Karakterisering av koks från raceway och masugnens döde man

Sammanfattning

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.