kabarık curuf çalışması için uygulanan karbon enjeksiyonu ile curuftaki FeO’nun redüksiyonu ve sistemin metalik veriminde artış,
j) Curuftaki oksijen potansiyelinin düşürülmesi yani curuf deoksidasyonu ile Ca, Si, Mn ve Cr verimliliğinin artırılması, curufun yeniden oksitleme kapasitesinin düşürülmesi.
k) Karbon enjeksiyonu veya karbon giderimi ile çelikte azot gideriminin sağlanması, ayrıca ark nedeni ile oluşan ionizasyon sonucu çeliğin azot kapma riskinin curufun banyoyu koruyucu etkisi nedeni ile azalması,
l) CO’nun okside olması ile exotermik reaksiyon oluşumu ve sisteme kimyasal enerji katkısı, dökümden döküme sürelerde azalma ve üretkenlikte artış.
m) Curufun FeO içeriğindeki düşüş ile refraktere daha dost metalurjik koşulların yaratılması ve refrakter tüketiminin azaltılması.
3) KABARIK CURUF
Kabarık curuf her ne kadar Ark Ocaklı Çelik yapım prosesinde, sistemin termal verimliliğini artırmak ve yukarıda değinilen hedeflerin sağlanması için iradi olarak son yirmi yıldır uygulanılmaya başlanmışsa da, Çelik yapım prosesin gereği olarak, Bazik Oksijen yapım ünitelerinde yani Konverterlerde ve bizatihi EAO larda zaten mevcut olan bir uygulama idi. Curuf kabarma prosesleri benzerlik gösterse de, Konverterler ile EAO lar arasında kabarmanın amacı ve etkileri arasında temel bir farklılık vardır. Konverter prosesinde karbon sıcak metal içerisinde zaten vardır ve temel amaç bu karbonun giderilmesidir, bu giderme prosesinde kendiliğinden oluşan kabarık curuf bir karbon giderme ve termal enerji üretme ortamıdır. Ancak EAO’larda çok yüksek karbonlu çalışma pratiği veya ağırlıklı pik demir ve yüksek fırın çıkışlı sıcak metal kullanılmadığı durumlarda, kabarık curuf genelde ocak refrakter astarını korumak, termal verimlilik sağlamak ve FeO redüksiyonu sağlamak amacı ile iradi olarak uygulanır. EAO’larda karbon enjeksiyonu olarak adlandırılan bir uygulama ile karbon önce artırılır veya karbon ile oksijen birlikte banyoya değişik lanslar ile enjekte edilir ve curuftaki veya çelikteki bu karbon CO haline dönüştürülür ve curuf- gaz çözeltisi oluşturularak kabartılır.
4
4) EAO’LARDA KABARIK CURUF ÇALIŞMASINDA CURUF UN SAHİP OLMASI GEREKEN ÖZELLİKLER ve FeO REDÜKSİYONU
Karbon Enjeksiyonu her ne kadar ağırlıklı olarak kabarık curuf oluşturmak için uygulansa da, bizce özellikle sistemin metalik veriminin artırılması, refraktere daha uyumlu koşulların yaratılması ve metalurjik olarak daha verimli ve kontrol altında bir çelik yapım prosesinin uygulanması için, karbon enjeksiyonu prosesinin özellikle FeO redüksiyonu işlevinin diğer işlevlerinden öne alınması gerekir. Sadece curufun kabarıklığı bir kontrol parametresi olarak ele alındığında ağırlıklı olarak enerji, elektrod ve refrakter tasarrufu hedeflenmiş demektir, oysa FeO redüksiyonunun sağlanması ile tüm çelik yapım prosesi hem çelik kalitesi anlamında hem de proses maliyetleri anlamında kontrol altına alınmış demektir.
EAO curuflarında FeO oluşumu kaçınılmazdır. Kimyasal enerji katkısı sağlamak ve hurda ergitme prosesinin verimliliğini arttırmak için yapılan oksijen enjeksiyonu, yüksek sıcaklıkta metalik şarjın oksidasyonu, metalik şarjdaki pas, kullanılan pik demir veya DRI&HBI, FeO nun kaynaklarıdır. EAO curufundaki yüksek FeO, optimize edilmiş bir çelik yapım prosesi ile kayıp ve zararlı bir curuf komponenti olmaktan çıkarılabilir.
