MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op) 5. Luento - Ti Tulenkestävien aineiden käyttö Case esimerkkejä

Samankaltaiset tiedostot
MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

17. Tulenkestävät aineet

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Kuonanmuodostus ja faasipiirrosten hyödyntäminen kuonatarkasteluissa

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Kuonien rakenne ja tehtävät

Konvertteriprosessien ilmiöpohjainen mallinnus Tutkijaseminaari , Oulu

11. Valuteräksen sulatus ja käsittely

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op) 7. Luento Ke Peitosteet / Valupulverit teräksen valmistuksessa

6. Valokaariuunit. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

Ratkaisee kulumisongelmat lähes kaikissa tilanteissa Kalenborn GmbH:n tuotteiden avulla.

Raudan valmistus masuunissa

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Rautapelletin ominaisuudet masuunia jäljittelevissä olosuhteissa Selvitys pelkistyvyydestä, turpoamisesta ja pehmenemisestä

Koksin laatuun vaikuttaneet tekijät Ruukki Metalsin koksaamolla vuosina

MINERAALI- TUOTTEET Kierrätys ja Mineraalituotteet

8. Induktiokouru-uunit

LPK / Oulun yliopisto

5. Sähköuunit. 5.1 Sähköuunien panostus Tyypillisiä panosraaka-aineita. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Johanna Tikkanen, TkT

Voimalaitoksen uudistaminen Raahen Voima Oy

Pelkistimien ja energian käyttö integroidussa terästehtaassa

3. Polttoaineuunit. 3.1 Kylmäilmakupoliuunit. Raimo Keskinen Pekka Niemi - Tampereen ammattiopisto

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Uppokaariuunin panoksen sähkönjohtavuus. Anne Hietava (os Heikkilä) Prosessimetallurgian tutkimusyksikkö

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET

Outokumpu Tornion Operaatiot. Maailman integroiduin ruostumattoman teräksen tuotantolaitos

Ruukki on metalliosaaja, johon voit tukeutua alusta loppuun, kun tarvitset metalleihin pohjautuvia materiaaleja, komponentteja, järjestelmiä ja

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Mikä on ruostumaton teräs? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Piikarbidi, jalokorundi ja tavallinen korundi

Tärkeitä tasapainopisteitä

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA. Kuonan koostumus kromikonvertteriprosessin aikana. Niilo Pitko

Induktiouunien vuorauksen kuluminen ja turvallinen sulatus

FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET.

Kuonat prosessimetallurgiassa

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta

Kalkkikivestä sementiksi

Näkökulmia teräksen valmistusprosessien tutkimukseen ja kehitykseen

15. Sulan metallin lämpötilan mittaus

Kuva. Upokasuunin öljypoltin

Kuonat prosessimetallurgiassa

Uutta liiketoimintaa jätteestä tuhkien modifiointi ja geopolymerisointi

Korkealämpötilaprosessit

KOVAJUOTTEET Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet.

Korkealämpötilaprosessit

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Korkealämpötilaprosessit

Tulenkestävät materiaalit pyrometallurgisissa prosesseissa

Rautametallien sulametallurgia

Korkealämpötilaprosessit

Pellettien ja puunkuivauksessa syntyneiden kondenssivesien biohajoavuustutkimus

Sulametallurgia (Secondary steelmaking)

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Normaalisti valmistamme vastuksia oheisen taulukon mukaisista laadukkaista raaka-aineista. Erikoistilauksesta on saatavana myös muita raaka-aineita.

Vastusupokasuuneissa irrallinen upokas on sijoitettu ylhäältä avonaiseen uunipesään, jonka seinämillä ovat sähkövastukset.

