Slaggangrepp på teglet i Svappavaaras roterugn

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2006:253 CIV Slaggangrepp på teglet i Svappavaaras roterugn JESPER STJERNBERG CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Teknisk fysik Luleå tekniska universitet Institutionen för Tillämpad fysik Maskin- och materialteknik Avdelningen för Materialteknik 2006:253 CIV ISSN: ISRN: LTU - EX / SE

2 Förord Det här examensarbetet har genomförts på LKAB:s beställning och utförts på Luleå tekniska universitet och på LKAB FoU i Luleå. Här vill jag framföra mitt tack till min handledare Professor Magnus Odén på materialavdelningen på Luleå tekniska universitet samt till min handledare på LKAB Elin Rutqvist. Tack även till teknikerna på materialavdelningen, Johnny Grahn och Lars Frisk, samt till Professor Ture Lindbäck, Esa Vuorinen, Mark Terner, doktorander, examensarbetare och projektarbetare på samma avdelning, för hjälp och stöd. Tack även till anställda på LKAB FoU i Luleå, LKAB:s eldfasta grupp, Johan Eriksson på Mefos, Jonas Kemi, Alf Ohlsson, Yvonne Björnström, Gunnar Wijk, Antje Schlieter, Lars Åström, Anita Wedholm, Kajsa Samuelsson, Seija Forsmo och Reinhold Näslund, som alla hjälpt mig, på ett eller annat sätt, på vägen med detta examensarbete. Jesper Stjernberg Luleå, juni 2006 i

3 Sammanfattning Under de senaste tio åren har LKAB satsat på att utveckla sina eldfasta ugnsinfodringar, för att minska underhållsbehovet och på så sätt öka verkens tillgänglighet och produktion. Beställningen av detta examensarbete är ett led i att få mer kunskap om hur slagg påverkar de olika tegeltyperna som sitter som infodringar i roterugnarna. Degeltester har utförts med tegeltyperna Alex, Victor HWM och Silox 60 med hematitbaserad slagg. Upphettning har skett till 1200ºC, 1350ºC och 1400ºC över driftstider på 5 timmar respektive 24 timmar, med eller utan tillsatser av CaO, K 2 CO 3 och Na 2 CO 3. Analysering och karaktärisering med hjälp av optiskt mikroskop, SEM, XRD och simulering med programvaran Factsage har utförts. Det framkom i detta arbete att slaggangreppen på teglet i Svappavaaras roterugn är en kombination av kapillär infiltration och diffusion och att tegel med högre Al 2 O 3 innehåll är mer resistent mot alkaliangrepp. ii

4 Abstract In the latest years LKAB have tried to optimize their refractory use in their kiln. In this master s thesis slag tests in a furnace was performed, with crucibles made of three types of bricks, which is also used in the kiln. Tests have been done with the brick types Alex, Victor HWM and Silox 60 with slag based on hematite. They were heated up to 1200ºC, 1350ºC and 1400ºC with 5 and 24 hours holding time. Additives used, in some of the tests, were CaO, K 2 CO 3 and Na 2 CO 3. Analysis and characterization with optical microscopy, SEM, XRD and simulations with the software Factsage were done. It emerged in this work, that the slag attack in the Svappavaara kiln is a combination of capillary infiltration and diffusion. Moreover, the bricks with higher Al 2 O 3 content are more resistant against alkali. iii

5 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund Tidigare arbete Syfte Teori LKAB Svappavaara Slaggbildning Eldfasta keramer Tegel Eldfast tegel Teglet I Svappavaaras roterugn Mineral Mineral baserade på Al 2 O 3 -SiO Mullit Mullitbildande mineral Förslitning på eldfasta material Slagg Infiltration Diffusion Metod Experiment upplägg Tillverkning av deglar Optisk mikroskopering SEM (Scanning electron microscopy) XRD och XRF Factsage Resultat Slagganalys Okulär besiktning av deglar Experiment Experiment Experiment Experiment Experiment Experiment Experiment Optisk mikroskopering Experiment Experiment Experiment Experiment Experiment iv

6 4.3.6 Experiment Experiment SEM XRD Simulering med Factsage Beräkningar Diskussion Reliabilitet och validitet Slutsatser Förslag till fortsatt arbete Referenser Bilagor v

7 1 Inledning 1.1 Bakgrund LKAB är en internationell högteknologisk mineralkoncern, som ägs till 100 % av svenska staten. Deras verksamhet har sin utgångspunkt i Malmfälten, där järnmalm bryts i gruvorna i Kiruna och Malmberget. Av sin järnmalm framställer LKAB pellets med varierande tillsatser och järnhalt, beroende på kundens önskemål [a]. Deras första pelletverk av grate-kiln typ togs i drift i Svappavaara Redan då visade det sig att de eldfasta ugnsinfodringarna var mycket underhållskrävande. Roterugnen, eller kilnen, är i Svappavaaras pelletverk 42,5 meter lång. Diametern invändigt i inloppet är 6,1 meter och 5,5 meter i utloppet. Tegeltyperna i infodringarna har varierat en del genom åren hade man 7 olika typer av tegel infodrat i roterugnen (se bilaga 1). Höganäs tegeltypen Victor HWL dominerade roterugnen då, men redan då satt det tegel av typen Victor HWM de sista 8 metrarna.1995 var det främst tegel av typen Victor HWM i roterugnen. Noterbart är att teglet som i figuren (se bilaga 2) kallas Albert idag är det tegel som går under benämningen Alex. Sedan ett antal år sitter det endast eldfast tegel från Höganäs Bjuf i roterugnen. För närvarande sitter det tegel av typen Alex i inloppet, de 15 första metrarna, sedan kommer tegel av typen Victor HWM i resten av roterugnen, så när som ett parti av tegeltypen Silox 60, 4 meter på försök, 28 meter in i roterugnen (se bilaga 3). Under de senaste tio åren har LKAB satsat på att utveckla de eldfasta ugnsinfodringarna. Målet är att minska underhållsbehovet och på så sätt öka verkens tillgänglighet och produktion samtidigt som underhållskostnaderna minskas. För att kunna fortsätta det preventiva arbetet med infodringarna krävs mer kunskap om slaggers inverkan på dem. Beställningen av detta examensarbete är ett led i att få mer kunskap om hur slagg påverkar de olika tegeltyperna som sitter som infodringar i roterugnarna. 1.2 Tidigare arbete Antje Schlieter bedrev under hösten 2005, på uppdrag av LKAB och avdelningen för materialteknik på Luleå tekniska universitet ett projekt [1]. Antje analyserade tegel som suttit i Svappavaaras roterugnen och blivit angripet under reella former. Johan Eriksson och Marianne Magnelöv från MEFOS jobbade på ett projekt åt LKAB [2] under årsskiftet där de analyserat och karakteriserat slagg från ett antal givna platser i samma roterugn. Slaggproverna i detta projekt är hämtade ifrån deras provtagningar. 1.3 Syfte Syftet med föreliggande arbete är att karaktärisera egenskaperna hos de tre tegeltyperna Alex, Victor HWM och Silox 60, vad gäller resistans mot slaggangrepp i form av kapillär infiltration, diffusion och kemiskt angrepp. 1

