Karakterisering av koks från raceway och masugnens döde man
Vid Masugn 3, SSAB Tunnplåt AB i Luleå, pågår arbete för att vidareförbättra råjärnets kvalitet genom minskad variation av Si och för att ytterligare minska förbrukningen av reduktionsmedel. För att få en ökad kunskap om tillståndet i den nedre delen av Masugn 3 utfördes i april 2004 en koksborrning ur tre av masugnens 32 formor. Försöken ingår i ett forskningsprojekt inom Jernkontorets forskningsprogram. Syftet med examensarbetet var att karaktärisera raceway och den döde mannen genom att studera borrkärnorna, processdata, koks från forma provtagen genom koksrakning, manuell mätning av racewaydjup och racewaydjupsmätning med radiometrisk utrustning. Till sist undersöktes bottentemperaturen tillsammans med andra parametrar, såsom råjärns- och slagganalyser och råjärnstemperatur, för att fastslå om den döde mannen var aktiv eller inaktiv. Materialet i koksborrningens borrkärnor och till viss del även koks från koksrakningen studerades på följande sätt: • Visuellt på plats i borrkärnan genom mätning och fotografering. • Storleksfördelning och andelsberäkning genom siktning, slaggavskiljning för hand och magnetdragning. Beräkning av medelstorlek på koks. • Hållfasthet för koks från forma genom CSR/CRI-test och hållfasthetsindex (tumling enligt CSR metod). • Analys av flykt, inneboende fukt, aska och S samt kemisk analys genom XRF och XI. • Grafitiseringsgrad av koks i formnivå genom undersökning med XRD. Borrkärnorna indelades olika zoner såsom boshkoks, racewaykoks, bird?s nest, järn, stråk av järnagglomerat och den döde mannen. Förhållandet mellan koks, slagg och magnetiskt material i fraktionerna +20 mm undersöktes. Andelen koks är hög i bosh- och racewayområdet varefter andelen minskar längre in mot masugnens mitt. I bird?s nest området är andelen slagg och magnetiskt material högre då en stor del av smältan verkar ta denna väg ned mot stället. Finesandelen -0,5 mm är låg i bosh- och racewayområdet och ökar in mot den döde mannen. Fines består till största del av oxidiskt material såsom CaO och MgO förutom i en borrkärna som även har en relativt hög halt av koksfines. Gemensamt för borrkärnornas koks och koks från koksrakning är inverterade värden från det vanliga CSR/CRI-testet då ingående produktionskoks testas, det vill säga hög CRI och låg CSR. Koks från bosh- och raceway har låga halter av alkali, men även lägre halter av SiO2 och MgO, då de förångats av de höga temperaturer som råder i området. Koksen får en porösare yta som är mer mottaglig för nötning vilket resulterar i en lägre hållfasthet för koks i detta område. Koks från borrkärnornas döde man har de högsta halterna av alkali. Då alkali katalyserar solution loss reaktionen resulterar detta i att koks från den döde mannen uppvisar den högsta reaktiviteten (CRI) och lägsta varmhållfastheten (CSR). Vid test av hållfasthetsindex inverkar däremot inte alkalihalten då koks från den döde mannen uppvisar en nästan lika hög hållfasthet som ingående produktionskoks. Koksens grafitiseringsgrad är ett mått på vilken temperatur materialet blivit utsatt för, högre temperatur ger högre grafitiseringsgrad. Resultaten visade att boshkoksen har den högsta grafitiseringsgraden, därefter minskar grafitiseringsgraden något i raceway. I birds?s nest och den döde mannen har en betydligt lägre grafitiseringsgrad. Koks från koksrakning visade också på hög grafitisering och indikerar att raceway troligtvis böjs av uppåt och styr gasflödet mot masugnens vägg i boshområdet. Mätning av racewaydjupet visade att de driftparametrar som påverkar djupet på raceway i positiv riktning är främst blästerhastighet i forma och flamtemperatur. Blästerhastighet i forma är direkt beroende av bland annat blästerflöde och topptryck medan flamtemperaturen har starkt samband med kolpulver- och syrgasflöde. Analys av bottentemperatur och olika råjärnsparametrar visade att den döde mannen är aktiv i Masugn 3 i Luleå. Resultatet stöds av en hög grafitiseringsgrad och låg förslaggning i borrkärnorna samt en avtagande Fe-halt i borrkärnornas döde man.