Dislokaatiot - pikauusinta

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Korkealämpötilaprosessit

B.1 Johdatus teräkseen

AvantGuard. aivan uudenlainen korroosionesto

Absol. monipuolinen imeytysaine

Rakennussementit. Betonilaborantti ja -myllärikurssi Otaniemi, Espoo. Sini Ruokonen. Finnsementti OY

Betonin ominaisuudet talvella. Pentti Lumme

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

MT Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op)

Korkealämpötilaprosessit

Korkealämpötilakemia

12. Amiinit. Ammoniakki 1 amiini 2 amiini 3 amiini kvarternäärinen ammoniumioni

Petri Rantapelkonen TERÄKSEN VALMISTAMINEN

HAPPAMAT SULFAATTIMAAT - haitat ja niiden torjuminen. FRESHABIT, Karjaa Mikael Eklund, Peter Edén ja Jaakko Auri Geologian tutkimuskeskus

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

1. Malmista metalliksi

Korkealämpötilaprosessit

Lattiabetonit Betonin valintakriteerit, pinnoitettavat lattiat

POHJANVAHVISTUSPÄIVÄ 2016 PÄÄKAUPUNKISEUDUN ENERGIANTUOTANNON TUHKIEN KORROOSIOVAIKUTUS

UDDEHOLM VANADIS 4 EXTRA. Työkaluteräksen kriittiset ominaisuudet. Käyttökohteet. Ominaisuudet. Yleistä. Työkalun suorituskyvyn kannalta

monivuotisen yhteistyön tulos

KYT - Syväbiosfääritutkimukset. Malin Bomberg Teknologian tutkimuskeskus VTT

Kenttätutkimus hiiliteräksen korroosiosta kaukolämpöverkossa

Cerablast. -Puhallusaineita lasista, keramiikasta ja korundista-

TEOBAL Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ballistisissa suojamateriaaleissa

J O H D A N T O... E 1. 2

PINTAKÄSITTELY PUHALLUSAINEET

OUTOKUMPU OY MALMINETSINTX

HYPERSPEKTRIKAMERAN KÄYTTÖ TERÄSKUONAN KOOSTUMUSMUUTOSTEN HAVAITSEMISESSA

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

Pehmeä magneettiset materiaalit

Nämä PFA-vuoratut tuotteet ovat luotettava ratkaisu riskialttiisiin prosesseihin

Synteettiset Mobil-teollisuusvoiteluaineet. Suunniteltua suorituskykyä

SORPTIOMATERIAALIEN KÄYTTÖTESTAUKSET OJITETUILLA PINTAVALUTUSKENTILLÄ LOPPUSEMINAARI Heini Postila

SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA.

Pienvesien neutralointikokeet Jermi Tertsunen POPELY

Tutkimuskohteen sijainti: Eli järvi 1 :

Toiminta perustuu pyörrevirtoihin, jotka syntyvät metallipanokseen, kun vaihtovirtaa johdetaan panoksen ympäri kulkevaan kuparikäämiin.

Rak Betonitekniikka 2 Harjoitus Rakennussementit, klinkkerimineraalikoostumus ja lämmönkehitys

Transkriptio:

MT-0.6101 Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3 op) 5. Luento - Ti 10.11.2015 Marko Kekkonen MT-0.6101 Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3op) Luennon sisältö 1. Luentotehtävän läpikäynti Case esimerkkejä vuorauksen tuhoutumisesta / keston parantamisesta - Hiiliteräs - Konvertteriprosessi - Nikkeli - Sähköuuniprosessi - Ruostumattoman teräs - Valokaariuuni 2 1

Hiiliteräs - Konvertteriprosessi Raaka-aineet aineet t Masuunit Raakarauta Konvertterit Mikserit Romu Kivihiili Koksaamo Pelletit Kalkkikivi Rautarikaste Sintraamo Rikinpoisto Kuona Jatkuvavalu Happi Hiili Teräs Senkkakäsittely Sintteri Koksi Öljy Ilma Happi Aihiot Nauhatuotteet Levytuotteet 3 Konvertoinnin vaiheet 150-250 kg/t terästä 880 kg/t terästä T = 1300ºC 1 Romun panostus (1 min) 2 Sulan raakaraudan panostus (2 min) 50 m 3 /t terästä 3 Happipuhallus (18 min) 4 Näytteenotto + analyysi (8 min) 4 2

