เทคโนโลยีการกำจัดตะกรันที่มีประสิทธิภาพช่วยเพิ่มความบริสุทธิ์ของโลหะและปกป้องซับเตาหลอม

ในกระบวนการถลุงโลหะ, การแยกออกจากกัน (การกำจัดตะกรัน) เป็นปฏิบัติการที่มีความสำคัญอย่างยิ่งยวดและมีความท้าทายสูง. เทคนิคการกำจัดความล่าช้าที่มีประสิทธิภาพไม่เพียงเพิ่มความบริสุทธิ์ของโลหะอย่างมีนัยสำคัญโดยการขจัดสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย แต่ยังยืดอายุการใช้งานของซับในวัสดุทนไฟของเตาเผาอีกด้วย, จึงช่วยลดต้นทุนการผลิตและบรรลุกระบวนการถลุงที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้น. บทความนี้นำเสนอการสำรวจเชิงลึกเกี่ยวกับสารทำให้เกิดตะกรันและวิธีการกำจัดตะกรันต่างๆ, และอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีสร้างสมดุลระหว่างการกำจัดสิ่งเจือปนอย่างมีประสิทธิภาพและการป้องกันซับในวัสดุทนไฟ.

Ⅰ. การก่อตัวของตะกรันที่แม่นยำ: ขั้นตอนแรกสู่การกำจัดสิ่งเจือปนอย่างมีประสิทธิภาพ

เป้าหมายหลักของการก่อตัวของตะกรันคือการแนะนำสารฟลักซ์ (ตัวแทนตะกรัน) ที่ทำปฏิกิริยากับออกไซด์, กำมะถัน, ฟอสฟอรัส, และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ภายในโลหะหลอมเหลว. ปฏิกิริยานี้ก่อให้เกิดตะกรันที่มีจุดหลอมเหลวต่ำและมีความหนาแน่นต่ำซึ่งไม่สามารถผสมกับโลหะที่หลอมละลายได้, ปล่อยให้มันลอยขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อการกำจัดในภายหลัง. การเลือกตัวแทนตะกรันที่เหมาะสมเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการกำจัดตะกรันให้สำเร็จ.

ตัวแทน Slagging ทั่วไปและหน้าที่ของพวกเขา

กุญแจสำคัญในการสร้างตะกรันที่มีประสิทธิภาพอยู่ที่การควบคุมตะกรัน “พื้นฐาน” พื้นฐานของตะกรัน (มักแสดงเป็นอัตราส่วน CaO/SiO2) เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณสมบัติทางเคมีของตะกรัน.

• ตะกรันที่มีความเป็นเบสสูง (>1): เหมาะสำหรับกำจัดฟอสฟอรัสและกำมะถัน, แต่อาจมีสภาพคล่องต่ำและรุนแรงต่อวัสดุบุผิวทนไฟที่เป็นกรด.
• ตะกรันพื้นฐานต่ำ (<1): มีความลื่นไหลดีแต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการกำจัดฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์, และก้าวร้าวต่อวัสดุบุผิวทนไฟขั้นพื้นฐาน.

ดังนั้น, ในระหว่างกระบวนการถลุง, องค์ประกอบของสารตะกรันจะต้องปรับแบบไดนามิกตามองค์ประกอบของโลหะที่กำลังแปรรูป, สิ่งสกปรกเป้าหมาย, และวัสดุทนไฟเพื่อให้ได้ความเป็นพื้นฐานและความลื่นไหลของตะกรันในอุดมคติ.

Ⅱ. การขจัดความล่าช้าอย่างชาญฉลาด: ศิลปะแห่งการรักษาสมดุลระหว่างความบริสุทธิ์และการปกป้อง

เมื่อตะกรันก่อตัวและดูดซับสิ่งสกปรกได้เต็มที่แล้ว, ความท้าทายหลักของการดำเนินการขจัดความล่าช้าคือวิธีการกำจัดมันอย่างมีประสิทธิภาพและทั่วถึง ในขณะที่ลดการรบกวนโลหะหลอมเหลวและความเสียหายต่อซับในวัสดุทนไฟ.

