Elektrik ark fırınları için refrakter malzemelere ilişkin genel gereksinimler şunlardır:
(1) Yüksek refrakterlik gereklidir. Ark sıcaklığı 4000°C'yi aşmaktadır ve çelik üretim sıcaklığı 1500~1750°C, bazen 2000°C'ye kadar çıkmaktadır; bu nedenle refrakter malzemelerin yüksek refrakterliğe sahip olması gerekmektedir.
(2) Yük altında yumuşama sıcaklığı yüksek olmalıdır. Elektrikli fırın yüksek sıcaklık yükü koşullarında çalışır ve fırın gövdesi erimiş çeliğin aşınmasına dayanmak zorundadır, bu nedenle refrakter malzemenin yüksek yük altında yumuşama sıcaklığına sahip olması gerekir.
(3) Basınç dayanımı yüksek olmalıdır. Elektrikli fırın astarı, yükleme sırasında yükün darbesinden, ergitme sırasında erimiş çeliğin statik basıncından, boşaltma sırasında çelik akışının aşınmasından ve çalışma sırasında mekanik titreşimden etkilenir. Bu nedenle, refrakter malzemenin yüksek basınç dayanımına sahip olması gerekmektedir.
(4) Isı iletkenliği düşük olmalıdır. Elektrikli fırının ısı kaybını azaltmak ve güç tüketimini düşürmek için, refrakter malzemenin düşük ısı iletkenliğine sahip olması, yani ısı iletkenlik katsayısının düşük olması gerekmektedir.
(5) Isıl kararlılık iyi olmalıdır. Elektrikli fırın çelik üretiminde dökümden yüklemeye kadar geçen birkaç dakika içinde sıcaklık yaklaşık 1600°C'den 900°C'nin altına keskin bir şekilde düşer, bu nedenle refrakter malzemelerin iyi bir ısıl kararlılığa sahip olması gerekir.
(6) Güçlü korozyon direnci. Çelik üretim sürecinde cüruf, fırın gazı ve erimiş çelik, refrakter malzemeler üzerinde güçlü kimyasal aşındırıcı etkilere sahiptir; bu nedenle refrakter malzemelerin iyi korozyon direncine sahip olması gerekmektedir.
Yan duvarlar için refrakter malzemelerin seçimi
MgO-C tuğlalar genellikle su soğutma duvarı olmayan elektrikli fırınların yan duvarlarının yapımında kullanılır. Sıcak noktalar ve cüruf hatları en zorlu çalışma koşullarına maruz kalır. Bu bölgeler sadece erimiş çelik ve cüruf tarafından ciddi şekilde aşındırılıp korozyona uğramakla kalmaz, aynı zamanda hurda eklendiğinde ciddi mekanik etkilere de maruz kalır ve ark kaynaklı termal radyasyona da maruz kalır. Bu nedenle, bu kısımlar mükemmel performans gösteren MgO-C tuğlalarla inşa edilir.
Su soğutmalı duvarlara sahip elektrikli fırınların yan duvarları için, su soğutma teknolojisinin kullanımı nedeniyle ısı yükü artar ve kullanım koşulları daha da zorlaşır. Bu nedenle, iyi cüruf direnci, termal şok stabilitesi ve yüksek ısı iletkenliğine sahip MgO-C tuğlalar seçilmelidir. Karbon içerikleri %10~%20 arasındadır.
Ultra yüksek güçlü elektrikli fırınların yan duvarları için refrakter malzemeler
Ultra yüksek güçlü elektrikli fırınların (UHP fırınları) yan duvarları çoğunlukla MgO-C tuğlalardan, sıcak noktalar ve cüruf hattı bölgeleri ise mükemmel performansa sahip MgO-C tuğlalardan (örneğin tam karbon matrisli MgO-C tuğlalar) inşa edilir. Bu, kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatır.
Elektrikli fırın işletme yöntemlerindeki iyileştirmeler sayesinde fırın duvar yükü azalmış olsa da, UHP fırın ergitme koşullarında çalışırken refrakter malzemelerin sıcak noktaların hizmet ömrünü uzatması hala zordur. Bu nedenle, su soğutma teknolojisi geliştirilmiş ve uygulanmıştır. EBT çıkışlı elektrikli fırınlarda su soğutma alanı %70'e ulaşarak refrakter malzeme kullanımını büyük ölçüde azaltmaktadır. Modern su soğutma teknolojisi, iyi ısı iletkenliğine sahip MgO-C tuğlaları gerektirir. Elektrikli fırının yan duvarlarının yapımında asfalt, reçine bağlayıcılı magnezyum tuğlalar ve MgO-C tuğlalar (%5-%25 karbon içeriği) kullanılır. Şiddetli oksidasyon koşullarında antioksidanlar eklenir.
Redoks reaksiyonlarından en ciddi şekilde etkilenen sıcak nokta bölgeleri için, hammadde olarak büyük kristalli kaynaşmış magnezit içeren, karbon içeriği %20'den fazla olan ve tamamen karbon matrisli MgO-C tuğlalar inşaatta kullanılmaktadır.
Yüksek basınçlı elektrikli fırınlar için MgO-C tuğlalarının en son gelişme yöntemi, yüksek sıcaklıkta pişirme ve ardından asfaltla emprenye ederek, asfaltla emprenye edilmiş MgO-C tuğlaları üretmektir. Tablo 2'den de görülebileceği gibi, emprenye edilmemiş tuğlalara kıyasla, asfalt emprenye ve yeniden karbonizasyondan sonra pişmiş MgO-C tuğlalarının artık karbon içeriği yaklaşık %1 artmakta, gözeneklilik %1 azalmakta ve yüksek sıcaklık eğilme dayanımı ve basınç direnci önemli ölçüde iyileşmektedir, bu nedenle yüksek dayanıklılığa sahiptir.
Elektrikli fırın yan duvarları için magnezyum refrakter malzemeler
Elektrikli fırın astarları alkali ve asidik olmak üzere ikiye ayrılır. Alkali fırın astarlarında alkali refrakter malzemeler (magnezyum oksit ve MgO-CaO refrakter malzemeler gibi) kullanılırken, asidik fırın astarlarında silika tuğlalar, kuvars kumu, beyaz çamur vb. kullanılır.
Not: Fırın astar malzemeleri için, alkali elektrikli fırınlarda alkali refrakter malzemeler, asidik elektrikli fırınlarda ise asidik refrakter malzemeler kullanılır.
Yayın tarihi: 12 Ekim 2023