Yüksek FeO aşağıda belirtilen nedenler ile çelik yapım proseslerinde en fazla dikkat edilmesi gereken konulardandır.
a) Düşük metalik verim,
b) Yüksek refrakter aşınması,
c) CxO sabitinin denge konumundan çok uzak olması,
d) EAO’da ve eğer EAO’dan potaya curuf kaçırılıyor ise potada, yüksek yeniden oksitleme potansiyeli,
e) EAO’ da ve potada Si, Mn, Al ve Ca verimliliğinde düşüklük,
f) Alaşım ve kimyasal kompozisyon kontrolünde güçlük,
g) Düşük kükürt giderme hızı,
h) Daha kirli bir çelik üretimi,
i) Yüksek yeniden oksitleme potansiyeli nedeni ile çelikte gaz boşluğu olasılığı,
FeO Redüksiyon Reaksiyonu Mekanizması
Karbon taşıyıcı element olarak genelde Metalurjik veya petro kok tozu, Grafit ve Antrasit kullanılmaktadır. Tüm bu malzemeler tanımlamayı kolaylaştırmak için kok tozu olarak adlandırılacaktır. Lans ile enjekte edilen kok tozu, taşıyıcı gaz ile katı ve gazdan oluşan iki fazlı karışım halinde ergimiş curuf içinde, bir sıvı - gaz ara yüzeyinde reaksiyona başlar. Bu karışımın bir kısmı curuf içindeki FeO ile reaksiyona girer. Ne kadar kok tozunun reaksiyona girdiği, kok tozu miktarına, lans ucunun curuf içindeki konumuna, enjeksiyon açısına, kok tozunun tane iriliğine, kok tozunun çözeltide kalma süresine, kok tozundaki uçucu madde miktarına ve curufun fiziksel ve kimyasal yapısına bağlıdır.[3] Curuf içindeki FeO, enjekte edilmiş katı kok tozu tarafından redüklenme ile birlikte çözeltideki karbon tarafından da redüklenir. Çözeltideki karbon tarafından redüklenme ilkine göre daha hızlıdır. Yani FeO redüksiyonu için tek yol dışarıdan karbon enjeksiyonu değildir, örneğin yüksek oranda pik kullanımı veya yüksek karbonlu DRI kullanımı ile çelik banyosunda C değeri yüksek olarak ergime sağlanabilir ise, bu çözeltideki karbon FeO yu dışarıdan ilave edilen Karbona göre daha hızlı redükleyebilecektir.
5
Kok partikülleri curuf içine penetre ettikten sonra katı ve sıvı fazlar direkt kontağa geçer, bu kontak zamanı çok kısadır ve temel olarak kok tozu boyutuna bağlıdır. Orsten ve Oesters’e göre[4] 500 mikron boyutundaki bir tane için bu 0.3 saniye, 200 mikron büyüklüğünde olanlar için 0.1 saniyedir. Örneğin 60 cm kalınlığındaki bir curuf için kok tozunun curufta kalma süresi, 8-10 saniyedir. Ancak bu zamanın önemli bir bölümü taneciğin reaksiyon sıcaklığına ulaşması için geçer, temel redüksiyon reaksiyonu kok tozunun, curuf içinde yükselmesi esnasında olur. Enjekte edilen malzemenin grafit olması durumunda curufun grafiti ıslatmaması nedeni reaksiyon hızı çok düşük olur. Curuf içindeki kok tozu taneciğinin yüzeyinde CO baloncuğu oluşur, bu baloncuk kok tozunun curuf ile direkt reaksiyona girmesini engeller. Baloncuğu oluşturan sadece CO değildir, ayrıca kok tozundaki uçucu maddelerde baloncuğun içindedir ve bunların miktarına bağlı olarak baloncuğun çapı da değişebilir. Şekil 1, şematik olarak enjeksiyondaki fazları göstermektedir. FeO redüksiyonu anında oluşan kütle transferi, curuf ile sıvı gaz ara yüzeyinde oluşur. Bir demir oksit molekülü CO baloncuğu ile temas ettiğinde çok hızlı bir şekilde aşağıdaki ilk reaksiyon oluşur. [5] Bu reaksiyonun hemen ardından Bouduard reaksiyonu ile CO2 aşağıdaki gibi baloncuğun içine doğru diffuse eder ve karbon taneciği ile reaksiyona girer ve CO oluşur. Şekil 2 bu indirgeme reaksiyonunu göstermektedir
( FeO ) + CO(g) Fe (s) + CO2 (1)
CO2 (g) + C 2CO
------------------------------------------
( FeO ) + C Fe + CO
oluşan CO oksitlenir ve aşağıda görüldüğü gibi ile exotermik bir reaksiyona yol açar.
