Proces wytapiania Ausmelt jest szeroko stosowany na całym świecie ze względu na duże możliwości dostosowania surowca, prostą obsługę, wysoką wydajność produkcji i kompletne urządzenia chroniące środowisko, ale ma również wady, takie jak krótka żywotność pieca; przedłużanie żywotności pieców Ausmelt odbywa się głównie wokół przedłużania żywotnościcegły ogniotrwałe. Na podstawie mechanizmu utraty cegieł ogniotrwałych możemy dowiedzieć się, jakie czynniki wpływają na żywotność cegieł ogniotrwałych w piecach Ausmelt. Istnieją trzy główne aspekty, a mianowicie: odpadanie płatków; ablacja stopu w wysokiej temperaturze; mechaniczne szorowanie i erozja chemiczna wysokotemperaturowych gazów spalinowych.
Płatki opadają
Podczas produkcji siedmiu pieców Ausmelt odpadanie płatków cegieł ogniotrwałych jest najważniejszym czynnikiem powodującym utratę cegieł ogniotrwałych. Istnieje kilka głównych czynników prowadzących do powstawania płatków cegieł ogniotrwałych, a mianowicie wahania temperatury; erozja żużlowa i wpływ fizyczny.
1. Wahania temperatury
Do wytapiania miedzi w piecu Ausmelt wykorzystuje się system taśmowy do dodawania koncentratu miedzi, do którego za pomocą pistoletu natryskowego wdmuchiwane jest powietrze bogate w tlen. Po zmieszaniu roztopionego jeziorka w piecu Ausmelt następuje gwałtowna reakcja redoks. Temperatura basenu do wytapiania miedzi w australijskim piecu jest utrzymywana na poziomie 1160 stopni -1200 stopni, czyli znacznie niższą niż ogniotrwałość (większa lub równa 1580 stopni) i temperatura mięknienia wsadu (wyższa lub równa 1450 stopień) zwykłych materiałów ogniotrwałych. Dlatego w tej temperaturze nowe cegły ogniotrwałe, które jeszcze nie uległy zniszczeniu, nie zostaną zużyte. Jednakże w nieregularnych lub nawet przerywanych warunkach pracy, takich jak proces otwierania i zatrzymywania pieca australijskiego, temperatura w piecu gwałtownie rośnie i spada, a ta zmiana temperatury spowoduje gradient temperatury wewnątrz cegły oraz kurczenie się i rozszerzanie proces wytwarzania cegieł ogniotrwałych zostanie zablokowany, co spowoduje naprężenie termiczne. Kiedy naprężenie termiczne przekracza odporność cegieł ogniotrwałych na szok termiczny, ogniotrwałe cegły ogniotrwałe pękają, łamią się i zmniejszają wytrzymałość mechaniczną, a na koniec łuszczą się.
Jednocześnie różne szybkości nagrzewania i chłodzenia każdej warstwy cegieł podczas procesu nagrzewania lub chłodzenia w piecu oraz różne naprężenia termiczne powstające podczas procesu przemieszczania termicznego spowodują względne przemieszczenie cegieł. To względne przemieszczenie powoduje tarcie siły ścinającej na powierzchni przemieszczania pomiędzy cegłami. W ciężkich przypadkach bezpośrednio rozerwie lokalną powierzchnię cegieł ogniotrwałych, powodując pęknięcia cegieł ogniotrwałych. Pęknięcia te rozprzestrzeniają się poprzez względne przemieszczenie spowodowane każdą kolejną zmianą temperatury, ostatecznie prowadząc do łuszczenia się cegieł ogniotrwałych. Na wczesnym etapie otwierania australijskiego pieca, ze względu na niedojrzałe warunki procesu, nieznajomość praktycznego przebiegu procesu w celu wydłużenia żywotności pieca do wytapiania Ausmelt oraz awarie sprzętu, temperatura pieca i warunki panujące w piecu często się wahały, cegły spadały w piecu, a ogniotrwałe cegły zostały poważnie uszkodzone.