Konvertoinnin vaiheet - happipuhallus - 50 m 3 /t terästä Puhallusaika» 18 min O 2 (g) = 2[O] Fe [C] + [O] fi CO(g) [Si] + 2[O] fi (SiO 2 ) kuona 2[P] + 5[O] fi (P 2 O 5 ) kuona [Mn] + [O] fi (MnO) kuona Fe + [O] fi (FeO) kuona CaO-lisäys kuonan muodostamiseksi (SiO 2 :n sitomiseksi) 5 Konvertoinnin vaiheet 5 Teräksen kaato (5 min) T = 1600-1700ºC C = 0.03-1.0 % Si» 0 Mn = 0.05-0.3 % P = 0.01-0.03 % S = 0.01-0.3 % Ti, V = < 0.05 % 6 Kuonan kaato (1 min) 80 kg/t terästä Emäksisyys (ka.) (CaO/SiO 2 )» 5 CaO = 45-48 % SiO 2 = 10-16% MgO = 1-5 % MnO = 1.1-3.4 % S = 0.1-0.8 % FeO = 5-20% Emäksinen kuona edistää haitallisten epäpuhtauksien kuten fosforin ja rikin siirtymistä kuonaan. 6 3

7 1. Luentotehtävä a) Silika (SiO 2 ) Ei. - Ei ole stabiili emäksistä konvertterikuonaa vastaan. - Puhdas SiO 2 sulaa 1713ºC:ssa - Sulan hiili tai poistokaasun korkea CO-pitoisuus saattaa pelkistää SiO 2 :a CaO+MgO/SiO 2 > 2 8 4

1. Luentotehtävä b) Samotti (Al 2 O 3 -SiO 2 ) Ei. - Pehmeneminen alkaa jo 1595ºC:ssa - Sitoutumatonta SiO 2 :a, joka muodostaa matalalla sulavia yhdisteitä mm. kuonassa olevien FeO:n ja CaO:n kanssa. 9 1. Luentotehtävä c) Magnesia (MgO) Kyllä. - Erittäin tulenkestävä materiaali - Kestävä emäksisiä kuonia vastaan - Heikohko kestävyys lämpötilan vaihteluja vastaa CaO+MgO/SiO 2 > 2 10 5

1. Luentotehtävä d) Doloma (CaO-MgO) Kyllä. - Erittäin tulenkestävä - Kestävä emäksisiä kuonia vastaan - Käytettiin yleisesti ennen magnesiatiiliä. - Halvempi kuin magnesia, muttei ominaisuuksiltaan yhtä hyvä. - Vapaa CaO hydratoituu ja karbonoituu herkästi. CaO+MgO/SiO 2 > 2 11 Konvertterivuoraukseen kohdistuvat rasitukset Vuoraukselta vaadittavia ominaisuuksia romun panostuksessa: Hankauksen kestävyys Iskuja absorboiva luonne Lämpötilan vaihtelun kestävyys (kylmä romu, kuuma raakarauta) Vuoraukselta vaadittavia ominaisuuksia happipuhalluksessa: Eroosion kesto kuumana Korroosion kesto kuumana (MgO:n liukeneminen vuorauksesta) Aggressiivinen kuona puhalluksen alussa (FeO, SiO 2 ja lämpötila) Hapettumisen kesto (hiili komponentti vuorauksessa) Vuoraukselta vaadittavia ominaisuuksia huoltotaukojen aikana: Lämpötilan vaihtelun kestävyys (halkeilu) Mekaanisen rasituksen kesto (skollan poisto konvertterin suulta) Hydroksidien/karbonaatin muodostuminen 12 6

