Magnezitna karbonska opekaje dominantan izbor vatrostalnog materijala za obloge elektrolučnih peći i osnovnih peći s kisikom - i to već desetljećima. Njegova kombinacija visokog udjela MgO, ponašanja grafita koje ne-vlaži rastaljeni metal i trosku, te toplinske vodljivosti koja održava ciglu hladnom pomoću vode-pomoći ploče čini ga najpouzdanijim dokazanim materijalom za uvjete unutar posude za proizvodnju čelika.
Ali "dominantno" ne znači jednolično. Određivanje iste MgO-C opeke u svakoj zoni EAF-a ili BOF-a, ili postavljanje prema zadanim postavkama bez ispitivanja zahtjeva za ugljikom, proizvodi obloge koje ili prerano otkazuju u zonama koje su trebale više ili koštaju znatno više nego što je potrebno u zonama koje su trebale manje. A u čistoj proizvodnji čelika, gdje skupljanje ugljika iz vatrostalnog materijala zagađuje toplinu, standardna MgO-C opeka nije samo suboptimalna - već je pogrešan materijal.
Zašto je grafitni ugljik ključna varijabla, a ne MgO
Većina inženjera koji određuju MgO-C opeke prvenstveno se fokusiraju na sadržaj i čistoću MgO. Kvaliteta MgO je važna, posebno za otpornost na trosku - taljeni magnezij više čistoće iznad 97% MgO pruža bolju otpornost na prodor troske od sinterovanog magnezija iste nazivne čistoće. No, varijabla koja najizravnije određuje kako se cigla ponaša u svakoj zoni posude za proizvodnju čelika je sadržaj ugljika, i ona pokreće performanse u dva smjera istovremeno.
Grafit u opeci MgO-C ima više funkcija. Njegova -karakteristika nekvašenja rastaljenog čelika i troske sprječava prodiranje u mikrostrukturu opeke - troska koja ne može smočiti površinu ne može otopiti zrnca MgO iza sebe. Njegova visoka toplinska vodljivost stvara strmi toplinski gradijent kroz ciglu, održavajući temperaturu vruće površine ispod temperature na kojoj bi troska brzo otopila MgO. A njegova prisutnost kao kontinuirane faze unutar matrice opeke suzbija širenje pukotina pod toplinskim udarom - fleksibilna kristalna struktura grafita apsorbira energiju deformacije koja bi slomila čisto oksidnu keramiku.
Veći sadržaj ugljika pojačava sva tri učinka. Opeka s 18% ugljika učinkovitije se odupire prodoru troske, učinkovitije održava toplinski gradijent i bolje apsorbira toplinski udar od iste cigle s 10% ugljika. Ali također gubi više topline kroz ljusku posude - što je važno za energetsku učinkovitost i temperaturu ljuske - i brže oksidira u zonama u kojima atmosfera peći oksidira tijekom-razdoblja zagrijavanja. Oksidacija ugljika proizvodi plin CO unutar cigle, koji izlazi i ostavlja za sobom dekarburizirani, oslabljeni sloj na vrućoj površini. Dekarburizirana MgO-C cigla ponaša se sve više kao magnezijeva cigla male-čvrstoće kako se karbonska prednja strana povlači prema unutra.
Zbog toga je odabir sadržaja ugljika specifičan za-zonu, a ne za -širu peć.
Zona-po-Odabir ugljika i MgO po zonama
EAF linija troske i vruće točke
Linija šljake - zona u kontaktu s površinom kupke šljake - i vruće točke izravno nasuprot elektroda su pozicije najvećeg trošenja u EAF-u. Temperature dosežu 1.600 stupnjeva do 1.700 stupnjeva, kemijski sastav troske je agresivan (obično bazičan, omjer CaO/SiO₂ iznad 2,5), a zračenje luka izravno utječe na žarišne opeke. Ove zone zahtijevaju najveći sadržaj ugljika u peći - obično 16–20% - u kombinaciji s fuzioniranim magnezijem iznad 97% MgO. Visoki sadržaj grafita ovdje je bitan jer učinak toplinskog gradijenta štiti površinu opeke od otapanja troske, a ponašanje grafita bez vlaženja na vrućoj površini sprječava infiltraciju troske tijekom topline. Dodaci antioksidansa - aluminij, silicij ili bor karbid - standardni su u ovim stupnjevima za usporavanje oksidacije ugljika tijekom razdoblja isključenja-oksidacijske troske.
