artykuł (PL)

MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016), 224-229
www.ptcer.pl/mccm
Korozja żużlowa materiału MgO-C w ujęciu analizy
wymiarowej
Ryszard Lech1, Wiesław Zelik2
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
Zakłady Magnezytowe „ROPCZYCE” S.A., ul. Przemysłowa 1, 39-100 Ropczyce
*e-mail: [email protected]
1
2
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 ogniotrwałego typu MgO-C, użytego do wyłożenia kadzi głównej stalowniczej, w zależności od kluczowych czynników eksploatacji kadzi i korozyjnego
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 kryterialna 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 different 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 operating conditions and corrosive effect of slag on the refractory lining. The equation is characteristic for a specific 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.
Keywords: Corrosion, Dimensional analysis, MgO-C, Refractory materials, Steel ladle
1. Wstęp
Przyczyną zużywania się materiałów ogniotrwałych,
stosowanych w różnych urządzeniach metalurgicznych,
są procesy fizykochemiczne i mechaniczne będące efektem 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 materiałami ceramicznymi, zabudowanymi strefowo, aby zapewnić
równomierne zużycie wyłożenia. Stosuje się kształtki o różnej grubości wykonane z różnych materiałów w zależności
od obciążeń występujących w danej strefie roboczej. W dnie
kadzi zamontowany jest ceramiczny zestaw spustowy oraz
ceramiczny zestaw gazoprzepuszczalny. Schemat budowy
kadzi pokazano na Rys. 1.
Zużycie materiału ogniotrwałego w strefie żużla jest czynnikiem limitującym czas pracy kadzi. W tej strefie materiał
ogniotrwały styka się z cieczą o zmiennych właściwościach
oraz gazami procesowymi wymieszanymi z powietrzem.
W strefie żużla stosowane są tworzywa ogniotrwałe typu
MgO-C. Poniżej strefy żużla znajduje się ciekły metal stykający się z dnem narażonym głównie na obciążenia ter-
224
momechaniczne i udarowe. Nad strefą żużla znajduje się
strefa, nazywana wolną burtą, wykonana najczęściej z materiałów o właściwościach podobnych do właściwości materiałów 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 ciekłymi żużlami jest dobrze poznane i opisane. Faza węglowa z dominującym udziałem grafitów płatkowych, będąca
częścią osnowy materiału, skutecznie zapobiega zjawiskom
kapilarnym. Infiltracja kształtki materiału ogniotrwałego przez
ciekły żużel jest możliwa dopiero po odwęgleniu warstw przypowierzchniowych. Z uwagi na niską porowatość otwartą
materiałów, bardzo niską gazoprzepuszczalność oraz inne
zjawiska fizykochemiczne odwęglanie zachodzi w kilkumilimetrowej warstwie od czoła pracującej kształtki.
Zużywanie się materiałów MgO-C w kontakcie z ciekłym
żużlem zachodzi cyklicznie w następujących etapach: przypowierzchniowe utlenianie węgla przez mieszaninę gazów
lub żużle utleniające, postawanie porowatej warstwy materiału ogniotrwałego, penetracja odwęglonej części materiału przez żużel, reakcja pomiędzy żużlem a materiałem
po odwęgleniu warstwy przypowierzchniowej, ablacyjne/
ISSN 1505-1269
Korozja żużlowa materiału MgO-C w ujęciu analizy wymiarowej
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 – filling 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.
abrazyjne odprowadzenie przereagowanego materiału do
żużla, powrót do początku cyklu.
Na pracę materiałów ogniotrwałych zabudowanych w kadzi wpływ ma szereg czynników, z których najważniejszymi
są: sposób rozgrzewania, czas oddziaływania żużla na wyłożenie ogniotrwałe oraz jego skład chemiczny zmieniający się
w czasie, na który wpływ ma również niewielka ilości żużla
pochodząca np. z pieca łukowego oraz stosowane odtleniacze, dodatki żużlotwórcze i żelazostopy, temperatura spustu
z łukowego pieca elektrycznego oraz temperatury procesów
pozapiecowej obróbki stali, rytmiczność pracy kadzi wynikająca z czasu pracy kadzi wypełnionej metalem, liczbą zatrzymań 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, powodowanego oddziaływaniami cieplnymi, chemicznymi,
mechanicznymi oraz organizacją pracy kadzi. W wyprowadzeniu zależności kryterialnej posłużono się analizą wymiarową. 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 kampanii kadzi o pojemności nominalnej 30 ton. Stal bazowa
przygotowywana jest w łukowym piecu elektrycznym.
Tematyka prognozowania zużycia wyłożenia ogniotrwałego jest analizowana w szeregu publikacjach [1-4].
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.
2. Wybór zmiennych wpływających na
zużycie materiału ogniotrwałego typu
MgO-C w strefie 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, czasem 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 piecokadzi [°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], mz – masą żużla w kadzi stalowniczej w okresie 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 analizowanym żużlu początkowym, pobranym z kadzi głównej (kg/kg żużla) [-], V – udziałem procesów próżniowych
w okresie eksploatacji kadzi [%].
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016)
225
R. Lech, W. Zelik
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
Wybrane zmienne charakteryzują wymianę masy zachodzącą 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 przyjmować wartość zero. Dlatego w równaniu (1) zapisano je
w postaci wyrażeń (1+∆C), (1+WTS), (1+V). Dokonana modyfikacja 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 strefie najwyższego zużycia. Grubość wyłożenia ogniotrwałego badano w 9 kampaniach, określając jego
wartość średnią. Wartość pozostałych zmiennych zawartych
w zależności (1) określano w sposób opisany poniżej.
Średni czas kontaktu, τk, żużla z wyłożeniem ogniotrwałym obliczono jako czas przebywania metalu w kadzi podzielony przez liczbę wytopów podczas kampanii, a jego wartość
obliczono na podstawie kart pracy kadzi.
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.
226
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016)
Temperaturę żużla, Tz, określono jako średnią z najwyższych temperatur metalu w piecokadzi podczas kampanii.
W przypadku różnicy stężeń MgO, ∆C, przyjęto, że żużel
do około 10 min po spuście z łukowego pieca elektrycznego nie jest nasycony tlenkiem MgO. Ewentualna zawartość
tego tlenku w żużlu pochodzi z dodatków żużlotwórczych
podawanych podczas spustu metalu z łukowego pieca elektrycznego oraz z żużla pochodzącego z pieca elektrycznego. Średnią wartość ∆C otrzymano z analiz wykonanych
podczas każdej kampanii przy wykorzystaniu programu
FactSage 7.0, w którym zestawiono średni skład chemiczny żużla oraz MgO w próbce. Obliczenia przeprowadzono
dla temperatury Tz charakterystycznej dla każdej kampanii.
Składy chemiczne żużla, oznaczone metodą XRF uśredniono, a obliczone stężenie nasycenia MgO dla danej kampanii kadzi głównej pokazano w Tabeli 1.
Lepkość kinematyczną żużla, ν, wylicza się przez podzielenie 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 9911:1998 – „Metody badań zwartych formowanych wyrobów
ogniotrwałych. Oznaczanie gęstości pozornej, porowatości
otwartej i całkowitej”. Lepkość dynamiczną żużli wyznaczono 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 kampanii z kart pracy kadzi.
Zmienna SC jest eksperymentalnie określoną szerokością strefy odwęglonej kształtki MgO-C (MWH643) na sku-
Korozja żużlowa materiału MgO-C w ujęciu analizy wymiarowej
Tabela 2. Wartości zmiennych potrzebnych do wyznaczenia współczynników równania kryterialnego.
Table 2. Values of variables used to determine coefficients of the criterial equation.
Nr
kampanii
Liczba
wytopów
u
[cm]
τk
[min]
[min]
τsc
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
3
8,774 ∙ 10
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
4
1,084 ∙ 10
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
4
1,024 ∙ 10
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
3
9,128 ∙ 10
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 ∙ 10
0,007
1,031
1,034
1,333
1,169
4
tek utleniania węgla przez mieszaninę gazów wypełniającą
kadź podczas oczekiwania kadzi na wytop. Zależność SC od
czasu uzyskano eksperymentalnie. Próbki wykonane z materiału 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 poniższe 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 ogniotrwałe 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 ogniotrwałym a jego otoczeniem, zależne od temperatury. Najintensywniejszym procesem jest odwęglanie materiału ogniotrwałego 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 występuje reakcja chemiczna MgO(s)+C(s) = Mg(g)+CO(g), która
znacznie ogranicza szybkość utleniania części powierzchniowej materiału.
Zmienna mSC jest masą odwęglonej części kształtki wyznaczoną 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 materiałem ogniotrwałym MWH643 na wysokości dwóch warstw
kształtek wynoszącej około 200 mm. Grubość części odwęglonej to wartość zmiennej SC obliczona dla średniego
czasu przebywania kadzi w oczekiwaniu na wytop [6].
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016)
227
R. Lech, W. Zelik
4. Obliczenia i wyniki
Analiza wymiarowa rozpatrywanego zjawiska korozji,
przeprowadzona metodą macierzową [7], prowadzi do następującej zależności bezwymiarowej:
u
 v ⋅ Tk   mSC 
⋅ 
=A ⋅
2 