8 2 Teori 2.1 LKAB Svappavaara Järnmalmsgruvan i Svappavaara lades ner 1982, men anläggningen är fortfarande i högsta grad levande. Där framställs kulsinter, så kallade pellets, i en process som åskådliggörs i figur 1 och 2. Figur 1. Svappavaara anrikningsverk. Till Svappavaara skickas malm från Kiruna med låg fosforhalt, eftersom Svappavaara saknar fosforrening i processen. Första steget i anrikningsprocessen är malning, vilken sker i två steg, primärmalning och sekundärmalning, ner till fraktioner där runt 75 % av partiklarna är mindre än 70μm. Efter båda malningarna sker separering med magnet separator. Under malningen tillsätts vatten, för att massan ska bli pumpningsbar. Den finmalda malmen, den så kallade sligen, blandas med tillsatsmedlen olivin, kvartsit och kalksten [3]. Det sista steget i Svappavaara anrikningsverk är filtreringen. Där avvattnas sligen till ca 9 % fukt, som krävs för en effektiv kulrullning. Bentonit blandas i som bindemedel. Den värdefullaste egenskapen hos bentonit är dess förmåga att suga upp vatten. Bentonit kan suga upp vatten 5 gånger sin egen vikt. I och med att bentoniten suger vatten sväller den, vilket medför att antalet kontaktytor med sligkornen ökar, vilket ökar råkulans hållfasthet [3]. Olivin tillsatsen ger kulan ett temperaturmässigt högt och snävt smältintervall, vilket anses vara bra i 2

9 masugnen. De övriga mineralen tillsätts för att påverka smältegenskaperna, men även för att verka som slaggbildare i masugnen. De förstärker även hematitbryggorna [4]. Därefter blandas sligen i en blandare för att sedan transporteras upp till kulrullningstrummorna. I rulltrummorna tillverkas råkulor, vilka sedan kommer att brännas till pellets. Varje rulltrumma är utrustad med en rullsikt som siktar bort för stora och för små kulor. Kulorna, som har rätt storlek vid 9-16 mm, transporteras via transportband och ytterligare en rullsikt till brännugnen. Sikten framför ugnen siktar bort kulor som gått sönder under transporten. Resterna från dessa leds tillbaks till ett tidigare stadie i processen och de rullas till nya kulor [3]. Materialflöde Returer Luftflöden Magnetitslig från anrikningsverket 6 Rullkretsar Bindemedel 2A Kolkvarn 3C Våtskrubber Föravskiljare Multicyklon 3A 3B 41FL33 2B Avgaspanna Kollager 2C Avgaspanna Filter Figur 2. Svappavaara kulsinterverk. Den varma delen av processen i Svappavaara är av typen grate-kiln, vilken kan delas in i tre steg: bandugn, roterugn och kylare. Bandugnen, används för torkning och förvärmning, är i sin tur uppdelad i fyra olika zoner. UDD (Up Draft Drying) där temperaturen ligger runt 150ºC. DDD (Down Draft Drying) där temperaturen ligger runt 400ºC. TPH (Tempered Pre-Heat) där temperaturen ligger runt 1000ºC. PH (Pre-Heat) där temperaturen ligger runt 1200ºC. I roterugnen, värms kulorna upp till en så hög temperatur (upp till 1350ºC) att de sintrar samman. För att få tillräckligt hög temperatur eldas roterugnen med en brännare, som drivs 3

10 med olja eller kol, i dess avlastningsände. Olja används vid uppstart och när kolanläggningen har driftproblem [3]. Under upphettningen i ugnen, främst i bandugnen, sker en fullständig oxidation av magnetiten (Fe 3 O 4 ) till hematit (Fe 2 O 3 ) enligt följande: 4Fe 3 O 4 + O 2 6Fe 2 O 3 + Värme Magnetiten börjar oxidera vid 200ºC, dock mycket långsamt. Snabbast går oxidationen mellan 800ºC och 1200ºC. Reaktionen är exoterm, den avger energi i form av värme. Detta leder till att det behöver användas betydligt mindre bränsle per ton framställd pellets, gentemot om man skulle ha använt hematit i processen. Oxidationen avger så mycket energi att den beräknas stå för 2/3 av den totala energiförbrukningen [5]. Tidigare var det planerade kallstopp av roterugnen var 9:e månad, men från och med 2005 har man ett planerat kallsopp veckorna varje år då man har möjlighet att utföra planerat underhåll på roterugnsinfodringen. Omkring 20 % av allt tegel i roterugnen bytts då ut samt att teglet rengörs från slagg. Ibland inträffar även en del ofrivilliga kallstopp då tegel helt eller delvis fallit bort så mycket att isoleringen mot den yttre manteln är otillräcklig. Detta upptäcks genom att det blir en röd fläck på utsidan av manteln på grund av upphettningen. [A] Slaggbildning Förslitning på eldfasta material kan bero av mekaniska angrepp, temperaturväxlingar, volymändringar, avsmältning, inverkan av ungs gaser, slaggangrepp, kemiska reaktioner och många gånger en kombination av flera av dessa orsaker [6]. MEFOS har genomfört en undersökning åt LKAB, där slaggbildningen har undersökts. I rapporten författad av Johan Eriksson och Marianne Magnelöv, beskrivs provuttag i roterugnen, numrerade från K13 i inloppet till K1 i utloppet. På dessa platser skedde uttag av slaggprover under kallstoppet den september Samtliga punkter är utmärkta i figur 3. Figur 3. Uttagsplatser av slagg i roterugnen. [2] Eriksson och Magnelöv beskriver i sin rapport att påkladningarna vid utmatningen av roterugnen (prov K1 till K3) var mycket hårda och homogena. Lagret var ca 30 cm tjockt och hade en taggig, stalaktit lik struktur. Även påkladdningarna kring prov K5-K7 var mycket hårda, vilket tyder på en långt gången sintring. I roterugnens buk, prov K9, var ugnen bitvis nästan tegelren. De påkladdningarna som fanns där var i form av runda stenar. Högre upp i 4