CO + ½ O2 CO2 ( H= -67.6 Kcal/mol )
Bu oluşum curufun kabarması ile kalmaz, baca gazlarının ve ocak atmosferinin sıcaklığının da artmasına neden olur.
Şekil1) Karbon enjeksiyonunda fazlar.
Şekil 2) Curuf kabarması reaksiyonu
Doğaldır ki bu reaksiyonun oluşması için enjekte edilen kok tozunun curuf içinde kalma süresinin yeterli uzunlukta olması gerekir, tersi durumda örneğin ufak taneler, reaksiyona
giremeden gaz ile birlikte curufta yükselir ve ocak atmosferine karışır. Görüldüğü gibi enjekte edilen kok tozuna reaksiyonunu tamamlaması için bir zaman tanınmalıdır, bu zaman, enjeksiyon koşullarının ve curufun buna göre düzenlenmesi ile ilgili olduğu kadar, ocakta kabaran curufun mümkün olduğu kadar ocakta bekletilip reaksiyonun tamamlanmasına izin verilmesi ile de bağlantılı olduğunu belirtmemiz gerekir. Bu uygulama ocak operatörlerinin rahatlıkla yapabileceği basit, fakat çok hayati sonuçları olan bir pratiktir.
Redüksiyon reaksiyonu kinetiği FeO nun curuf içindeki konsantrasyonu ve bunun curuftaki termodinamik aktivitesi ile direkt ilişkilidir.
Şekil 3)Curuf kalınlığı ve etkileri Şekil 4) Kok tozu tane boyutunun etkileri
Kabaran Curufun Kalınlığı
Şekil 3, Kabarık curuf çalışmasında, kabaran curuf kalınlığına bağlı olarak, çelik, refrakter ve curufun ısınma eğrileri ve termal verimlilikteki değişimler verilmektedir. [6] Her ne kadar ark boyunun uzaması ile, yani elektrod ucu ile metal arasındaki mesafenin artışı ile ısıtma hızında bir düşüş olacağı sanılsa da, kabaran curuf ortamında curufun bazikliğine bağlı olarak ark ortamında oluşan çok yüksek orandaki ionizasyon, arkın çok yoğun bir plasma halinde ve ortamın yüksek elektriksel iletkenliği ile beraber, yüksek bir termal verimlilik değerine ulaşılmasına izin vermektedir. Bu plasmatik gaz akışı, arkı çevreleyen curufun da ısınmasını sağlayacaktır, bu ısınma transfer yüzeyine yani curufun kalın veya ince olmasına bağlı olarak farklı olacaktır. Şekilde görüleceği gibi artan kalınlıkla beraber metal ve curufun ısınma hızı da artmaktadır. Ark yansımalarının artan curuf kalınlığı ile birlikte azalması nedeni ile refrakter astara ve su soğutmalı panellere yansıyan ısı yükünün azalması da şekilden görülmektedir. Tüm bu gelişmelerin doğal sonucu olarak sistemin termal verimliliğinde de artış görülmektedir.
Curuf Kompozisyonu
Metalurjik nedenler ile ve refrakter aşınmasının azaltmak amacı ile çelik yapım prosesinde bazik curuf oluşturulması temel hedeflerdendir, ancak termal verimlilik söz konusu olduğunda, paradoksal bir görünüm söz konusudur. Çok yüksek baziklik değerlerinde sistemin elektriksel verimliliği düşmektedir. Bu noktada bir optimizasyon ya da seçim yapma zorunluluğu vardır. Çok düşük baziklik, metalurjik olarak ve refrakter aşınmasının kimyasal mekanizmaları açısından sakıncalıdır, ancak çok yüksek baziklikte termal ve
7
metalurjik verimlilik açısından sakıncalıdır, her iki noktada çok önemlidir, bu nedenle proses parametrelerinin dizaynında çok bilinçli olmak gerekir. [7]
