Investigation of the properties and refractory performance implications of various blast furnace taphole clay binders: a comprehensive comparative analysis
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Clenice Moreira Galinari
Aloisio Simões Ribeiro
Mariana Govoni Brondi Wolf
Aloisio Simões Ribeiro
Mariana Govoni Brondi Wolf
Resumo
The blast furnace is one of the most important pieces of equipment used in iron production, in which the liquid materials produced in the furnace are tapped through a tap hole in the bottom part of the equipment. This tap hole is sealed by taphole clay, which is a refractory material composed of various solid raw materials agglomerated by a liquid binder. This additive is very important for taphole clays to maintain their properties such as plasticity, adhesion, corrosion/erosion resistance, and ease of drilling, in addition to its influence on the environmental friendliness of the refractory. For these reasons, taphole clay binders are the subject of several studies. However, it is not common to find an in-depth comparative analysis between the different existing types. In addition, there is well-defined guidance on when to use coal tar pitch or phenolic resin, which are common binder types, but there is no adequate reference for other binders. In this study, four types of binders available on the market were evaluated: traditional coal tar pitch, novolac phenolic resin, low benzopyrene coal tar pitch, and a petroleum-based binder. The objective of this study was to elucidate the primary characteristics of each taphole clay binder tested and determine the most suitable option based on the specific requirements of individual blast furnaces. Taphole clays bonded with both conventional coal tar pitch and low benzopyrene coal tar pitch showed favorable results for injectability and hearth protection, but were more toxic than other binders. The material bonded by the petroleum-based binder has low toxicity and is easy to drill, but has poor hardening rate and tapping stability. The resin-bonded taphole clay exhibits rapid hardening and excellent tapping stability, but is characterized by poor injectability. Based on the analysis, the best binder can be selected according to the needs of each blast furnace.
Abstract
O alto-forno é um dos principais equipamentos siderúrgicos utilizados na produção de
gusa. Os materiais líquidos produzidos são drenados através de um furo na parte inferior
do equipamento. A massa de tamponamento, um material refratário composto de
diferentes matérias-primas sólidas aglomeradas por um ligante líquido, é responsável
por vedar o orifício na parte inferior do alto-forno. Os ligantes são essenciais para que
as massas de tamponamento apresentem as características desejadas. Por esse motivo,
ligantes de massas de tamponamento são objeto de constante pesquisa. Embora existam
orientações bem definidas sobre o uso de piche de alcatrão ou resina fenólica, não há
uma análise comparativa aprofundada entre os diferentes tipos de ligantes existentes.
Isso dificulta a escolha do ligante mais adequado para uma determinada aplicação.
Neste estudo, foram caracterizados quatro tipos de ligantes disponíveis no mercado:
piche de alcatrão tradicional, resina fenólica novolaca, piche de alcatrão com baixo teor
de benzopireno e um ligante à base de petróleo. O objetivo do estudo foi avaliar as
principais características de diferentes ligantes de massa de tamponamento, a fim de
definir a melhor opção para cada tipo de alto-forno. A massa de tamponamento
composta por piche de alcatrão tradicional ou piche de alcatrão com baixo teor de
benzopireno demonstrou resultados promissores em termos de injetabilidade e proteção
do cadinho do alto-forno. No entanto, é importante ressaltar que esses ligantes são mais
tóxicos em comparação com outras opções disponíveis. A massa que utiliza ligante à
base de petróleo, por sua vez, apresenta baixa toxicidade e facilidade de perfuração. No
entanto, enfrenta desafios relacionados à sua baixa velocidade de endurecimento e à
estabilidade reduzida no vazamento de gusa e escória. Por outro lado, a massa de
tamponamento ligada com resina destaca-se pela rápida velocidade de endurecimento e
pela estabilidade no vazamento de gusa e escória. No entanto, é importante mencionar
que essa composição apresenta limitações em termos de injetabilidade. Diante dessa
análise, é possível selecionar o ligante mais adequado com base nas necessidades
específicas de cada alto-forno, considerando parâmetros como injetabilidade,
toxicidade, velocidade de endurecimento e estabilidade no vazamento de gusa e escória.
Assunto
Materiais, Ciência dos materiais, Materiais refratários, Altos-fornos, Ligantes
Palavras-chave
Binder, Taphole Clay, Refractory, Blast Furnace, Taphole