11 roterugnen, prov K10 till K12, bestod påkladdningarna av löst material som var lätt att knacka loss. Prov 13, närmast slasen, bestod påkladdningarna av löst, grusigliknande material. Nästan inget material satt ordentligt fast på väggarna. Analys av samtliga element för varje prov i roterugnen, samt även från slasen, redovisas i deras rapport. Järnhalten och framför allt oxidationsgraden ökar, desto närmare brännaren uttaget skett. För övriga element så sjunker halten för att i roterugnen ligga på ett konstant värde. Detta leder till att påkladdningarna tidigt i roterugnen innehåller mindre järn och mer övriga element samt till att påkladdningarna i slutet av roterugnen är hårdare. Deras resultat visade även på att nära utmatningen i roterugnen, har variationer i driften som byte från kol- till oljeeldning i brännaren eller kortare driftsstopp, stor påverkan på bildningen och tillväxten av påkladdningarna [2]. 2.2 Eldfasta keramer Tegel Tegel består av lera som bränns i temperaturer omkring 1000 o C. Nästan alla magra leror duger till tegeltillverkning. Att den är mager innebär att den innehåller sand som leder till att teglet krymper mindre och att risken för sprickor minskar. Leran måste vara ren från jord och organiska ämnen så att dessa inte okontrollerat påverkar teglet vid bränningen. Vissa andra mineral, exempelvis svavelkis (FeS 2 ), kan leda till att teglet vittrar sönder. Ytan kan ytterligare varieras genom att leran beströs med sand eller krossat tegel av olika färg och storlek före bränningen. Teglets färg beror på utgångslerans sammansättning och bränningstemperaturen. Teglets densitet kan sänkas genom att blanda sågspån i leran, som sedan försvinner vid bränningen och porer bildas [c] Eldfast tegel I LKAB:s roterugnar, används ofta drifttemperaturer vilka är så höga att vanliga värmebeständiga metalliska material inte kan användas. Då måste metallkonstruktioner skyddas med olika eldfasta keramiska material. För högvärdiga produkter som eldfast tegel används andra råmaterial än till vanligt tegel. När man ska välja ut beståndsdelarna till ett eldfast tegel, så är ämnets beständighet mot luftens syre vid driftstemperatur ofta den mest avgörande egenskapen. Metalloxider med grundmetaller i 2:a, 3:e, 4:e och 6:e gruppen i periodiska systemet, uppfyller bäst dessa krav. Det är framförallt oxiderna av kisel, aluminium, magnesium och kalcium som används, men även en del icke-oxidiska material med hög smältpunkt används [6]. Materialen är i huvuddel oorganiska, men även organiska material används, t.ex. som tillsatsmedel. Eldfast material består av grundmaterial, bindemedel, tillsatsmaterial. Där emellan bildas porer, vars storlek beror av vilka material teglet är uppbyggt av, sintringstid, sintringstemperatur och andra orsaker. Grundmaterial är materialets eldfasta del. Det har hög mekanisk hållbarhet och den är volymstabilt. Grundmaterials viktigaste egenskaper är dess kemisk och mineralogisk sammansättning samt kornstorleksfördelning [7]. Bindemedel bildar bindfas, vilken binder ihop grundmaterials partiklar. Vanligen är den här fasen den svagaste delen i ett eldfast material och kan exempelvis vara fosforsyra, fosfater, magnesiumklorid, silikater, kromater, borater, lera, kalciumaluminatcement. Det förekommer även organiska bindemedel så som exempelvis tjära och beck. Tillsatsmaterial förbättrar 5

12 monterbarhet och de kan användas för att finjustera materials egenskaper. Det finns ett stort antal av dessa material, bland dessa kan nämnas kvartsit, kyanit fosfater, Magnesiumoxid, aminer, nitridföreningar, gelatin, citronsyra, kaolin, bentonit och kromoxid. Porerna har en stor betydelse för det eldfasta materialets egenskaper. Desto större del av den totala volymen som består av, desto lägre värmeledningsförmåga, alltså högre isolerings förmåga, vilket är en önskvärd egenskap; samtidigt som den mekaniska hållbarheten då försämras. Desto större och rundare porer materialet har, desto bättre är dess värmeledningsförmåga. Det görs skillnad på öppna och slutna porer (se figur 4). Desto större den öppna porositeten är, desto större area utsätts för kemiska reaktioner och desto snabbare förstörs materialet [7]. Figur 4. Beskrivning av porskillnad [6]. För att få material med låg porositet, måste man utgå från ett råmaterial som i sig har låg porositet. Man kan alltså inte normalt skapa ett tegel med låg porositet genom att låta råmaterial med stor porositet sintringskrympa. Detta skulle medföra stor risk för deformation av gods [8] Teglet I Svappavaaras roterugn För närvarande används tre kvalitéer av eldfast tegel I Svappavaaras roterugn: Alex, Victor HWM och silox 60, samtliga tillverkade av Höganäs Bjuf. Victor HWM är baserad på bauxit, Alex är baserad på bauxitförstärkt chamotte och den senast framtagna typen Silox 60, är baserad på andalusit. Samtliga tre tegel bildar vid bränning av teglet en hög halt av mullit, vilket är önskvärt. I tabell 4 i bilaga 4 jämförs deras kemiska och fysikaliska egenskaper. 2.3 Mineral Mineral baserade på Al 2 O 3 -SiO 2 Generellt kan man säga om Al 2 O 3 -SiO 2 baserade tegel, att högre aluminiumoxid halt ger en högre eldfasthet och en högre resistens mot slitage, men även ett högre pris. Eldfasta tegel framställs vanligtvis av olika typer av mineraler. Det kan exempelvis vara kaolin och bauxit. Råvarorna krossas, siktas och blandas för att få rätt sammansättning av ämnen och storleksfraktioner. Denna blandning pressas, oftast fuktig, till tegel som sedan torkas och 6

13 bränns i tunnelugnar. Torkning och bränning kan ta upp till fyra dygn och sker som högst ungefär 1500ºC [9] Mullit Mineralet mullit hittades först på den skotska ön Mull, som gett namn åt mineralet. Utöver fyndigheten på Mull, har man endast hittat små kvantiteter naturligt Det är ett kristallint ickestökiometriskt aluminiumsilikat [10] med mol fraktionen Al 4+2x Si 2-2x O 10-x, där x är antalet syrevakanser och varierar mellan 0.17 och 0.6. Mineralet beskrivs ändå ofta stökiometriskt som (Al 2 O 3 ) 3 (SiO 2 ) 2. Det är uppbyggt som sillimanit, men extra aluminium substituerar för kisel i dess tetraedriska kedjor [11]. För att den elektrostatiska laddningsbalansen ska behållas bildas syrevakanser. Mullit uppstår vanligtvis vid upphettning/sintring av ett mineral med liknande sammansättning, t ex kaolin, bauxit, kyanit, andalusit eller sillimanit, under förutsättning att mol fraktionen stämmer [12],[13]. I figur 5 visas mullitkristallens uppbyggnad. Figur 5. Mullit kristallens uppbyggnad [15]. Mullit har en högre smälttemperatur än kvarts. Jämfört med ren korund är den låg, men för infodringar med halter som börjar närma sig ren korund, blir priset något helt annat. Mullit är ett mineral med önskvärda egenskaper för infodringar: låg värmeledningsförmåga, låg värmeutvidgningskoefficient och ett högt termochocks motstånd. Sammantaget god kemisk stabilitet och bra mekaniska egenskaper vid höga temperaturer, vilket gör det svårt att hitta material som lämpar sig bättre för ändamålet [14]. 7