EAF cijev i bočna stijenka iznad linije troske
Zona bačve iznad linije troske ima nižu temperaturu od linije troske i manje izravnog kontakta troske. Sadržaj ugljika pada na 12–16% u ovoj zoni - dovoljno da se održi otpornost na toplinski udar i ne-ponašanje vlaženja, ali niži od specifikacije linije troske kako bi se smanjio gubitak topline kroz bočne stijenke posude i izloženost oksidaciji. Sinterirani magnezij s 95–96% MgO ovdje je često prikladan umjesto prvoklasnog taljenog magnezija, što je opravdano na liniji troske, ali dodaje nepotrebne troškove u bačvi.
BOF bačva i zone zakretanja
U osnovnim pećima za kisik, bačvasta zona proteže se cijelom visinom posude između punjenja i linije troske. Tijekom upuhivanja kisikom, bačva BOF doživljava intenzivne toplinske cikluse i prskanje troske. Sadržaj ugljika u ovoj zoni je tipično 12-16%, s dodacima antioksidansa kako bi se oduprlo oksidirajućoj atmosferi iz koplja za kisik. Zona zakretanja - strukturno najvažniji položaj jer nosi rotacijsko opterećenje posude - koristi cigle s većom čistoćom MgO i kontroliranim sadržajem ugljika za ravnotežu kemijske otpornosti s mehaničkim integritetom. Pukotine na osovini su strukturni kvar, a ne samo kvar zbog trošenja, zbog čega ova zona zahtijeva odvojenu specifikaciju od bačve, a ne opću primjenu kvalitete linije troske.
Ognjište i dno
Cigle ložišta EAF-a nalaze se ispod čelične kupke i doživljavaju stalni kontakt s rastaljenim metalom na 1550 stupnjeva do 1650 stupnjeva. Ovdje se koristi MgO-C, ali s nižim udjelom ugljika od bočne stijenke - obično 8–12% - jer zahtjev za ne-vlaženjem čelika, a ne troske, ne zahtijeva najveći udio grafita, a strukturni integritet ložišta pod punom težinom čelične kupke važnije je ograničenje dizajna od otpornosti na trosku. Neka BOF dna koriste mješavine za točenje na bazi-magnezija umjesto cigle u ovom položaju, krpajući dno između kampanja dok erodira, umjesto da ga ponovno oblažu pri svakoj kampanji.
Kada je MgO-C pogrešan izbor: proizvodnja čelika s ultra-niskim udjelom ugljika
Temeljno ograničenje magnezitne ugljične opeke ugrađeno je u njezin naziv: sadrži ugljik. U EAF ili loncu za proizvodnju čelika s ultra-niskim udjelom ugljika - električnih razreda, čelika za-duboko izvlačenje za automobile i određenih nehrđajućih razreda gdje ugljik mora biti ispod 0,003% - svaka vatrostalna površina u kontaktu s čeličnom kupkom potencijalni je izvor ugljika. Ugljik se prenosi iz opeke u talinu izravnim otapanjem i smanjenjem CO plina na granici čelične-cigle. Standardna MgO-C opeka s 14% ugljika u liniji troske lonca doprinosi mjerljivom skupljanju ugljika toplinama koje se obrađuju u tom loncu.
Odgovor industrije na ovo ograničenje slijedio je dva puta. Nisko{1}}ugljične MgO-C opeke - sa sadržajem ugljika smanjenim na 5–8% kroz zamjenu nekih grafita ne-oksidnim aditivima - smanjuju prijenos ugljika dok zadržavaju dio MgO-C otpornosti na šljaku i ponašanje pri toplinskom udaru. Smanjeni sadržaj grafita povećava ranjivost opeke na prodor šljake i pucanje od toplinskog udara, što se kompenzira većom čistoćom MgO i agresivnijim paketima antioksidansa. Za linije troske lonca u čistoj proizvodnji čelika standardna je specifikacija nisko-ugljika MgO-C na 5–8% grafita.