Teräksen valmistus - Konvertteri 13 Konvertterin kulumismekanismit Miten konstruoida muuraus joka kestää kaikkia rasituksia samanaikaisesti ja miten rakentaa vuoraus joka loppuu kaikkialta samanaikaisesti??? 14 7

Kulumisherkkiä kohtia konvertterin vuorauksessa Miten paikalliset kulumiserot voidaan huomioida? Voimakas kuluminen erityisesti: - suuaukolla - romun ja raudan panostusalueella - akselitappien alueella - kyljen ja pohjan rajalla - pohjasuuttimilla - kaatoaukossa - kuonarajalla 15 Konvertterin vuorauksen optimointi Paikalliset kulumiserojen huomioiminen konvertterin vuorauksessa. Suu Yläkartio Akselitappi Takaseinä Romunpanostukohta Alakartio/pohjan raja Pohja Lähde: Konvertterien kuluminen Petri Tuominen Tuominen, Simo Isokääntä Tulenkestävät materiaalit juhlaseminaari Pohto, 11.-12.2.2009 16 8

Konvertterin vuorauksen optimointi (Ruukki-Raahe) Vuorauksen kulumista seurataan lasermittauslaitteella 17 Konvertterin vuorauksen optimointi (Ruukki-Raahe) 1-3 mittausta vuorokaudessa ja tulosta verrataan ensimmäiseen mittaukseen. Lähde: Konvertterien kuluminen Petri Tuominen Tuominen, Simo Isokääntä Tulenkestävät materiaalit juhlaseminaari Pohto, 11.-12.2.2009 18 9

Konvertterin vuoraus Pyrkimyksenä käyttää materiaalia, joka kestää mahdollisimman kauan kaikkia mahdollisia rasituksia. Hiiliteräksen valmistuksessa konvertterien vuorauksessa käytetään nykyään yleisesti MgO-C tiiliä (yhdistelmätuote). Hiilen lisäyksen vaikutus MgO-C tiileen Tiilen elastisuus ja lämmönjohtokyky (lämpöshokin kesto) paranee Kuonan tunkeutuminen tiileen pienenee 19 Konvertterin vuorauksen optimointi (Ruukki-Raahe) Vanha vuoraus Sulatuksia 2631 Mitattu 15.6.2008 Parannettu vuoraus Sulatuksia 2636 Mitattu 24.10.2008 Lähde: Konvertterien kuluminen Petri Tuominen Tuominen, Simo Isokääntä Tulenkestävät materiaalit juhlaseminaari Pohto, 11.-12.2.2009 20 10

Konvertterin vuorauksen optimointi (Ruukki-Raahe) Parannettu vuoraus Sulatuksia 2636 Mitattu 24.10.2008 Parannettu versio edellisestä Lähde: Konvertterien kuluminen Petri Tuominen Tuominen, Simo Isokääntä Tulenkestävät materiaalit juhlaseminaari Pohto, 11.-12.2.2009 21 Teräksen valmistus - Konvertteri Vuorauksia kuluttavat: Iskut panostuksen yhteydessä - romu, raakarauta Korkeat lämpötilat - teräs, kuona, kaasut, happisuihkut Aggressiivinen kuona (FeO, SiO 2 ) Sulan ja kuonan liikkeet uunia kallistettaessa Skollat ja niiden poisto Vuorauksen kestoa parantavia tekijöitä: Slag splashing* Puhallus- ja konvertteriajan lyhentäminen - intensiivisempi puhallus, yhdistelmäpuhallus - prosessinohjaus fi ei jälkipuhalluksia Puhalluspraktiikan kehittäminen - nopea kuonanmuodostus; SiO 2 :n sitominen - kuonan MgO-pitoisuuden nosto dolomakalkilla Kaatolämpötilan alentaminen - tarkka (dynaaminen prosessinohjaus) - suorakaatopraktiikka - senkkauunin käyttö * Konvertterin pohjalle kaadon jälkeen jäänyttä kuonaa roiskutetaan konvertterin seinämille puhaltamalla lanssilla typpeä. 22 11