14 I tabell 1 jämförs mullit med kvarts och korund, samt med spinell, som är ett magnesiumoxid baserat eldfast material, som också används i många liknande tillämpningsområden. Kvarts [SiO 2 ] Korund [Al 2 O 3 ] Mullit [3Al 2 O 3 *2SiO 2 ] Spinell [MgO* Al 2 O 3 ] Smältpunkt [ºC] Densitet [g/cm 3 ] Termisk utvidgning upp till 1000ºC [%] Termisk konduktivitet vid 20ºC [W/(m*K)] Termisk konduktivitet vid 1000ºC [W/(m*K)] ,65 1-1,4 8 4,5 1, ,99 0, , ,16 0, , ,58 0, ,1 Genomsittlig specifik värme [kj/(kg*k)] Tabell 1. Fysiska och kemiska egenskaper hos keramiska material [13]. Värt att nämna är att keramer snarare har ett smältintervall än en smältpunkt. Detta leder till att uppgifter om smälttemperaturer varierar kraftigt mellan olika litteratur. Mullit anses börja mjukna vid 1650ºC och har en smälttemperatur någonstans mellan 1810ºC och 1890ºC, då materialet börjar sönderdelas till korund och smälta. Naturlig mullit innehåller vanligen endast låga halter hematit halter på under 1,5 %, emedan syntetiskt sintrad mullit kan ha halter på upp till 11 % [15]. Figur 6. Fasdiagrammet Al 2O 3-SiO 2 [14]. 8

15 I fasdiagrammet för Al 2 O 3 -SiO 2 (Figur 6) kan ses att mullit är den enda intramediära fasen. Mineralen kyanit, sillimanit och andalusit, alla med kemiska sammansättningen Al 2 O 3 SiO 2 men med olika kristallstruktur, är inte stabila vid atmosfärtryck. De ingår i metamorfa bergarter och bildas under högt tryck. Nämnvärt är att även mycket små föroreningar av andra ämnen kan ändra jämviktsförhållandena i systemet. Den eutektiska punkten, vid 94.5% SiO 2 och 1590ºC, kan av TiO 2 sänkas till 1480ºC, av MgO till 1425ºC, av CaO 1345ºC, av FeO till 1250ºC, av Na 2 O till 1050ºC och av K 2 O till 985ºC. Mängden föroreningar påverkar alltså kvalitén på eldfasta infodringar i allra högsta grad [13] Mullitbildande mineral Andalusit (Al 2 O 3 SiO 2 ) är ett naturligt mineral, som återfinns i metamorfa bergarter, med ortorombisk kristallstruktur. Dess namn har sitt ursprung från den spanska regionen Andalusien. Det tillhör en grupp mineral med den gemensamma sammansättningen, där de övriga är kyanit och sillimanit. De har alla samma kemiska sammansättning, men skiljs åt i kristallstruktur och fysikaliska egenskaper. Vid upphettning omvandlas mineralen till mullit och silikat rikt glas. Mineralen utvidgas då något, densiteten sjunker alltså. Andalusit har lägst densitet och värmeutvidgning av de tre mineralen. Kyanit är det mineral av de tre som har högst densitet och värmeutvidgning. Sillimanit kräver en betydligt högre temperatur än de andra två för att omvandlas till mullit. Dess användningsområden som eldfast material är mycket mer begränsad än för de andra två materialen [13]. En fullständig transformation av andalusit leder till ungefär 80 % mullit och 20 % glas. Ett enstaka kristallkorn omvandlas till en komposition av 3:2 mullit kristallkorn, med kapillärt nätverk fyllt av glas. Beroende av den topotaktiska relationen mellan mullit och andalusit, har alla kärnor samma orientering när de växer samman under tillväxt, innesluts av det omgivande materialet. Den enstaka mullitkristallen växer på låg temperatur fasens bekostnad och invaderar progressivt hela kornet [16]. Figur 7. Mullit-glas kompositen har här formats genom upphettning av andalusit kristall till 1600ºC. Bilden här är tagen med svepelktronmikroskop på en polerad sektion, approximativt parallell med planet (0 0 1) av den initiala andalusitkristalen [16]. 9

16 Tidigare studier [16] har visat att en fullständig mullitbildning uppnås redan efter en timme vid 1600ºC. Vid 1500ºC uppnås detta tillstånd först efter 48 timmar. Vid temperaturer under 1500ºC så uppnås inte en fullständig mullitbildning ens efter 100 timmar, och vid 1200ºC har bara 2-3 % av andalusiten omvandlats efter 100 timmar. Kinetiken av mullitbildningen vid de lägre temperaturerna beror på kornstorleken hos den ursprungliga andalusiten, den är alltid snabbare för de minsta kornen. Kaolinit är ett lermineral vars kemiska samman sättning är Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4. Namnet kommer av kinesiskans Gaoling, vilket betyder höga kullen, som man kallade berget där man hämtade den ursprungliga råvaran [b]. Mineralet är mjukt och jordigt och utvinns vanligtvis ur fältspat. Bland bauxitmineralen som kan ingå i eldfasta material, kan nämnas gibbsit (Al(OH) 3 ), böhmit (AlO(OH)) och diaspor (AlO(OH) ) [12] Förslitning på eldfasta material Förslitning på eldfasta material kan som tidigare nämnts, ha flera olika orsaker. Sprickbildning kan ofta uppstå på grund av mekaniska och termiska egenskaper, men kan även bero av reaktioner mellan slagg och eldfast material som leder till fasomvandlingar vilket leder till volymförändringar eller skillnad i värmeutvidgningskoefficient i olika faser. Man brukar skilja på två grader av slaggangrepp, där det ena är när endast slagg droppar och stoft, når infodringarna. Det andra tyngre angreppet är det som förekommer i Svappavaaras roterugn, är när slagg är i direktkontakt med det eldfasta materialet. Förslitningen sker då främst genom att slaggen löser upp det eldfasta materialet. Slaggen sprids över tegelytan tills den är mättad, det vill säga när porerna är fyllda, vilket leder till att den slagginfiltrerade zonen ställer sig i jämvikt med tegelmaterialet. Tillförs ny slagg följer en diffusionsutjämning och bindningarna mellan kornen släpper i tegelmaterialet, till dess att ny mättnad uppträder. Processen består av dels av att partiklar tegelmaterial löses in i slaggen till mättnad, men även av diffusion av slaggbeståndsdelar in i teglet. Sönderdelningen av teglet medför att bindningarna mellan kornen släpper och själva tegelstrukturen tappar sin hållfasthet. Koncentrationsgradienter uppstår genom ständig borttransport av löst tegelmaterial och tillförsel av färsk slagg [6]. Olika ämnen reagerar olika när de kommer i kontakt med infodringar. Exempelvis alkali reagerar i första hand med SiO 2 och mullit, vilket gör att ett tegel med högre halt Al 2 O 3 borde vara mer resistent mot alkali, men i praktiken så brukar motsatsen inträffa. Det hela beror på att det bildas ett tätande skikt av alkali-silika föreningar i tegel med låg Al 2 O 3. Reaktionsprodukter med lägre densitet bildas som tar upp mer plats och tätar till porer. Detta hindrar vidare angrepp [17]. Tidigare studier [15],[18] visar att järn vanligtvis uppträder i form av katjonen Fe 3+ i mullit och att Fe 2+ endast diffunderar in i mullit under starkt reducerande förhållanden. Detta kan förklaras genom katjonen Fe 2+ storlek, 0,770 Å emot Fe 3+ 0,645 Å, vilket inte passar in mullit strukturen i någon större utsträckning. Detta kan jämföras med mullits gitter parameter på 5,43 Å. Det finns ett inverst samband mellan och Al 2 O 3 och Fe 2 O 3 innehållet, emedan SiO 2 och Fe 2 O 3 innehållet verkar vara oberoende av varandra. Substitution av Al 3+ med den större katjonen Fe 3+ har samma expanderande effekt som värme har på materialet [19]. 10