วิธีการ Deslagging ทั่วไป

1. การคราดแบบแมนนวล:
   • วิธี: ผู้ปฏิบัติงานใช้คราดด้ามยาวเพื่อดึงตะกรันที่ลอยอยู่จากประตูเตาหลอมลงในหม้อตะกรันด้วยตนเอง.
   • ข้อดี: ยืดหยุ่นได้, ต้องใช้อุปกรณ์ง่ายๆ, และเหมาะสำหรับเตาเผาขนาดเล็กหรือการกำจัดตะกรันเฉพาะที่.
   • ข้อเสีย: ความเข้มแรงงานสูง, ความปลอดภัยต่ำ, ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานเป็นอย่างมาก, มักนำไปสู่การสูญเสียโลหะ, และสามารถไม่สมบูรณ์ได้.
2. การสกิมมิ่งเชิงกล:
   • วิธี: ใช้เครื่องกำจัดแลคเกอร์แบบพิเศษที่มีคราดหรือใบมีดที่ปลายแขนที่ยื่นเข้าไปในเตาเผา. สิ่งเหล่านี้สามารถขับเคลื่อนด้วยระบบนิวแมติกหรือไฮดรอลิก.
   • ข้อดี: ระบบอัตโนมัติระดับสูง, ความเร็ว deslagging ที่รวดเร็ว, การดำเนินงานที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น, และลดความเข้มข้นของแรงงานลงอย่างมาก.
   • ข้อเสีย: การลงทุนเริ่มแรกที่สูงขึ้น, ข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการออกแบบเตาเผา, และค่าบำรุงรักษาแขนกลที่สูงขึ้น.
3. การเอียงและการเท:
   • วิธี: เตาจะเอียงเพื่อเทโลหะหลอมเหลวออกจากรูก๊อก, ในขณะที่ตะกรันที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะถูกกักไว้โดยเขื่อนตะกรัน, ลูกตะกรัน, หรือถูกกวาดออกจากประตูตะกรันที่แยกจากกัน.
   • ข้อดี: เหมาะสำหรับคอนเวอร์เตอร์ขนาดใหญ่และ EAF, ช่วยให้แยกตะกรันและเหล็กจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว.
   • ข้อเสีย: ต้องใช้เทคโนโลยีหยุดตะกรันที่มีประสิทธิภาพสูง; การดำเนินการที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่ “การขนตะกรัน,” ประนีประนอมความบริสุทธิ์ของเหล็กหลอมเหลว.
4. การสูบน้ำ/เครื่องดูดฝุ่น การลดความล้าหลัง:
   • วิธี: ท่อกาลักน้ำที่ทำจากวัสดุทนไฟจะถูกแทรกเข้าไปในชั้นตะกรัน, และใช้สุญญากาศดูดตะกรันออก.
   • ข้อดี: กำจัดตะกรันได้ละเอียดมากโดยแทบไม่มีการสูญเสียโลหะ, ทำให้โลหะมีความบริสุทธิ์สูงมาก.
   • ข้อเสีย: อุปกรณ์ที่ซับซ้อนและค่าบำรุงรักษาสูง; ใช้เป็นหลักในการกลั่นโลหะผสมชนิดพิเศษหรือเกรดเหล็กที่มีข้อกำหนดด้านคุณภาพที่เข้มงวด.
5. การล้างด้วยแก๊สช่วย Deslagging:
   • วิธี: ขณะกำลังคลายตัว, ก๊าซเฉื่อย (เหมือนอาร์กอน) ถูกเป่าลงในอ่างหลอมเหลวผ่านอิฐที่ซึมเข้าไปได้ที่ด้านล่างของเตาหรือผนัง. การกระทำกวนของก๊าซดันตะกรันที่ลอยไปทางประตูตะกรัน, อำนวยความสะดวกในการกำจัด.
   • ข้อดี: กำจัดตะกรันได้อย่างมีประสิทธิภาพ “โซนที่ตายแล้ว,” ปรับปรุงประสิทธิภาพและความสมบูรณ์ของการขจัดความล่าช้า.
   • ข้อเสีย: ต้องใช้ระบบจ่ายก๊าซเพิ่มเติมและอาจทำให้อุณหภูมิโลหะหลอมเหลวลดลงเล็กน้อย.