MT-0.6101 Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3op) Luennon sisältö Case esimerkkejä vuorauksen tuhoutumisesta / keston parantamisesta - Hiiliteräs - Konvertteriprosessi - Nikkeli - Sähköuuniprosessi - Ruostumattoman teräs - Valokaariuuni 23 Nikkelin valmistus kuona Harjavallan nikkelisulatossa käytettävässä niin sanotussa suorasulatusprosessissa ei tarvita konvertointivaihetta, koska hapetus viedään nikkeliliekkisulatusuunissa pidemmälle. Nikkeliliekkisulatusuunin kuona puhdistetaan kuonarikastamon sijasta sähköuunissa. 24 12

Nikkelin valmistus Kuonan pelkistys sähköuunissa Sähköuunia käytetään nikkeliliekkiuunista tulevien kuonien puhdistamiseen. Liekkiuunin kuonat sisältävät 2-5 % nikkeliä fi kuonan puhdistaminen tärkeää kuonahäviöiden vähentämiseksi Metallien erottaminen kuonasta tapahtuu pelkistävien olosuhteiden avulla. - Pelkistävät olosuhteet luodaan panostamalla uuniin koksia ennen kuonan sisään laskua. - Läpäistessään uunin pinnalla olevan koksipatjan kuonassa olevat metallit pelkistyvät ja erottuvat pisaroiksi, jotka laskeutuvat kuonakerroksesta uunin pohjalle. - Pelkistysaika sähköuunissa 2.5-5 tuntia. 25 Nikkelin valmistus Kuonan pelkistys sähköuunissa Liekkissulatusuunin kuona Ni 4 % (oksidina) Cu 0.5 % (oksidina) Fe 40 % (oksidina) S 0.2 % Co, Zn (oksidina) MgO 8 % SiO 2 27 % Kuonan puhdistuksen reaktiot Kivi: - lämpötila 1350-1400ºC - Ni 50 % Cu 6 % Co 1.2 % Fe 30 % S 7 % Kuona: - lämpötila 1400ºC - Ni 0.3 % Cu 0.2 % Fe 42 % (oksidina) S 0.3 % MgO 8.5 % SiO 2 31 % 26 13

Nikkelin valmistus Kuonan pelkistys sähköuunissa Lämpötilan vaikutus nikkelisähköuunikuonan viskositeettiin. Liian korkean viskositeetin välttämiseksi kuonan lämpötilan tulee olla noin 1400 C (alle 1420 C vuorauksen kulumisen minimoimiseksi) Nikkelikiveen injektoidaan nikkelirikastetta rikkipitoisuuden kontrolloimiseksi (tarkoituksena laskea kiven viskositeettia, samalla kiven sulamispiste laskee) 27 Nikkelin valmistus Sähköuunin vuorauksen kuluminen Tero Varjuksen diplomityö, TKK-2006 Nikkelikiven tunkeutuminen sähköuunin pohjavuoraukseen Sähköuunin pohja otettiin käyttöön 1.9.1996. Vuonna 2002 sähköuunin vuorauksen kulumisesta tehtiin havaintoja, kun pohjamitta syventyi muutamassa tunnissa merkittävästi (440cmfi475cm) fi uunia ei voitu enää tyhjentää kokonaan, koska sulaa oli kivenlaskureikien alapuolella huomattavasti (kampanjan päätteeksi nikkelikiveä jäi uuniin arviolta 200 tonnia) Sähköuunin pohjan vuoraus jouduttiin uusimaan hieman suunniteltua aikaisemmin keväällä 2006 (ei olisi kestänyt seuraavaan isoon seisokkiin) Mitkä tekijät vaikuttivat uunin pohjan romahdukseen? 28 14

