Study of Refractory Wear in the Tuyere Region of a Peirce-Smith Nickel Convertor

Abstract

Profiles of the composition variation with distance from the hot face were mapped out by SEM analysis of chrome-magnesite tuyere refractory bricks from a Peirce-Smith nickel converter. The presence of magnesium sulphate was confirmed by XRD, SEM and wet analysis. The work showed that periclase was highly susceptible to attack by sulphur dioxide and formed magnesium sulphate in the cooler regions of the refractory brick where the reaction was favourable. Thermal cycling caused the periclase to alternate between the sulphate and the oxide leading to increased pore formation and decreased brick strength. This combined with tuyere punching contributed to the enhanced loss of refractory at the tuyere line. The accretion layer had a high nickel ferrite content which agreed with the high oxygen potential expected at the tuyere region. An interface region between the accretion layer and the refractory showed that counterdiffusion of iron and magnesium assisted in removing periclase from the refractory. Nickel and nickel compounds were limited to the first two mm of the hot face and no infiltration was found. The chrome-spinel is more resistant to attack than the periclase. The pore structure in the refractory brick was identified as the key variable in resisting sulphate formation. An ability to close or fill the pores will reduce the possibility of sulphur dioxide diffusion into the cooler regions for magnesium sulphate formation. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

On a tracé, par analyse SEM, des profils de la variation de la composition en fonction de la distance, à partir de la face chaude de briques réfractaires en chromite-magnésie de la tuyére d'un convertisseur Peirce-Smith pour le nickel. On a confirmé la présence de sulfate de magnésium par XRD, SEM et analyse par voie humide. Le travail a montré que la périclase était extremement susceptible à l'attaque par le bioxyde de soufre et formait du sulfate de magnésium dans les zones les plus froides de la brique réfractaire, la ou la réaction était favorable. Les cycles thermiques ont fait en sorte que la périclase alternait entre le sulfate et l'oxyde, conduisant a une augmentation de la formation de pore et à la diminution de la résistance de la brique. Ceci, en combinaison avec la perforation de la tuyére, a contribue à une augmentation de la perte de réfractaire a la ligne de tuyére. La couche d'accretion avait un contenu élevé en ferrite-nickel, en accord avec le haut potentiel en oxygene de la zone de la tuyére. Une region interfaciale entre la couche d'accretion et le réfractaire a montré que la contre-diffusion du fer et du magnésium a contribue à I'enlevement de la periclase du réfractaire. Le nickel et les composes de nickel etaient limites aux premiers deux mm de la face chaude et l'on a trouvé aucune infiltration. Le chrome-spinelle est plus résistant à I'attaque que la periclase. On a identifie la structure de pore de la brique refractaire comme etant la variable-cle dans la resistance à la formation de sulfate. Une habilite à fermer ou remplir les pores reduira la possibilité de diffusion de bioxyde de soufre vers les regions les plus froides pour la formation de sulfate de magnésium. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.