Ⅲ. การป้องกันซับทนไฟ: กลยุทธ์หลักในการยืดอายุการใช้งาน

การพังทลายของซับในวัสดุทนไฟเป็นกระบวนการเคมีกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งได้รับแรงหนุนจากปัจจัยหลักสามประการ: การกัดกร่อนของสารเคมี, รอยขีดข่วนทางกายภาพ, และการหลุดร่อนด้วยความร้อน.

กลไกเบื้องต้นของการพังทลายของวัสดุทนไฟ

• การกัดกร่อนของสารเคมี: นี่คือสาเหตุที่สำคัญที่สุดของการกัดเซาะ. ส่วนประกอบบางอย่างในตะกรัน (เช่น, เฟ2O, SiO2) ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับออกไซด์พื้นฐานของซับในวัสดุทนไฟ (เช่น, MGO, แคลเซียมโอ), ก่อให้เกิดสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำซึ่งทำให้วัสดุซับในละลายและสลายตัว. ตัวอย่างเช่น, ตะกรันที่เป็นกรดที่มี SiO2 จะกัดกร่อนชั้นอิฐแมกนีเซีย-คาร์บอนพื้นฐาน.
• การขัดถูทางกายภาพ: การไหลของโลหะหลอมเหลวและตะกรันทำให้เกิดการขัดถูและการสึกหรออย่างต่อเนื่องบนซับใน, โดยเฉพาะที่ประตูชาร์จ, รูก๊อก, และเส้นตะกรัน.
• การ Spalling ด้วยความร้อน: ความผันผวนของอุณหภูมิที่รุนแรงในระหว่างรอบการถลุงจะทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนในวัสดุทนไฟ. เมื่อความเครียดนี้เกินความแข็งแรงของวัสดุ, มันนำไปสู่การแตกร้าวและการหลุดร่อน.