Nikkelin valmistus - Sähköuuni Magnesia-kromitiili on käytännössä ainoa vuorausmateriaali, jota käytetään nikkelin valmistuksessa sulfidisista raaka-aineista uunin sulien kuonien tai sulfidikiven kanssa kontaktiin tulevilla alueilla. Kromi parantaa tulenkestävyyttä ja kestävyyttä happamia kuonia vastaan. Nikkelisähköuunin konstruktio ja tiilikerrokset A) Teräsmantteli B) Samottitiili C) Magnesiatiili D) Magnesia-kromitiili, E) Magnesia-kromitiili 29 Nikkelin valmistus - Sähköuuni Sula nikkelikivi on tunkeutunut pohjan vuorauskerrosten väliin muodostaen 2-10 cm paksut metalliset linssit. A ~ 10 cm B ~ 27 cm Metallisia linssejä 2-10 cm C ~ 25 cm D ~ 55 cm Käytännössä ylin magnesiakromitiili-kerros on kokonaan kulunut pois (E) Ohut koksi/kuonakerros. 30 15

Nikkelin valmistus - Sähköuuni Nikkelikiven tunkeutuminen pohjavuoraukseen. A) Halkeama tiilessä (jännityskorroosion aiheuttamia, ylös- ja alasajojen aikana) B. Tiilen saumassa etenevä nikkelikivi C. Metallinen linssi tiilikerrosten välissä 31 Nikkelin valmistus - Sähköuuni 32 16

Nikkelin valmistus - Sähköuuni Mikä pohjavuorauksen tuhoutumisen aiheutti? Prosessin ollessa monimutkainen on mahdollisia pohjan kulumiseen vaikuttavia tekijöitä useita. Vuorauksen pohjamitta kasvoi nopeasti noin 6 vuoden kuluttua käyttöönotosta. fi muuraustyö oli onnistunut (oikeat laajenemisvarat tiilille) fi käyttöönoton alussa suoritettu ylösajo oli tehty oikein. Magnesia-kromitiilien tuhoutumista hydratoitumisen seurauksena ei havaittu. - Käytön aikana hydratoituminen ei ole mahdollista, koska hydratoituminen tapahtuu alle 150 C lämpötiloissa. Kuonan aiheuttamaa tiilten tuhoutumista ei voida pitää kulumisen aiheuttajana. - Käytön aikana kuona ei juuri pääse kosketuksiin pohjavuorauksen kanssa. 33 Nikkelin valmistus - Sähköuuni Mikä pohjavuorauksen tuhoutumisen aiheutti? Sähköuunissa on pelkistävät olosuhteet, jonka takia suojaavaa oksidikerrosta ei pääse muodostumaan tiilten päälle. fi Nikkelikivi kykenee tietyin edellytyksin tunkeutumaan tiilen huokosiin ja saumoihin. Nikkelikiven tunkeutumiseen vaikuttaneita tekijöitä: - alhaisen sulamispisteen omaavat jäännössulat - nikkelikiven alhainen viskositeetti - vuorauksen lämpötilaprofiili 34 17

Nikkelin valmistus - Sähköuuni Alhaisen sulamispisteen omaavat jäännössulat - Nikkelikiven likviduspiste on yli 1000ºC. - Ni-Cu-Fe-S systeemissä on huomattu metallisten (Cu, Ni, Fe)-faasien erkautuvan sulasta sen edetessä lämpötilagradientin suuntaisesti kohti vuorauksen kylmää aluetta. fi Jäännössulan rikkipitoisuus nousee metallien osuuden pienentyessä. Tällaisen rikkipitoisen sulan jähmettymislämpötila voi olla jopa 550-600ºC. fi Sula tunkeutuu yhä syvemmälle vuorauskerroksiin. Tunkeutuminen pysähtyy vasta, kun sula saavuttaa lämpötila-alueen, jossa Ni-Cu-Fe-S systeemin alhaisimman likviduspisteen omaava faasikoostumus jähmettyy. 35 Nikkelin valmistus - Sähköuuni Nikkelikiven alhainen viskositeetti - Rikasteen injektointi nostaa sulan rikkipitoisuutta fi Nikkelikiven viskositeetti laskee. - Alhaisen sulamispisteen ja viskositeetin takia nikkelikivellä on mahdollisuus tunkeutua vuorauksena olevan tiilen sisään. Tunkeutuminen pysähtyy vasta, kun nikkelikivi saavuttaa vuorauksen lämpötila-alueen, jossa se jähmettyy (vuorauksen lämpötilaprofiilin vaikutus). 36 18