Genel prensip olarak curuf bazikliğinin artması ile birlikte FeO redüksiyon hızı artar. Her ne kadar asidik bir curufta silikanın neden olduğu düşük yüzey enerjisi gereği, kok tozu penetrasyonu daha kolay olsa da, FeO redüksiyon hızı bazik bir curufta daha yüksektir. Sadece zorunlu olarak düşük debi ile yapılan enjeksiyonlarda, debiyi sabit kabul eder isek, bu kolay penetrasyonun getirdiği, daha fazla taneciğin reaksiyona girme olasılığı nedeni ile, asidik bir curufta daha fazla redüksiyon görülebilir, ancak bu durum genel prensibi bozmaz. Çok yüksek bazikliğe sahip curufların kabarma özelliklerinin düşük olduğunu unutmamak gerekir, ayrıca bu tür curuflar zaten tüm metalurjik işlemlerde düşük verimliliğe sahiptir. Düşük yüzey gerilimi ve artan akışkanlık curufun kabarması için iki temel gerekliliktir. Fakat bununla beraber curuf içinde askıda ikinci fazların olması yüzey geriliminden ve akışkanlıktan daha önemli olabilmektedir. Konunun tek reçetelik bir çözümü yoktur, biribirini etkileyen bir çok parametre olması nedeni ile Çelik üretiminin her noktasında karşılaşıldığı gibi bu noktada da bir optimizasyon yapma zorunluluğu vardır. CaO - MgO- SiO2 ile FeO arasındaki ilişki optimizasyonda dikkate alınması gereken en önemli noktadır. Yüksek oranda FeO redüksiyonu için curufun CaO ve MgO açısından doygunluğa ulaşmış olması gerekir.[8] Yani bazikliğin artması ile beraber FeO redüksiyonu da artacaktır. Basit bir tanımlama ile iyi kabaran bir curuf ne su gibi, ne de katı olmalıdır, en uygun curuf tanımlaması krem gibi olmalıdır. CaO( Ca2SiO2) ve MgO( Magnesia wüstit) katı hal çözeltisine sahip curuflardaki ikinci faz lar curufun kabarması için gerekli olan baloncuklar için bir oluşum noktaları vazifesi görür. Zaten MgO ya doymamış olan EAO curufları Refrakteri aşındırıcı etkiye sahiptir. Konunun bir diğer yönüde FeO miktarı yüksek curufların MgO doyum noktasının da yüksek olmasıdır, yani curufun Refrakterden MgO almaya hazır olmasıdır. Şekil 8 bu ilişkiyi göstermektedir. Bir başka deyiş ile FeO indirgemek için doymuş bir curuf gerekir iken, curufun doymuşluğu da düşen FeO miktarı ile mümkün olabilmektedir. Bu noktada klasik curuf bazikliği tanımlamasının yetersiz kaldığını belirtmemiz gerekir, bir curuf hem bazik hem de yüksek FeO ya sahip olabilir, yüksek FeO redüksiyonu için gereken koşullarda optik bazisite denilen ve FeO yu da içine alan farklı bir tanımlama kullanılmalıdır.
Şekil 5). Uçucu madde miktarı ve FeO Şekil 6) Enjeksiyon debisi & FeO redüksiyon redüksiyonu ilişkisi. hızı ilişkisi.
Kok Tozu Tane Boyu:
Şekil 4, [9]dan görüleceği gibi, tane boyundaki artış FeO redüksiyon hızını tek başına değiştirememektedir. Tane boyutu ile debinin beraberce artışında artan kalış süresi ile birlikte, reaksiyon hızı da artacaktır. Küçük tanecik ile reaksiyonun toplam yüzey alanının artacak olmasına karşın, burada özellikle curuf içindeki kalış süresi ve kalan malzeme miktarı FeO redüksiyon reaksiyonunu etkileyen temel faktör olmaktadır. Diğer bir deyiş ile reaksiyon yüzey alanından fazla, reaksiyona girebilme süresi ve giren toz miktarı daha önemlidir.
Kok Tozunun Uçucu Madde Miktarı:
Reaksiyon mekanizmasında da belirtildiği gibi kok tozundaki uçucu maddeler oluşan ilk CO baloncuğu içinde yer alır. Oluşan gaz filmi kok taneciğinin curuf ile reaksiyon hızını ve dolayısı ile FeO redüksiyon hızını azaltır. Bu nedenle mümkün olduğu kadar düşük uçucu madde içeren Kok tozu kullanılması FeO redüksiyonu açısından önemlidir. Şekil 5 bu ilişkiyi vermektedir.
Enjeksiyon Debisi:
Artan enjeksiyon debisi ile birlikte FeO redüksiyon hızı da artar. Bu direkt olarak reaksiyona giren toz miktarının ve bunun curufta kalma süresinin artması ile ilgilidir. Şekil 6, farklı malzeme ve taşıyıcı gaz debilerinde curuf bazikliğine bağlı olarak FeO redüksiyon hızındaki değişimi vermektedir.