มาตรการที่มีประสิทธิภาพในการปกป้องซับวัสดุทนไฟ

1. การปรับสภาพตะกรัน:
   • เพิ่ม MgO ความอิ่มตัว: การตรวจสอบให้แน่ใจว่าตะกรันมีระดับ MgO ที่เพียงพอและอิ่มตัวเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปกป้องวัสดุบุผิวที่มีแมกนีเซีย (ทั่วไปใน EAF และตัวแปลง). เมื่อตะกรันอิ่มตัวด้วย MgO, แนวโน้มที่จะ “โกรก” MgO จากเยื่อบุลดลงอย่างมาก. ซึ่งสามารถทำได้โดยการเติมโดโลไมต์หรือแมกนีเซียที่เผาไหม้ด้วยแสงในระหว่างการก่อตัวของตะกรัน.
   • รักษาพื้นฐานที่สมเหตุสมผล: การรักษาความเป็นพื้นฐานของตะกรันในระดับปานกลางและค่อนข้างคงที่ และการหลีกเลี่ยงความผันผวนที่รุนแรงสามารถชะลออัตราการกัดกร่อนของสารเคมีบนซับในได้.
   • ลด เฟ2O เนื้อหา: ปริมาณ FeO ที่สูงเกินไปในตะกรันจะช่วยเร่งการเกิดออกซิเดชันของวัสดุทนไฟที่มีคาร์บอนและการกัดกร่อนของวัสดุบุผิวที่มีแมกนีเซียมเป็นหลัก. ซึ่งสามารถจัดการได้โดยการควบคุมการเป่าออกซิเจนและความสมดุลของคาร์บอน-ออกซิเจนอย่างเหมาะสม.
2. ตะกรันสาด:
   • นี่เป็นเทคนิคการบำรุงรักษาซับในเชิงรุก. หลังจากเคาะเหล็กแล้ว, ตะกรันที่ปรับองค์ประกอบจำนวนเล็กน้อยจะถูกทิ้งไว้ในเตาเผาโดยเจตนา.
   • จากนั้นไนโตรเจนแรงดันสูงจะถูกเป่าผ่านท่อออกซิเจนเพื่อสาดตะกรันที่มีความหนืดนี้ให้ทั่วผนังเตาหลอม, กลายเป็นสารเคลือบป้องกัน.
   • นี้ “เป่าเคลือบ” ป้องกันวัสดุทนไฟจากการสัมผัสโดยตรงและการกัดกร่อนด้วยเหล็กหลอมอุณหภูมิสูงและตะกรันความร้อนถัดไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ช่วยยืดอายุของซับในได้อย่างมาก. การสาดตะกรันเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการบรรลุอายุการใช้งานที่ยาวนานในตัวแปลงขนาดใหญ่สมัยใหม่.
3. การปรับปรุงการดำเนินงาน Deslagging:
   • การทำงานที่อ่อนโยน: หลีกเลี่ยงการกระแทกอย่างรุนแรงต่อซับวัสดุทนไฟจากแขนกลที่ทำหน้าที่ขจัดความล้าหลัง.
   • ควบคุมเวลา Deslagging: ลดเวลาที่เปิดประตูเตาหลอมให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อลดการสูญเสียการแผ่รังสีความร้อนและการช็อกจากความร้อนที่เยื่อบุ.
   • หลีกเลี่ยงการสกิมมิ่งมากเกินไป: ในบางกรณี, การปล่อยตะกรันที่มีสภาพดีบางๆ ไว้ที่แนวตะกรันสามารถทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันได้จริง.

บทสรุป

การกำจัดความล่าช้าที่มีประสิทธิภาพไม่ใช่การดำเนินการเพียงครั้งเดียว แต่เป็นระบบบูรณาการที่ครอบคลุม ความแม่นยำ การก่อตัวของตะกรัน, การกำจัดความเฉื่อยอย่างชาญฉลาด, และ การป้องกันวัสดุทนไฟเชิงรุก. เป็นองค์ประกอบหลักในการแสวงหาคุณภาพสูงของอุตสาหกรรมโลหะวิทยาสมัยใหม่, ต้นทุนต่ำ, และอายุการใช้งานเตายาวนาน. โดยการคัดเลือกและจัดสัดส่วนสารตะกรันทางวิทยาศาสตร์, สามารถควบคุมคุณสมบัติของตะกรันได้ตั้งแต่เริ่มแรก, วางรากฐานการกำจัดสิ่งเจือปนอย่างมีประสิทธิภาพ. โดยการนำวิธีการและอุปกรณ์ deslagging ขั้นสูงมาใช้, รับประกันความบริสุทธิ์ของโลหะพร้อมทั้งลดการสูญเสียโลหะและความเสี่ยงในการปฏิบัติงาน. วิกฤตที่สุด, โดยการปรับเคมีของตะกรันให้เหมาะสมและใช้เทคนิคล้ำสมัย เช่น การกระเด็นของตะกรัน, สิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นขยะสามารถเปลี่ยนเป็นเครื่องมือสำหรับปกป้องเยื่อบุเตาหลอมได้.

การเรียนรู้และการประยุกต์ใช้เทคนิคที่ครอบคลุมเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุชัยชนะสองเท่าของความบริสุทธิ์ของโลหะที่เพิ่มขึ้นและการป้องกันวัสดุทนไฟที่แข็งแกร่ง, นำไปสู่ประสิทธิภาพในที่สุด, มั่นคง, และการถลุงแร่ที่ใช้ปริมาณน้อยในตลาดที่มีการแข่งขันสูง.