SC
SC   mz 
a
b
c
T 
⋅  z  ⋅
 T0  (3)
⋅ (1 + ∆C ) ⋅ (1 + V ) ⋅ (1 + WTS )
d
e
f
Wartości rozpatrywanych zmiennych, koniecznych do wyznaczenia współczynników A, a, b, c, d, e i f równania kryterialnego zestawiono w Tabeli 2, a wartości liczb kryterialnych, 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 obliczonych od zmierzonych podczas kampanii (u – uobl) pokazano
na Rys. 4.
Współczynniki równania kryterialnego obliczono w programie MathCad Prime wersja 3.1, wykorzystując metodę
najmniejszych kwadratów i algorytm Levenberga-Marquardta w funkcji „minerr”. Otrzymane równanie kryterialne ma
postać:
u
 v ⋅ Tk 
= 0,298
2 
SC
SC 
⋅ (1 + ∆C )
0,962
0,46
m 
⋅  SC 
 mz 
⋅ (1 + V )
0,174
−0,051
T 
⋅  z 
 T0 
0,912
⋅
(4)
⋅ (1 + WTS )
0,315
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 resztkową 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 = 2,7⋅10-5 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 strefie żużla i określić
czy wyłożenie robocze po kampanii spełni standardy bezpieczeństwa.
Wyniki obliczeń: SC(τSC) = 3,865 mm, mSC = 7,42 kg.
Z równania 3 prognozowana wartości ubytku materiału wynosi:
0, 46
uobl




