Die Pfannenschlackenlinie ist der Teil, wo geschmolzener Stahl in direkten Kontakt mit Luft kommt.Magnesia-Kohlenstoff-Steinewerden hauptsächlich für den Bau von Pfannenschlackenlinien verwendet. Aufgrund des Temperaturunterschieds und der sauerstoffreichen Umgebung ist die Erosionsrate dieses Teils deutlich höher als bei anderen Teilen. Darüber hinaus verursachen das Umkippen und der Schlackenausstoß von geschmolzenem Stahl während des Betriebs große Schäden an der Schlackenlinie. Daher ist die Pfannenschlackenlinie einer der Teile mit der höchsten Wartungshäufigkeit.
Die Lebensdauer der Pfannenschlackenlinie wird im Wesentlichen durch drei Aspekte beeinflusst und eingeschränkt: äußere Umgebung, Qualität des Feuerfestmaterials und Mauerwerksmethode.
1. Externes Umfeld
Eine Pfanne ist ein Gerät zum Aufnehmen von geschmolzenem Stahl und zum Gießen. Die Temperatur von geschmolzenem Stahl beträgt häufig etwa 1500 Grad. Wenn die Schlackenlinie der Pfanne bei dieser Temperatur mit Luft in Kontakt kommt, tritt eine starke Oxidationsreaktion auf. Darüber hinaus wirkt sich der Temperaturunterschied an der Kontaktfläche zwischen geschmolzenem Stahl und Luft sehr stark auf die Schlackenlinie der Pfanne aus. Der große Temperaturunterschied stellt die thermische Stabilität der Schlackenlinie der Pfanne auf eine harte Probe [20]. Bei häufigem Aufnehmen und Entleeren tritt im feuerfesten Material ein gewisses Maß an Rissbildung auf. In der äußeren Umgebung hat daher Oxidation bei hohen Temperaturen einen großen Einfluss auf die Erosion der Schlackenlinie. Gleichzeitig stellen enorme Temperaturschwankungen hohe Anforderungen an die thermische Stabilität feuerfester Materialien. Durch das Zusammenspiel von Schmelzverlust und Zerfall der feuerfesten Materialien wird die Schlackenlinie der Pfanne leicht beschädigt und es kommt zu Stahlinfiltrationen.
LF-Raffinationsschlacke kann leicht zur Oxidation und Entkohlung von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen führen. LF-Schlacke hat bei hohen Temperaturen eine relativ niedrige Viskosität, ist in der Entkohlungsschicht stark durchlässig und weist eine hohe Löslichkeit in Magnesiumoxid auf. Gleichzeitig dringt die Schlacke leicht in die Korngrenzen von Periklas ein, um Magnesia-Sandpartikel aufzulösen, wie in Abbildung 2 gezeigt (SA ist in der Abbildung Schlacke; TA ist der Schnittpunkt der drei Teile). Daher ist die Lebensdauer von LF-Schlackenlinien-Magnesit-Kohlenstoff-Steinen relativ gering. Shen et al. untersuchten systematisch den Schadensmechanismus von Pfannen-Magnesit-Kohlenstoff-Steinen im LF-Raffinationsprozess und zeigten, dass kleinere MgO-Kornaggregate leicht durch Hochtemperaturschlacke erodiert werden. Nach der Erosion dringt die Schlacke weiter entlang der Periklas-Korngrenzen in das Innere des MgO-Aggregats ein und verursacht schließlich die Spaltung des Periklas-Aggregats.
2. Feuerfeste Qualität
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 %) ist relativ einfach.