Za najzahtjevnije primjene čistog čelika - vakuumski otplinjene ultra-čelike s niskim udjelom ugljika i položaje gdje čak i nisko{2}}ugljični MgO-C proizvodi neprihvatljivo sakupljanje ugljika - magnezijev spinel ilimagnezitno-aluminijeva opekabez ugljika osigurava nulti rizik od onečišćenja ugljikom. Ovi materijali žrtvuju otpornost na šljaku i toleranciju na toplinske udare MgO-C, što je prihvatljivo u određenim položajima posuda gdje se koriste, ali nisu opća zamjena za punu oblogu.
Pitanje antioksidansa
Svaka reklamaMgO-C opekastupanj uključuje antioksidativne aditive - metalne ili karbidne spojeve koji preferirano reagiraju s kisikom na visokoj temperaturi, štiteći fazu grafita od oksidacije. Odabir antioksidansa određuje na kojoj se temperaturi zaštita aktivira i koji produkti oksidacije ostaju u opeci.
Aluminijski prah se aktivira na relativno niskoj temperaturi (iznad 800 stupnjeva) i formira Al₂O₃ in situ, koji ispunjava pore i usporava difuziju kisika do grafita. To je najčešći antioksidans u standardnim stupnjevima MgO-C. Silicij se aktivira na nešto višoj temperaturi i formira SiC i kasnije SiO₂, što stvara viskoznu staklenu fazu koja brtvi dekarburiziranu zonu. Kombinacija Al i Si - Al-Si kompozitnog antioksidansa - pruža najširi raspon zaštitnih temperatura i trenutno je industrijska preferencija za EAF i BOF šljaku.
Bor karbid (B4C) pruža najučinkovitiju zaštitu od oksidacije na temperaturama iznad 1500 stupnjeva, gdje su dodaci Al i Si već potrošeni. Dodaje se u malim udjelima (obično 1-3%) uz glavni antioksidans, a ne kao jedini aditiv, a njegova cijena ograničava njegovu upotrebu na vrhunske stupnjeve u uslugama s najvećom oksidacijom.
Odakle započeti kada specificirate novi projekt
Prvo pitanje nije "koji stupanj MgO-C?" To je "koje zone kontroliraju vijek trajanja obloge i koji je mehanizam kvara u svakoj?" Erozija troske i gubitak vrućih točaka kvarovi su-potaknuti kemijom gdje su veća čistoća MgO i sadržaj ugljika odgovarajući odgovor. Oksidacija ugljika u bačvi tijekom-razdoblja topline je kvar-potaknut oksidacijom gdje izbor antioksidansa i smanjenje sadržaja ugljika mogu biti učinkovitiji od veće čistoće MgO. Pukotine od toplinskog udara u osovini su strukturni kvar gdje sadržaj grafita i raspodjela veličine zrna MgO određuju rješenje, a ne razina čistoće MgO.
Obloga koja koristi jedan stupanj u cijeloj posudi tretira sve načine kvara kao ekvivalentne kada nisu. Razlika u cijeni između vrhunske vrste bačve od topljenog magnezijevog oksida i standardne bačve od sinteriranog magnezijevog oksida je značajna - primijenjena na 30–40% volumena posude koja je zona bačve, a ne linija troske, ta je razlika značajna u odnosu na proračun vatrostalnog materijala kampanje.
Za odabir stupnja opeke MgO-C prema zoni peći, specifikaciji sadržaja ugljika za primjene čistog čelika ili opskrbu projekta magnezitnim ugljičnim opekama za EAF, BOF i obloge lonca,kontaktirajte Thermaxcel Refractorys vašom vrstom peći, dimenzijama posude i zahtjevima za vrstu čelika.