Nikkelin valmistus - Sähköuuni Tunkeutuneen kiven takia vuorauksen lämpötilaprofiili muuttuu fi kivi kykenee tunkeutumaan yhä syvemmälle. Tunkeutunut nikkelikivi muodostaa tiilikerrosten väliin metallisen linssin, joka kasautuu uunin kaarevuussäteen ansiosta paksummaksi kerrokseksi keskelle sähköuunia. - Koska kivellä on korkeampi tiheys kuin päällä olevalla tiilikerroksella, nikkelikivi kykenee nosteen avulla nostamaan tai jopa irrottamaan ylemmän tiilikerroksen kellumaan sulan joukkoon. fi Tiilikerros on mahdollisesti kulkeutunut pieninä palasina pois uunista kuonan ja sulan mukana. 37 Nikkelin valmistus - Sähköuuni Miten nikkelikiven tunkeutuminen sähköuunin pohjavuoraukseen voitaisiin estää? Pohjajäähdytyksen parantaminen fi energiakustannukset kasvavat Lämpötilaprofiilia muuttamalla, pohjajäähdytystä lisäämällä ja pohjimmaisten tiilten tyyppiä vaihtamalla saataisiin tunkeutumissyvyys pienemmäksi kuin käytössä olleella sähköuunin pohjalla. 38 19

Nikkelikiven tunkeumasyvyys erilaisilla vuorauskonstruktioilla sulan lämpötila / sulan jähmettymislämpötila Tapaus 1 vastaa käytössä ollutta sähköuunin pohjaa Pohjimmaisen tiilen tyyppiä vaihtamalla saataisiin tunkeutumissyvyys pienemmäksi kuin käytössä olleella sähköuunin pohjalla. magnesia-kromi magnesia samotti magnesia-kromi magnesia 39 Nikkelin valmistus - Sähköuuni Vuorauksiin kohdistuu yleensä samanaikaisesti useita eri rasituksia jotka lisäksi muuttuvat ajan myötä. Kulumismekanismit ovat usein hyvin monimutkaisia ja vaikeasti selvitettäviä. 40 20

MT-0.6101 Erikoismateriaalit tuotantoprosesseissa (3op) Luennon sisältö Case esimerkkejä vuorauksen tuhoutumisesta / keston parantamisesta - Hiiliteräs - Konvertteriprosessi - Nikkeli - Sähköuuniprosessi - Ruostumattoman teräs - Valokaariuuni 41 Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Prosessimuutos valokaariuuni 2:lla Tausta: - Kuonan suuri liukenevan kromin määrä esteenä kuonan hyötykäytölle. - Vuorauksen keston parantaminen Valokaariuunin kuonan koostumus: 42 21

Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Valokaariuunin seinillä MgO-C tiilivuoraus pohja MgO-massaa* Valokaariuunin vuorausta kuluttavat Pitkät väliajat sulatusten välillä ja ylipäätään lämpöshokit suurien lämpötilavaihtelujen vuoksi. Erityisen kuluttava vaihe vuoraukselle on vaihe jossa lämpöjä nostetaan, tällöin romut ovat sulaneet ja sula teräs ja kuona alkavat reagoida vuorauksen kanssa. Liian pitkällä valokaarella, joka ei ole kuonan peitossa, tuhotaan vuorausta kuonarajan yläpuolelta. Lisäksi kuonarajan reaktiot kiihtyvät lämpöjen noustessa * Lähde: P. Alamäki, Valokaariuuni, Tulenkestävät materiaalit, 2-3.10.2003, POHTO, Oulu. 43 Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Prosessimuutos MgO:n lisäyksen vaikutus vuoraukseen ja kuonaan Tavoitteet Kuonan korkeampi MgO-pitoisuuus vähentää MgO:n kulumista MgO-C tiilivuorauksista. Samalla saadaan lisää kuonan kromin liukoisuuden hallintaan tarvittavaa komponenttia. Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 44 22

Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio MgO:n lisäämisen muutos valokaariuunilla 2:lla Kuonan MgO-pitoisuus 3-7 % fi 8-11 % Uunia purettaessa jäljellä olevien tiilien pituudet mitattiin kerroksittain 7:stä kohdasta uunia. Kulumista verrattiin edellisiin uuneihin, joita oli ajettu normaalin käytännön mukaan. Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 45 Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Vuorauksen kuluminen kuonarajalta Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 46 23

Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Poikkileikkaus vuorauksesta, kohta 1 Poikkileikkaus vuorauksesta, kohta 2 Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 47 Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Kuonan -korkeampi MgO pitoisuus vähentää MgO:n kulumista MgO-C tiilivuorauksesta, koska kuonan ja tulenkestävän kemiallinen potentiaaliero pienenee. - Heikoin kohta yli tuplaantui kuonarajalta. MgO:n lisääminen alentaa kuonan viskositeettia fi metallien parempi erottuminen omaan faasiinsa Seinän yläosan tiilien mahdollinen irtoaminen ainoa ongelma uudessa käytännössä - kylmettyvät helpommin ja kuona ei ole sitomassa tiiliä - ei suojaa kuonarajan yläpuolella korkean lämpötilan vaikutukselta Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 48 24

Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio Kromin sitoutuminen MgO:n kanssa muodostaa liukenematonta spinelliä Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 49 Yhteenveto Valokaariuunin vuoraus Outokumpu Tornio MgO:n lisääminen kuonan muodostajien mukana on erittäin hyödyllistä valokaariuuniprosessin tulenkestävien keston ja kuonan laadun kannalta. Lisäksi muutoksen myötä syntyvällä kuonalla on matalampi sulamispiste, jolloinsuojaava kuonakerros muodostuu aikaisemmin ja metallitappiot oksidoitumisen kautta pienenee. Kuonatuotteiden kannalta edullista on että liukenevan kromin määrä laskee spinelleihin sitoutumisen myötä ja kuonan viskositeetin muutoksen (laskee) vuoksi metallit erottuvat paremmin omaan faasiinsa ja myös tämä pienentää metallitappioita. Heikoin kohta vuorauksesta kampanjan aikana on siirtynyt ylemmäksi ja siten turvallisempaa prosessoinnin kannalta. Lähde: J. Roininen, Valokaariuunin vuoraus ja MgO, Tulenkestävät materiaalit Prof. Jouko Härkin juhlaseminaari, 11-12.2.2009, POHTO, Oulu. 50 25

MT-0.6101 Erikoismateriaalit tuotantoprosessissa (3 op) Alustava aikataulu Syksy 2015 - Ti 27.10 Johdanto tulenkestäviin materiaaleihin - Ke 28.10 Tulenkestävät materiaalit - Ti 3.11 Tulenkestävien materiaalien käyttömuodot ja ominaisuudet - Ke 4.11 Vuorauksiin kohdistuvat rasitukset - Ti 10.11 Tulenkestävien materiaalien käyttö Case esimerkkejä - Ke 11.11 Reaktiotermodynamiikan käyttö materiaalivalinnassa - Ti 17.11 Ei luentoa - Ke 18.11 Peitosteet/Valupulverit - Ti 1.12 Tentti klo 12-16, MTG:n sem.huone B329 51 26