2. Erozja żużla
Podczas wytapiania kamienia skała płonna zawiera głównie kwarc (SiO2) i wapień (CaCO3), które reagują z FeO powstałym w wyniku utleniania koncentratu miedzi, tworząc złożony alkaliczny żużel zawierający krzemian żelaza (2FeO·SiO2: fayalit), który ma silne działanie korozyjne i zdolność do erozji. W procesie murowania z cegieł ogniotrwałych nieuchronnie występują promieniowe i obwodowe złącza cegieł. Te złącza cegieł i pęknięcia cegieł ogniotrwałych spowodowane wahaniami temperatury zapewniają kanały dla infiltracji i erozji wysokotemperaturowego żużla zasadowego, a sama erozja żużla powoduje również ciągłe zwiększanie się złączy i pęknięć cegieł. W miarę zwiększania się spoin i pęknięć cegieł, cegły poddawane są nadmiernym naprężeniom podczas każdego procesu skurczu i rozszerzania, spowodowanych wahaniami temperatury, co powoduje blokowe łuszczenie się powierzchni cegły ogniotrwałej.
3. Wpływ fizyczny
Gdy koks opadnie podczas procesu produkcyjnego pieca Ausmelt, bloki koksu spadają swobodnie na pochyłą część pieca Ausmelt, co wytwarza ogromną siłę fizyczną uderzenia na ogniotrwałe cegły ogniotrwałe w pochyłej części pieca Ausmelt, poważnie wpływając na wewnętrzne siłę wiązania cegieł, powodując pękanie cegieł ogniotrwałych. Po szoku termicznym, erozji żużla i praniu gazów spalinowych, pęknięcia ostatecznie powodują odklejanie się ogniotrwałych cegieł szamotowych.
Ablacja stopu w wysokiej temperaturze
Wskutek mieszania pistoletu natryskowego, roztopiona kałuża pieca Ausmelt jest gwałtownie „wrzącym” i dynamicznym roztopionym jeziorkiem. Cały piec to nierówne i niestabilne pole temperaturowe, które jest podatne na lokalne działanie wysokiej temperatury, co powoduje zmiękczenie struktury powierzchni i wytrzymałość cegieł ogniotrwałych, zmniejszoną wydajność wiązania tkanek, bezpośrednie wypalenie części fazy wiązania i zmniejszone obciążenie temperatura mięknienia cegieł ogniotrwałych, co powoduje powolną utratę cegieł ogniotrwałych. Ablacja roztworu o wysokiej temperaturze zachodzi głównie w obszarze basenu stopionego i obszarze poniżej linii żużla. Z obserwacji i pomiarów danych dotyczących pozostałości cegieł z siedmiu okresów pieca wynika, że proces wypalania cegieł ogniotrwałych w roztworze wysokotemperaturowym jest procesem bardzo powolnym, głównie dlatego, że obszar rozpuszczania w wysokiej temperaturze oraz obszar poniżej linii żużla zasadniczo mogą być chronione przez żużel w wyniku efektu chłodzenia wodą.
Mechaniczne szorowanie i erozja chemiczna wysokotemperaturowych gazów spalinowych
Sam proces wytapiania miedzi w piecu Ausmelt jest procesem wytwarzania żużla i odsiarczania, w wyniku którego powstają duże ilości wysoce korozyjnych, wysokotemperaturowych gazów spalinowych zawierających siarkę. Wysokotemperaturowy gaz spalinowy zawierający siarkę jest odsysany przez wysokotemperaturowy wentylator kwasu siarkowego w celu wytworzenia strumienia powietrza o wysokiej temperaturze, który w sposób ciągły oczyści powierzchnię cegieł ogniotrwałych, zwłaszcza powierzchnię cegieł ogniotrwałych w części zboczowej pieca Ausmelt , co powoduje spalenie cegieł ogniotrwałych. Jednocześnie, ponieważ wytapianie w piecu Ausmelt jest wytapianiem bogatym w tlen, gazy spalinowe zawierają około 6,5% tlenu. Podczas procesu dyfuzji część SO2 jest utleniana do SO3 przez wysokotemperaturowy gaz, który reaguje z tlenkami alkalicznymi zawartymi w ogniotrwałych cegłach ogniotrwałych w temperaturach poniżej 1050 stopni, tworząc siarczany metali ziem alkalicznych (MgSO4, CaSO4). Powstawaniu siarczanów metali ziem alkalicznych w cegłach często towarzyszy wzrost objętości i wypełnienie porów. W wyniku tej erozji zwiększa się ryzyko pękania cegieł, osłabia się siła wiązania cegieł i wzmaga się erozja cegieł przez żużel, co ostatecznie prowadzi do spalania, a nawet łuszczenia się cegieł ogniotrwałych.
