Шлакопровід ковша – це частина, де розплавлена сталь безпосередньо контактує з повітрям. в даний часмагнезіально-вуглецева цеглав основному використовуються для будівництва ковшової шлакової лінії. Через різницю температур і наявність середовища, багатого киснем, швидкість ерозії цієї частини значно швидша, ніж інших частин. Крім того, перекидання та викид шлаку розплавленої сталі під час роботи завдають великої шкоди шлаковій лінії. Таким чином, шлакопровід ковша є однією з частин з найбільшою періодичністю технічного обслуговування.
Термін служби шлакової лінії ковша в основному залежить від трьох аспектів: зовнішнє середовище, якість вогнетривкості та спосіб кладки.
1. Зовнішнє середовище
Ківш — пристрій для прийому розплавленої сталі та виконання розливних операцій. Температура розплавленої сталі часто становить близько 1500 градусів. Коли шлакопровід ковша контактує з повітрям при цій температурі, відбудеться сильна реакція окислення. Крім того, різниця температур поверхні контакту між розплавленою сталлю та повітрям також має дуже сильний вплив на шлакопровід ковша. Велика різниця температур серйозно піддасть термічній стабільності шлакопроводу ковша [20]. Під час частих операцій прийому та скидання вогнетрив вироблятиме певний ступінь розтріскування. Тому в зовнішньому середовищі окислення при високій температурі має великий вплив на ерозію шлакової лінії. У той же час величезна зміна температури висуває високі вимоги до термічної стійкості вогнетривів. Під впливом втрати плавлення та руйнування вогнетривких матеріалів шлакопровід ковша легко пошкоджується, а потім відбувається інфільтрація сталі.
Шлак рафінування LF легко спричинити окислення та зневуглецювання магнезіально-вуглецевої цегли. LF шлак має відносно низьку в'язкість при високій температурі, має сильну проникність у шарі декарбюрізації та має високу розчинність в оксиді магнію. У той же час шлак легко проникає в межі зерен периклазу, щоб роз’єднати частинки магнезіального піску, як показано на малюнку 2 (SA — шлак на малюнку; TA — перетин трьох частин). Таким чином, термін служби магнезитової вуглецевої цегли LF шлакової лінії відносно низький. Shen та ін. систематично досліджував механізм пошкодження ковшових магнієвих вуглецевих блоків у процесі рафінування LF, вказуючи на те, що менші агрегати зерен MgO легко руйнуються високотемпературним шлаком. Після ерозії шлак продовжуватиме проникати всередину заповнювача MgO уздовж межі зерен периклазу, зрештою викликаючи розщеплення заповнювача периклазу.
2. Вогнетривка якість
Currently, magnesite carbon bricks are mainly used for ladle slag lines. Both traditional magnesia carbon bricks and low-carbon magnesite carbon bricks, which are currently widely used, mainly use flake graphite as their carbon source. Flake graphite is generally selected from -197, -196, etc., that is, the particle size is greater than 100 mesh and the purity is higher than 97% or 96% (mass fraction). The binder is a thermosetting phenolic resin. During the carbonization reaction, the self-chain segments undergo cross-linking reactions to form a network structure that can form a mechanical interlocking force between magnesia sand particles and graphite. Graphite is the main raw material for the production of magnesia carbon refractory bricks, mainly due to its excellent physical properties: ① non-wetting of slag, ② high thermal conductivity, and ③ low thermal expansion. In addition, graphite does not melt with refractory materials, and graphite has high refractoriness. It is precisely because of this characteristic that mag-c bricks are selected for slag lines with harsh operating environments [24]. For low carbon magnesia carbon bricks (mass fraction of carbon ≤8%) or ultra-low carbon magnesite carbon bricks (mass fraction of carbon ≤3%), it is difficult to form a continuous network structure due to the low carbon content, so the organizational structure design of low carbon magnesia-carbon bricks is relatively complex. On the contrary, the organizational structure design of high carbon mag-carbon bricks (mass fraction of carbon>10%) відносно просто.