17 2.4 Slagg Slaggen som använts i denna studie, består till största delen av hematit. I fasdiagrammet för järn-syre (Figur 8) finner vi två intramediära faser i form av Fe 2 O 3 (hematit) och Fe 3 O 4 (magnetit). Oxidationen av magnetit till hematit är en reversibel reaktion [5]. Ren hematitfas övergår till magnetitfas vid 1457ºC, men detta kan sänkas betydligt vid tillsats av exempelvis alkali [12]. Figur 8. fasdiagram för järn-syre Figur 9 visar radiella förändringar, i en råkula rullat av slig från Svappavaara med 0,5 % bentonit som bindemedel, som funktion av temperatur. När provet utförs under neutral (ickeoxiderande) atmosfär (blå linje), börjar kulan sintra vid omkring ºC. Detta beskriver alltså krympning, eller sintringen, i en magnetit råkula. När provet körs under oxiderande atmosfär, är kulan fullständigt oxiderad till hematit, när temperaturen når 1000ºC. Bilden visar, att sintringen i en råkula av hematit sätter igång vid omkring ºC. Sintring påverkas även av råmaterialets storlek. Det som är tydligt, är att sintring i magnetitfasen börjar tidigare än sintring i hematitfasen [B]. 11

18 Figur 9. Dilatometer kurva framtagen av Seija Forsmo. I figur 9 kan ses att sintring är kontinuerliga fenomen, även om det främst sker inom vissa temperaturintervall. Forsmos teori tyder på att slaggen i roterugnen skulle sintra ännu mer om magnetithalten var högre. 2.5 Infiltration Infiltration är ett fenomen som sker kapillärt i ett material, som exempelvis i Svappavaara, när viskös slagg tränger in i tegelporer [6]. Trycket som är själva drivkraften bakom infiltrationen, som härrör från Arkimedes princip, kan beskrivas med Kelvins ekvation. 2γ sf cosθ Δ P = ρgh = (2.5.1) r Det hydrostatiska kapillär trycket beror av ytenergin [ γ sf ], vätningsvinkeln [ θ ] samt av radien av poren [r], som approximeras som cirkulär. Detta leder till att desto större porradien är, desto mindre blir kapillärtrycket [20],[21]. Vid infiltration med de flesta vätskor är vätningsvinkeln nära noll [e], vilket leder till att cosinustermen blir ett. Schematisk bild ges i figur 10 över vätningsvinkeln och dess förhållande till kapillärens radie. 12

19 Figur 10. Schematisk bild för vätningsvinkeln. Vätningsvinkeln i sin tur beror på slaggens viskositet. Det går att göra approximativa beräkningar för infiltrationsdjupet enligt följande. γ sf rt cosθ h = (2.5.2) 2η Inträngningsdjupet beror av ytenergin [ γ sf ], porradien [r], tiden [t], vätningsvinkeln [θ ] samt av dynamiska viskositeten [η ]. Den här ekvationen tar inte hänsyn till gravitationen. En slaggs viskositet ökar mycket snabbt med sjunkande temperaturer, medan ytspänningen förändras obetydligt. Infiltrationen upphör då viskositeten blivit tillräckligt stor [6]. Kapillärradiens inverkan är mer komplex. Infiltrationshastigheten ökar med ökad radie, medan den maximala infiltrerade längden ökar med minskad radie. Detta leder till att stora porer infiltreras snabbare i processens början, medan små porer blir mer fullständigt infiltrerade. En ojämn porfördelning, ojämn porstorlek eller att porerna avviker från cylindrisk geometri hämmar också infiltrationen. Exempelvis minskar avsnörningar i porerna kapillärkraften eftersom vätningsvinkeln ökar. I extrema fall kan vätningsvinkeln bli större än 90, vilket leder till att kapillärkraften blir riktad utåt och infiltrationen stoppas helt. Även temperaturens inverkan är komplex. Viskositeten hos infiltranten minskar med ökad temperatur, vilket borde leda till en högre infiltration, men då ytenergin för vissa ämnen sjunker med ökad temperatur behöver detta inte vara fallet [21]. Som tidigare nämnts, så strävar en slagginfiltrerad zon mot att uppnå jämvikt, där processen består av dels inlösning av tegelmaterial i slaggen, men även av diffusion av slaggbeståndsdelar in i teglet. Sönderdelningen av teglet sker framförallt genom att bindningarna mellan kornen släpper och själva tegelstrukturen tappar sin hållfasthet [6]. Termodynamiskt sett behöver två villkor uppfyllas för att slaggen ska penetrera det porösa teglet. Det ena är att det finns en kraft som driver ut slaggen när den väl kommit in porsystemet och det andra är att processen ger en vinst i fri energi, det vill säga att summan av smältans och kroppens ytenergier före infiltrationen skall vara större än det infiltrerade systemets ytenergi. Desto större energivinst, desto lättare sker infiltrationen, så om ytenergierna före infiltrationen är låga, försvårar detta processen. Förloppet stoppas upp när smältan reagerar med den fasta fasen och bildar någon reaktionsprodukt med större specifik 13