Şekil 7) Curuf bazikliği & FeO redüksiyonu Şekil
Curuftaki FeO miktarı ve Refrakter aşınması ilişkisiCURUFTAKİ FeO MİKTARININ EAO REFRAKTERLERİNİN AŞINMASINA ETKİLERİ
EAO curufundaki yüksek FeO öncelikle curufun MgO ya doygunluk noktasını çok yukarı noktalara çeker. Bir curufun doygunluk noktası, bu curufun belirtilen değere kadar belli bir curuf komponentini çözeltiye alabileceği, bunun ötesinde ise bu komponentin curuf içinde çözülemeyeceği noktadır. Bu nokta curufun genel kompozisyonuna bağlıdır. Örneğin MgO için bu nokta diğer curuf komponentlerinin miktarına bağlıdır. Eğer curufun MgO içeriği doygunluk noktasının altında ise, curufun MgO miktarı bu değere varıncaya kadar
9
Refrakter den curufa MgO transferi gerçekleşir, bu noktaya varıldıktan sonra kimyasal yol ile Refrakterden curufa MgO transferi durur. Şekil 8, curuftaki FeO miktarı ile Curufun refrakterden MgO kapma ilişkisini vermektedir.
FeO nun bir diğer Refrakter aşındırıcı etkisi, bu komponentin curufun ergime derecesini düşürerek onu çok akışkan hale getirmesidir. Akışkan curuf, Refrakterin sıcak yüzeyindeki göreceli gözenekli yüzeye nüfuz eder, Refrakter içindeki diğer komponentler ile düşük ergime noktalı bileşikler oluşturarak, Refrakter ana yapısının çözülmesine neden olur. Curuf penetrasyonun tek olumsuzluğu Refrakter ana yapıyı bozması değildir, penetre eden curuf refrakter sıcak yüzeyinde yoğun bir tabaka oluşmasına neden olur, bu oluşum termal çevrim sürecinde, tuğla ana yapısından farklı bir termo mekanik davranış göstererek yoğun tabakanın ana yapıdan kopmasına neden olur. Bu tür bir aşınma çok sık görülen bir durumdur. Bunlara ilaveten yapılan bir çok çalışma göstermiştir ki, FeO Refrakterdeki MgO tanelerini bile bozunuma uğratabilmektedir.
Bu nedenle EAO larda Refrakter aşınmasını azaltmanın yolu, ya Curuf MgO doyum noktasını curufun diğer komponentlerine müdahele ederek düşürmek, ya da curufun proses başlangıcındaki MgO miktarını iradi olarak artırmaktır. FeO miktarının düşürülmesi bu noktada diğer sayılan faydalarının ve öneminin yanı sıra MgO doyum noktasını düşürmek anlamında da önemli bir enstrümandır. MgO doyum noktasını düşürmenin bir diğer yoluda curufun Al2O3 miktarının artırılmasıdır. Ancak EAO larda bu pratiği uygulamak çok ekonomik değildir. Bu nedenle yukarıda anlatılan FeO redüksiyonu ile beraber hem bu prosesi desteklemek, hem de curufu MgO ve CaO açısından doygunluğuna ulaştırmak için Dolomitik kireç enjeksiyonu veya kalsine manyezit enjeksiyonu önerilebilecek en doğru prosestir.
KAYNAKÇA
1 “Ultrahigh Power Arc Furnaces” Schwabe.W.E. AISE Yearly Proceedings 1969 p. 526.
2 “Injection into the Electric Arc furnace” Guy Lessel and Thierry Laux, Profil Arbed Center de Rechererches, Luxembourg
3 “A Mathematical Model for the reduction Kinetics of Iron Oxide in Electric Furnace Slags by Graphite Injection”/ R.D. Morales, H. Rodrigues Hernandez /ISIJ January 1997
4 S.Orsten and F. Oeters/ Philbrook memorial Symp. Conf. Proceeding /ISS Warrandale1988
5 “Some Kinetic Aspects of Reduction of FeO in Molten Slags by Solute Carbon.” R.K. Pramaguru, H.S. Ray and P. Basu ISIJ 1997
6 “Electric arc furnace steelmaking with quasi-submerged arcs and foamy slags”. Edgar R. Wunsche, Robert Simcoe./ Iron and Steel Engineer.
7 “Electric arc furnace steelmaking with quasi-submerged arcs and foamy slags”. Edgar R. Wunsche, Robert Simcoe./ Iron and Steel Engineer.
8 “ Foamy Slag Fundamentals and Their Practical Application to Electric Furnace Steelmaking E.B. Pretorius , R.C. Carlisle ISM October 1999
9 “A Mathematical Model for the reduction Kinetics of Iron Oxide in Electric Furnace Slags by Graphite Injection”/ R.D. Morales, H. Rodrigues Hernandez /ISIJ January 1997