Yüksek fırınlarda bakır panel soğutucuların erken aşınmasını önleyici yeni tasarım kriterlerinin belirlenmesi

Abstract

Bu doktora tez çalışmasında yüksek fırınlarda tasarım ve operasyon parametrelerinin erken aşınmaya etkileri istatistiksel yaklaşımla incelenmiş ve bu aşınma probleminin önüne geçilebilmesi için yüksek fırın tasarımında kullanılabilecek yeni bir öneri geliştirilmiştir. Yüksek fırınların iç duvarlarında yer alan bakır panel soğutucuların yıllara göre aşınma ihtimalini tahmin eden bir aşınma ömür modeli oluşturularak farklı üretim kapasitelerine sahip yüksek fırın geometrileri önerilmiştir. Yüksek fırın tasarım ve operasyon parametrelerinin erken aşınmaya etkilerinin incelenmesinde Dünya Çelik Birliği'nden temin edilen 34 adet fırına ait tasarım ve operasyon bilgileri kullanılmıştır. Her bir parametrenin erken aşınma üzerine etkisi, lojistik regresyon istatistiksel analiz metoduyla değerlendirilmiştir. Analiz sonucunda yüksek etkiye sahip değişkenler belirlenmiştir.Bakır soğutma panellerinde meydana gelebilecek erken aşınmayı önlemek için bu çalışmada önerilen modelin güvenilirliği, dünyada halen faal olan 34 adet yüksek fırın verileri ile karşılaştırılarak test edilmiştir. Sonuçlar, bu yeni yaklaşımın bakır panel soğutucuların erken aşınması probleminin çözümüne katkı sağlayacağını ortaya koymuştur. Verileri incelenen yüksek fırınların risk faktörleri, yeni aşınma modeline göre ayrı ayrı hesaplanmış ve fırınlar yıllara bağlı aşınma durumuna göre kategorize edilmiştir. Son olarak, bakır panel soğutucuların 3 ile 10 yıl arasındaki zaman diliminde her yıl için aşınma ihtimali hesaplanmıştır.Öncelikle 10 yıllık süre diliminde, erken aşınma riski düşük olan fırınlar, yeni aşınma modelini uygulamak üzere 34 fırın arasından seçilmiştir. Seçilen bu fırınların hazne, karın, bel, gövde ve boğaz bölgelerinin çalışma hacmiyle ilişkisi, doğrusal ve üstel fonksiyonlarla ifade edilmiştir. Son olarak bu fonksiyonlar tasarım kuralları olarak kabul edilmiş ve buna göre hazne çapı 8 m ila 16,5 m arasında değişen 18 farklı yüksek fırın tasarım önerisi yapılmıştır.

In this doctorate thesis, the effects of design and operation parameters to the early abrasion at blast furnaces are analyzed by using a statistical method. A new approach is proposed for blast furnace design in order to avoid the premature failure of cooling staves by abrasion. Those staves are made from copper and located on the inner wall of the blast furnaces. A lifetime analysis is developed to estimate the failure possibility of copper staves on year basis. New design rules and geometric parameters are presented for modern blast furnaces with varying production capacities.For all these analysis, the design and operation outcomes of 34 blast furnaces obtained from World Steel Association are used. The effect of each parameter on premature wear is investigated with Logistic Regression Statistical Analysis. The parameters which have high effect on premature wear of copper staves are determined. The accuracy of this new model is tested by comparing the data with 34 real blast furnaces. The results show us that this new approach can make a great contribution to solve the premature wear problem at blast furnaces.The risk factor of each blast furnace according to the new model is calculated and categorized in terms of wear conditions on year basis. Finally, the wear possibility of the copper staves for each year in between 3–10 years are determined with the logistic regression statistical analysis method.Furnaces with low possibility of premature wear in 10 years are selected to apply the new model. The relationship between the working volume and the main parts of the blast furnaces like, bosh, belly, stack, throat and hearth, is derived as linear and exponential functions. Finally, these functions are accepted as design rules and 18 different blast furnaces are presented which have heart diameter between 8 and 16,5 m.