20 volym än dem båda, som täpper till kanalerna, eller att gaser bildas som innesluts och stoppar upp processen [21]. En metod som ibland används preventivt mot infiltration är tjärimprengering. Orsaken till att impregnering hämmar infiltrationen, är det kvarvarande kolet efter krackningen av tjäran. Kolet har två hämmande effekter, dels förhindrar det genom sin höga vätningsvinkel mot oxidiska smältors inträngning i teglet, men det får även järnoxider att reduceras till metalliskt järn, vilket leder till att den kvarvarande slaggens viskositet ökar kraftigt [6]. 2.6 Diffusion Diffusion uppträder i ett material på atomär nivå. Det vill säga atomer eller joner förflyttar sig i atomgittret från områden med hög koncentration, till områden med låg koncentration. Det finns två typer av diffusion. Dels substitutionell- eller vakansdiffusion, som är när värdatomerna i gittret förflyttar sig mellan vakanser. Sedan finns det interstital diffusion, som är när mindre atomer rör sig mellan de fasta atomerna i gittret. Interstital diffusion är mycket snabbare än vakansdiffusion [22]. Figur 11. Vakansdiffusion [22]. Figur 12. Interstitialdiffusion [22]. Anledningen till att diffusion uppträder är för att minska Gibbs fria energi. Diffusionen ökar när energi, vanligtvis i form av värme, tillförs till materialet och den pågår till dess att den kemiska potentialen är jämnt fördelad över hela materialet [23]. Matematiskt kan det beskrivas på samma sätt som hur värme leds i ett material, nämligen genom Fick s första och andra lag. För djupare härledning, se referenser [22],[23],[24], [25]. Diffusion är en generellt sett mycket långsammare process än infiltration [6]. För material med joniska bindningar är diffusion ett mer komplicerat fenomen än i fallet med metalliska bindningar, då man får beakta olika laddningar på jonerna, i ett material som alltid behåller 14

21 laddnings neutralitet. Diffusion uppträder vanligen som vakans mekanism i dessa material [22]. Det faktum att såväl tegel som slagg består av många komponenter som löser sig olika mycket och transporteras olika snabbt, leder till att Fick s lag blir mycket svår att använda i praktiken [6]. Diffusionskoefficienten [ D ] beror av temperaturen [T ], aktiveringsenergin för diffusion [Q ] samt av Diffusionskonstanten [ D 0 ], som finns tabulerade för olika material. Ekvationen för beräkningen ges av: Q RT D = D 0 e (2.6.1) För beräkning av diffusions djupet brukar följande approximation användas: x = Dt (2.6.2) [23] Det finns möjligheter att tolka diffusion på mer komplicerade sätt, hur den beror av mobilitet och stokastiska fenomen och hur den uppträder i korngränser. För djupare förståelse, se [23]. 15

22 3 Metod 3.1 Experiment upplägg Försöksuppställningen såg ut som så att deglar av de tre tegelsorterna Alex, Victor HWM och Silox 60 som önskades undersöka använts, samt slagg hämtat från 2 uttagsplatser i roterugnen, K1 och K11 [2]. (inringade i figur 4) Figur 13. Uttagsplatser av slagg i roterugnen. [2] Anledning till att just dessa platser valdes var främst en fråga om tillgång till slagg, men även önskvärt var att den ena var från utloppet i roterugnen och den andra 10 meter från inloppet, en hård och en något porösare slagg. Slaggen var mald när den erhölls från Mefos. Temperatur, tid samt tillsatser i form av kalcium och alkali har varierats. I samtliga fall har 8 gram slagg placerats i deglarna. Ugnen som använts var av typen Kanthal furnace. Deglarna upphettades tre åt gången, en av varje tegeltyp, för att för att resultaten skulle bli så jämförbara som möjligt. Temperaturer är valda för att efterlikna driftsförhållandena. Temperaturen i LKAB:s roterugn i Svappavaara mäts med en strålningspyrometer i en specifik punkt, c:a 7 meter in i roterugnen. Då denna roterar blir det i praktiken en radie runt om i roterugnen som mäts. Under en 30 dagars period mellan och mättes temperaturen vid 990 tillfällen (se figur 13) där max temperaturen var 1350ºC. System larmar vid 1350ºC, och temperaturen sänks. Ytterligare toppar över 1300ºC har inträffat vid ett antal tillfällen, men normalt kan sägas att driftstemperaturen i roterugnen ligger mellan 1200ºC och 1300ºC. Extrema dippar i diagrammet är mätfel. Ytterligare mätfel kan uppstå då det dammar mycket i roterugnen och den optiska mätningen störs av detta. Figur 14. Temperaturvariationer över 30 dagar i Svappavaaras roterugn. 16

23 Första temperaturen som valts, var 1200ºC. Vidare valdes 1350ºC och 1400ºC. Den sist nämnda en temperatur som förmodligen uppnås lokalt. Upphettningen av ugnen skedde med 100ºC per timme, för att undvika sprickbildningar av termochock, och avsvalningen med 600ºC per timme. Atmosfären i ugnen har i samtliga fall varit vanlig rumsatmosfär. Som tillsatser har använts dels CaO, som i gamla slagganalysrapporter från slutet av 90-talet, har haft halter på 0,5 % i roterugnen och i PH-zonen i bandugnen halter på närmare 2 %. Även Alkali har tillsats vid vissa provtillfällen, i form av karbonater (K 2 CO 3 och Na 2 CO 3 ), då de i ren form är så reaktiva att de är direkt olämpliga att handskas med. Syftet med dessa tillsatser är att K 2 O och Na 2 O ska reagera med teglet. Slaggen och tillsatserna blandades manuellt. Försöks-uppställningen överskådliggörs i tabell 2. Temperatur [ºC] Tid [timmar] Slaggtyp Tillsats (uttagsplats) Experiment K1 ingen Experiment K1 Ingen Experiment K1 2,5 % CaO samt 2,5 % Na 2 CO 3 Experiment K1 5 % Na (i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (i form av K 2 CO 3 ) Experiment K11 5 % Na (i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (i form av K 2 CO 3 ) Experiment K11 5 % Na (i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (i form av K 2 CO 3 ) Experiment K11 5 % Na (i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (i form av K 2 CO 3 ) Tabell 2. Försöksuppställning. 3.2 Tillverkning av deglar Eldfasta materialets motståndskraft mot slagg och smält metall är en viktig egenskap vid valet av material till olika metallurgiska processer. Egenskapen kan bestämmas med flera olika metoder. Ingen av dessa ger dock ett absolut värde, utan resultatens tolkning baseras på visuell kontroll och jämförelse med andra prov. En pålitlig uppfattning om materialets motståndskraft kan fås om man lyckas, i labskala, simulera processförhållandena så noggrant som möjligt. Åtminstone ugnsatmosfären, temperaturen och slaggens sammansättning måste motsvara de beting som råder i själva processen. Degelmetoden är troligtvis den mest använda testmetoden för bestämning av ett materials hållbarhet mot slaggangrepp, eftersom den är en billig och snabb metod. Dess nackdel är att slaggen inte kan tillsättas under testen. I refererad rapport föreslås mått på deglar som följer: 17