Через сприйнятливість магнезитової вуглецевої цегли до вологи та вплив вибору рецептури, продуктивність магнезитно-вуглецевої цегли певною мірою вплине. Після того, як магнезіально-вуглецеві цеглини зволожуються, структура стає пухкою, і вода витікає під високою температурою, утворюючи численні порожні канали, що матиме негативний вплив на термічну стабільність і корозійну стійкість цієї цегли, а також на здатність справлятися з розплавленою сталлю. також бути значно ослабленим. MgO-C дуже чутливий до термомеханічного стирання, оскільки коефіцієнт теплового розширення MgO має високу оборотність. Сполучна речовина магнезіально-вуглецевої цегли також є важливим фактором, що впливає на якість магнезіально-вуглецевої цегли. Занадто багато або занадто мало сполучного вплине на продуктивність магнезіально-вуглецевої цегли. Занадто мало сполучного призведе до того, що порошок магнезіально-вуглецевої цегли буде нещільно зв’язаний і легко змивається та відшаровується; Занадто багато сполучного спричинить погіршення стійкості до термічного удару та вогнетривкості магнезіально-вуглецевої цегли, і до розплавленої сталі буде додано занадто багато шкідливих елементів.
Коли ковш отримує розплавлену сталь з конвертера, вона буде супроводжуватися великою кількістю шлаку. 2CaO·SiO2 з низькою температурою плавлення в шлаку розчиняється на межі зерен MgO і хімічно реагує з мікроелементами домішок у шарі MgO, що відіграє основну роль у розчиненні магнезіальних вогнетривких матеріалів. З точки зору конвертерного шлаку, дослідження щодо підвищення ефективності магнезіально-вуглецевої вогнетривкої цегли в основному зосереджені на магнезіальному піску, антиоксидантах і мікроструктурі.
Крім того, додавання антиоксидантів до магнезіально-вуглецевої цегли також впливає на її якість. Для підвищення стійкості до окислення магнезіально-вуглецевої цегли часто додають невелику кількість добавок. Загальні добавки включають Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN і добавки серії Al-BC і Al-SiC-C. Роль добавок в основному має два аспекти: з одного боку, з термодинамічної точки зору, при робочій температурі добавки або добавки реагують з вуглецем, утворюючи інші речовини. Їх спорідненість з киснем більша, ніж спорідненість вуглецю з киснем, і вони окислюються перед вуглецем, тим самим захищаючи вуглець. З іншого боку, з кінетичної точки зору, сполуки, що утворюються в результаті реакції добавок з O2, CO або вуглецем, змінюють мікроструктуру вуглецевих композиційних вогнетривких матеріалів, наприклад збільшують щільність, блокують пори та перешкоджають дифузії кисню та продукти реакції [28]. В даний час порошок Al в основному використовується в магнезіально-вуглецевих цеглах для запобігання окисленню вуглецю. Незважаючи на те, що Al має сильну антиокислювальну здатність, при високій температурі Al реагує з C і N2, утворюючи сполуки вуглецю та азоту Al. Серед них карбід Al легко гідратувати в процесі від високої температури до низької, що призводить до утворення пустот всередині магнезіально-вуглецевої цегли, що спричиняє розпушення структури та тріщини.
3. Спосіб кладки
Магнієво-вуглецева цегла в шлаковій лінії ковша зазвичай використовується для сухої кладки (безпосереднє укладання цегли без з’єднання вогнетривким розчином) і мокрої кладки (з використанням вогнетривкої кладки в поєднанні з вогнетривкою цеглою). Перевага сухої кладки полягає в тому, що вона мінімізує вплив вогняного розчину. За умов високої температури, через різні матеріали магнієвої цегли та вогневого розчину, швидкість теплового розширення різна через температуру, що легко створює щілини на контактній поверхні. Недоліком цього методу є те, що цегла не може бути гарантовано 100% щільного контакту. У той же час, коли магнезіально-вуглецеві цеглини розширюються через нагрівання, між цеглинами не залишається місця для буфера, що спричиняє здавлювання та ламання цеглин; або внаслідок розширення цегли все кільце шлакопроводу піднімається в цілому, і величезна сила екструзії спричиняє деформацію крайової пластини, а вогнетривкий матеріал втрачає захист і змивається та відшаровується, що створює більшу загроза якості шлакопроводу.
Мокрий спосіб кладки аналогічний способу кладки в будівлях, але до нього більш жорсткі вимоги. Перевагою цього методу є те, що він дозволяє уникнути щілин, які можуть виникнути при сухій кладці. У той же час вогнище слабке при високих температурах. Коли магнезіально-вуглецеві цеглини розширюються під дією тепла, вони можуть течі, адаптуючись до змін у проміжках між цеглами, розсіюючи силу екструзії між цеглами, таким чином уникаючи утворення проміжків. Недоліком цього способу є те, що використання вогневого шламу робить структуру шлакоблоку нестійкою і підвищує складність кладки. Якщо вогонь буде нерівномірним, між цеглинами все одно будуть щілини.