3,865  2,7 ⋅ 10 −5 ⋅ 80 ⋅ 60 
= 0,298 ⋅
⋅
2

1000
 3,865 






 1000 


 1630 
⋅

 1580 
0,912
⋅ (1 + 0,045 )
0,062
⋅ (1 + 0,35 )
0,315
228
 7,42 
⋅

 1000 
⋅ (1 + 0,2)
0,174
⋅
= 0,1167 [m].
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016)
−0,051
⋅
Rys. 4. Różnica pomiędzy wartością rzeczywistą wielkości ubytku
a wartością obliczoną dla każdej analizowanej kampanii kadzi.
Fig. 4. Differences between real and calculated wear of slag zone
lining for each analysed campaign of ladle.
Różnica pomiędzy grubością początkową warstwy a wynikiem obliczonym jest równa 3,57 cm i jest mniejsza niż
przewidziana wewnętrznymi przepisami bezpieczeństwa.
Inżynier procesu powinien zweryfikować założenia kampanii
kadzi ze względu na zużycie materiałów ogniotrwałych.
6. Wnioski
Wielkość ubytku wyłożenia ogniotrwałego kadzi głównej
stalowniczej zależy od rodzaju użytego materiału ogniotrwałego 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 wartości 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 charakterystyczna dla danego rodzaju materiału ogniotrwałego.
Współczynniki równania kryterialnego wyznaczono,
wykorzystując uśrednione w czasie wartości zmiennych
charakterystycznych. Stąd powiększanie w czasie zdefiniowanego w niniejszej pracy zbioru danych procesowych i eksploatacyjnych pozwoli na zwiększenie dokładności obliczeń
współczynników równania kryterialnego.
Jednym z dalszych etapów rozwoju prognozowania zużycia materiałów ogniotrwałych zabudowanych w strefie 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 sfinansowana z programu prac
badawczych Zakładów Magnezytowych „Ropczyce” S.A.
oraz badań własnych prowadzonych w Katedrze Technologii
Materiałów Budowlanych AGH w Krakowie.
Korozja żużlowa materiału MgO-C w ujęciu analizy wymiarowej
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Harmuth, H., Vollmann, S., Rossler, R.: Corrosive wear of refractories in steel ladles – Part I: Fundamentals, UNITECR
2011, 1 – E-12.
Vollmann, S., Harmuth, H., Kronthaler, A.: Corrosive wear of
refractories in steel ladles – Part II: Influence of fluid flow,
UNITECR 2011, 1-E-13.
Vollmann, S., Harmuth, H., Gruber, D.: Investigation of slag
corrosion by fluid dynamics calculations, UNITECR 2011,
paper 086.
Vollmann, S.: Investigation of the rotary slagging test by computational fluid dynamics calculations, Taikabutsu Overseas,
30, 1, (2010), 10-18.
Rymon-Lipiński, T.: Mechanizm działania metalicznych antyutleniaczy w wyrobach ogniotrwałych zawierających węgiel,
Materiały Ogniotrwałe, Nr 1-2, (1990), 1-8.
Zelik, W., Świerszcz, R., Pedryc, B.: Modelowanie zużycia
zasadowych materiałów ogniotrwałych w laboratoryjnym,
bębnowym piecu obrotowym, Materiały Ceramiczne, 67, 3,
(2015), 4-8.
Szirtes, T.: Applied Dimensional Analysis and Modelling, Elsevier Science & Technology Books, 2nd edit., 2007, 163179.
♦
Otrzymano 27 czerwca 2016, zaakceptowano 12 lipca 2016.
MATERIA£Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 68, 3, (2016)
229