24 80 x 80 x 65 mm, där håldiametern är 44 mm samt hålets djup 35 mm utborrat i degeln. Degeln värms sedan i en ugn. Temperaturen väljs efter materialet och dess driftförhållanden. Efter avkylningen klyvs degeln och slaggens inträngningsdjup mäts [26]. Beroende på verktygen och ugnarna som stod till förfogande, samt på begränsad tillgången till slagg från roterugnen, tillverkades testdeglarna i det här fallet i ett mindre format. Måtten sattes till 40 x 40 x 50mm, där håldiametern var 16 mm samt att hålets djup var 25 mm utborrat i degeln. En annan metod är strömetoden, då slaggen i det fallet tillsätts under testets gång. Detta kräver dock en helt annan utrustning som inte fanns tillgänglig för att utföra dessa tester. Andra metoder som kan nämnas är test med upphettningsmikroskop, Pilkingtornprovet samt Drip-slag test [27]. 3.3 Optisk mikroskopering Ett videomikroskop av typen Moritex MS-500C har använts vid den optiska mikroskoperingen. Analysverktyget var Soft Imaging system ADDA II. 3.4 SEM (Scanning electron microscopy) 1924 visade Louis de Broglie att en elektron i rörelse fysikaliskt kan beskrivas både som en partikelrörelse och som en vågrörelse. En elektronstråles beteende kan därför beskrivas med samma optiska lagar som en ljusstråles. Eftersom storleken hos de minsta detaljer som kan avbildas med ett optiskt system (systemets maximala upplösning) är av samma storleksordning som den använda strålningens våglängd, betyder detta att går att titta på betydligt mindre partiklar än ljusets våglängd, med elektronmikroskopi, till skillnad från ljusmikroskopi. Med svepelektronmikroskop (SEM), kan en bild förstoras upp till gånger. Med hjälp av EDX (energy dispersive x-ray) ges det också möjlighet att få en kvalitativ analys av provets sammansättning. Detta eftersom EDX utnyttjar den ämnesunika röntgenstrålningen som avges från provet då elektronstrålen sveper över ytan. Figur 15. Schematisk bild över ett svepelektronmikroskop [b]. 18

25 För att kunna göra en analys av det önskade provet, börjar man med att lägga in det i en vakuumkammare som töms på luft. Därefter sveper en fokuserad elektronstråle över provet. De elektroner som sprids, mäts med en detektor som sedan ger en utsignal till bildskärmens bildrör som är proportionell mot antalet detekterade elektroner i varje punkt. Då elektronstrålarna sveps kontinuerligt med en bestämd hastighet uppfattar ögat det som en enda bild [b]. 3.5 XRD och XRF Med röntgendiffraktion, XRD, ges möjligheten att studera de olika kristallstrukturerna som finns i ett material. Det kan beskrivas som ett interferensfenomen som uppstår i en kristall som bestrålas av röntgenljus vars våglängd är av samma storleksordning som atomernas inbördes avstånd i kristallen. Analysen genomförs så att röntgenstrålar skickas mot materialet som ska undersökas och strålarna reflekteras och fångas upp av en detektor. Figur 16. Schematisk bild av Braggs lag. [27] Med hjälp av Bragg s lag, 2 d sin( θ ) = nλ, kan atomplansavstånd och kristallstruktur avgöras [28]. Infallsvinkeln på röntgenstrålarna ändras kontinuerligt och intensiteten på de reflekterade strålarna registreras i ett difraktogram. Olika kristaller reflekterar röntgenstrålning med olika infallsvinklar, vilket gör att diffraktogrammet är specifikt för varje struktur. Figur 17. Schematisk bild av XRD. [b] Vid tolkningen av diffraktogrammen är det en fördel om den kemiska sammansättningen är känd. Faser i halter under 4 % kan därför vara mycket svåra att detektera då intensiteten för de topparna inte är nämnvärt högre än bakgrundsbruset [b]. 19

26 Med röntgenfluorescens, XRF, ges möjligheten att uppmäta halter av ett stort antal grundämnen både kvantitativt och kvalitativt. XRF utnyttjar faktumet att atomer fluorescerar med specifika energier då de exciteras av röntgenstrålning. Processen kan lite förenklat förklaras som att en elektron kan kastas ut från en atoms inre skal då atomen träffas av röntgenstrålning, eller av annan anledning höjer sin energinivå. Detta lämnar en ledig elektronplats i det inre skalet. En elektron från ett yttre skal kommer då att falla in till det inre skalet, vilket frigör energi. Ett sätt för atomen att bli av med överskottsenergin för att återgå till ett lägre energitillstånd, är att avge en foton med energi i röntgenstrålningsregionen av det elektromagnetiska spektrumet. Fotonens energi motsvarar energiskillnaden mellan de två skalen. Eftersom endast elektroner nära kärnan deltar i fluorescensprocessen påverkas inte röntgenstrålningens energi nämnvärt av vilket kemiskt tillstånd atomen befinner sig i. Antalet utsända fotoner per tidsenhet är proportionellt mot antalet atomer av respektive ämne, vilket används för den kvantitativa analysen [b]. 3.6 Factsage Med programvaran Factsage har termodynamiska simuleringar utförts. Factsage är en av världens största fullt integrerade databaser för att beräkna system inom kemikalisk termodynamik, som introducerades Den kom till som ett resultat av 20 års samarbete mellan Thermfact i Kanada och GTT-Technologies i Tyskland. Factsage paketet körs genom Microsoft Windows och innehåller databaser som möjligjör simuleringar inom bland annat elektrometallurgi, korrosion, pyrometallurgi, geologi eller framtagning av fasdiagram. Värt att nämna att simuleringar görs i jämviktsförhållande, vilket sällan uppnås i det reella fallet [e]. 20

27 4 Resultat 4.1 Slagganalys Den kemiska analysen av slaggen tagen i roterugnen i uttagsplatserna [2] (se figur 3, sidan 4) K1 (utlopp) och K11 (10 meter från inlopp) visar på att slaggen till största del består av hematit. Halterna K 2 O och Na 2 O ligger på 0,102 % respektive 0,128 % i uttagsplatsen K11, men avtar mot slutet av roterugnen. Askan från koleldningen bidrar till att höja alkalihalten. CaO halten ligger på 0,58 % i K11 men sjunker något i slutet av roterugnen. Oxider ( i % ) K1 K11 SiO 2 2,01 3,11 TiO 2 0,26 0,29 Al 2 O 3 0,52 0,99 Fe 2 O 3 94,32 92,45 FeO 0,54 0,54 MnO 0,09 0,09 MgO 1,35 1,38 CaO 0,42 0,58 Na 2 O 0,0432 0,1284 K 2 O 0,028 0,102 P 2 O 5 0,041 0,053 V 2 O 5 0,19 0, Fe 66,49 65,18 P 0,018 0,023 Fe 2 + K 0,42 0,42 Fe 2 + M 0,20 0,20 C 0,0086 0,0113 Tabell 3. Slagganalys. Kemisk analys av prover tagna i punkterna K1 och K11 i roterugnen, analyserade av LKAB:s kemiska laboratorium i Malmberget, med hjälp av XRF och Leco, som är en förbränningsanalys. Resultat kan ses i tabell 3. 21

28 4.2 Okulär besiktning av deglar Här redovisas digitala bilder av deglar kluvna på mitten samt kommentarer om vad som upptäckts genom okulär besiktning. I samtliga sju fall är deglarna placerade, från vänster till höger: Alex, Victor HWM och Silox 60. De gröna linjerna markerade i deglarna är markeringar där mikroskopering utförts. De olika försöksuppställningarna är numrerade från till och i bildernas figurtexter står driftstider, temperaturer och eventuella tillsatser Experiment 1 Figur 18. Med slagg från K1, ugnsdrift i 5 timmar vid 1200ºC I det fösta försöket, Med slagg från K1 och ugnsdrift i 5 timmar vid 1200ºC, blir slagg angreppet, i form av infiltration och diffusion, högst begränsat på teglet. Endast delvis har ytliga porer infiltrerats av slagg. Inga färgskiftningar på grund av fasomvandlingar, som en följd av diffusion, kan upptäckas. Ingen påkletning, där slagg som en följd av vätning bildar ett skikt som sitter fast i tegelytan, förekommer Experiment 2 Figur 19. Med slagg från K1, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350º 22

29 I det andra försöket, med slagg från K1 och ugnsdrift i 5 timmar vid 1350º, blir ett större antal tegelporer fyllda som en följd av infiltration, än i första försöket. Teglet har färgats brunt där slaggen befunnit sig, vilket kan tyda på en fasomvandling och viss diffusion. Lokalt uppträder påkletningar, men endast i tunna skikt. En klar majoritet av tegelytan som gränsat mot slaggkroppen är fortfarande tegelren, det vill säga fri från påkletningar Experiment 3 Figur 20. med slagg från K1, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC med tillsats av 2,5 % CaO samt 2,5 % Na 2CO 3 I det tredje försöket, med slagg från K1 och ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC med tillsats av 2,5 % CaO samt 2,5 % Na 2 CO 3, bildas glasfas i gränsytan mellan tegel och slaggkropp, i fallet med Alex. Den okulära besiktningen tyder på att infiltrationen fyllt samtliga öppna porer. Färgskiftningen till en mörkare brun nyans än i föregående fall indikerar fasomvandlingar där mer slaggpartiklar diffunderat in i teglet. Påkletning uppträder i det här fallet på en majoritet av tegelytan, men fortfarande i ett tunt skikt Experiment 4 Figur 21. Med slagg från K1, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC, med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2CO 3) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2CO 3) I det fjärde försöket, Med slagg från K1, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC, med tillsats av5 % Na (tillsatt i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2 CO 3 ), sker ett angrepp, i form av infiltration, diffusion och påkletning, som är markant kraftigare än i de tre föregående 23

30 fallen. I de tidigare fallen har angreppen, enligt det som kan upptäckas i den okulära besiktningen, legat i gränsytan. I det här fallet får infiltrationen i kombination med diffusionen, ett djup som kan upptäckas genom okulär besiktning. I samtliga deglar bildas en brun kant runt om på några tiondels millimeter. Angreppet har trängt in på djupet synbart. I fallet med Victor HWM uppträder ytterligare färgskiftning, i en grå nyans, på ett djup på upp till två mm. Detta tyder på att fasomvandlingar på ett större djup än i de andra två deglarna har ägt rum. Även påkletningarna har i det här fallet byggts på, till att omfatta mer än bara ett tunt skikt Experiment 5 Figur 22. med slagg från K11, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC, med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2CO 3) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2CO 3) I det femte försöket, med slagg från K11, ugnsdrift i 5 timmar vid 1350ºC, med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2 CO 3 ), har samtliga deglar, som i föregående fall, en brun kant runt om på några tiondels millimeter, där slaggpartiklar trängt in genom infiltrationen och diffusionen. I fallet med degeln av Victor HWM, så syns även här, ytterligare färgskiftning, till en grå nyans, på ett par millimeters djup. Påkletningarna täcker i det här fallet hela gränsytorna och omfattar mer än bara ett tunt skikt. I det här fallet spricker degeln tillverkad av tegeltypen Victor HWM. Sprickan syns dock inte på bilden. I degeln tillverkad av tegeltypen Silox 60, sintrar slaggen bitvis fast i teglet Experiment 6 Figur 23. med slagg från K11, ugnsdrift i 24 timmar vid 1350ºC, med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2CO 3) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2CO 3) 24

31 Med slagg från K11, ugnsdrift i 24 timmar vid 1350ºC med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2 CO 3 ), så är djupet på den bildade bruna zonen, som uppstått genom infiltration och diffusion, c:a en millimeter. I fallet med degeln av Victor HWM så syns även här ytterligare en grå zon ett par millimeters djup. Påkletningen täcker hela gränsytan och omfattar mer än bara ett tunt skikt. Även i det här fallet spricker degeln tillverkad av tegeltypen Victor HWM. Sprickan syns dock inte på bilden Experiment 7 Figur 24. med slagg från K11, ugnsdrift i 5 timmar vid 1400ºC, med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2CO 3) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2CO 3) Med slagg från K11, ugnsdrift i 5 timmar vid 1400ºC med tillsats av 5 % Na (tillsatt i form av Na 2 CO 3 ) samt 5 % K (tillsatt i form av K 2 CO 3 ) blir infiltrationen kraftigare än i föregående fall. Angreppet i form av infiltration och diffusion har trängt djupare in i teglet, än i föregående fall, vilket tyder på att en temperatur ökning påverkar angreppet mer än en tidsökning. Märk väl att i detta fall sintrade slaggen ihop med samtliga deglar så kraftigt att om man vill ta bort den slits bitar av teglet med, ett scenario som överensstämmer med vad som kan hända och händer vid avslaggningen vid kallstoppen i september. Det faktum att slaggkroppen sintrat fast så kraftigt, gör det svårt att avgöra var angripet tegel och påkletning börjar och slutar. Även i det här fallet spricker degeln tillverkad av tegeltypen Victor HWM, vilket inte heller här kan ses på bilden. 25