Aufgrund der Anfälligkeit von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen gegenüber Feuchtigkeit und dem Einfluss der Rezepturauswahl wird die Leistung von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen bis zu einem gewissen Grad beeinträchtigt. Wenn Magnesia-Kohlenstoff-Steinen feucht werden, wird die Struktur locker und Wasser entweicht bei hohen Temperaturen, wodurch zahlreiche leere Kanäle entstehen, was sich negativ auf die thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit dieser Steine auswirkt und auch die Fähigkeit, mit geschmolzenem Stahl fertig zu werden, stark geschwächt wird. MgO-C ist sehr empfindlich gegenüber thermomechanischem Abrieb, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von MgO eine hohe Reversibilität aufweist. Das Bindemittel von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der die Qualität von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen beeinflusst. Zu viel oder zu wenig Bindemittel beeinträchtigt die Leistung von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen. Zu wenig Bindemittel führt dazu, dass das Pulver von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen locker gebunden ist und leicht abgewaschen und abgezogen werden kann; zu viel Bindemittel führt dazu, dass die Thermoschockstabilität und Feuerfestigkeit von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen beeinträchtigt werden und dem geschmolzenen Stahl zu viele schädliche Elemente hinzugefügt werden.
Wenn die Pfanne den geschmolzenen Stahl aus dem Konverter erhält, wird dieser von einer großen Menge Schlacke begleitet. Das niedrigschmelzende 2CaO·SiO2 in der Schlacke löst sich in der MgO-Korngrenze auf und reagiert chemisch mit den Spurenverunreinigungselementen in der MgO-Schicht, was eine wichtige Rolle bei der Auflösung von feuerfesten Magnesia-Materialien spielt. Aus der Perspektive der Konverterschlacke konzentriert sich die Forschung zur Leistungsverbesserung von feuerfesten Magnesia-Kohlenstoff-Steinen hauptsächlich auf Magnesia-Sand, Antioxidantien und Mikrostruktur.
Darüber hinaus wirkt sich die Zugabe von Antioxidantien zu Magnesia-Kohlenstoff-Steinen auch auf deren Qualität aus. Um die Oxidationsbeständigkeit von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen zu verbessern, werden häufig kleine Mengen an Additiven zugesetzt. Übliche Additive sind Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN und Additive der Al-BC- und Al-SiC-C-Reihe. Die Rolle von Additiven hat hauptsächlich zwei Aspekte: Einerseits reagieren Additive oder Zusatzstoffe aus thermodynamischer Sicht bei der Arbeitstemperatur mit Kohlenstoff und bilden andere Substanzen. Ihre Affinität zu Sauerstoff ist größer als die von Kohlenstoff zu Sauerstoff, und sie werden vor Kohlenstoff oxidiert, wodurch Kohlenstoff geschützt wird. Andererseits verändern die durch die Reaktion von Additiven mit O2, CO oder Kohlenstoff entstehenden Verbindungen aus kinetischer Sicht die Mikrostruktur von feuerfesten Kohlenstoffverbundwerkstoffen, beispielsweise indem sie die Dichte erhöhen, Poren blockieren und die Diffusion von Sauerstoff und Reaktionsprodukten behindern [28]. Derzeit wird Al-Pulver hauptsächlich in Magnesia-Kohlenstoffsteinen verwendet, um Kohlenstoffoxidation zu verhindern. Obwohl Al eine starke Antioxidationsfähigkeit besitzt, reagiert es bei hohen Temperaturen mit C und N2 und bildet Al-Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen. Unter ihnen hydratisiert Al-Karbid leicht bei dem Prozess von hohen auf niedrige Temperaturen, was zur Bildung von Hohlräumen im Magnesia-Kohlenstoffstein führt, was dazu führt, dass sich die Struktur löst und Risse bildet.
3. Mauerwerksmethode
Magnesium-Kohlenstoff-Steine in Pfannenschlackenlinien werden im Allgemeinen als Trockenmauerwerk (direktes Stapeln der Steine ohne Bindung von Feuerschlamm) oder Nassmauerwerk (unter Verwendung von Feuerschlamm in Kombination mit feuerfesten Steinen) verwendet. Der Vorteil von Trockenmauerwerk besteht darin, dass es die Auswirkungen von Feuerschlamm minimiert. Unter Hochtemperaturbedingungen ist die Wärmeausdehnungsrate aufgrund der unterschiedlichen Materialien von Magnesium-Kohlenstoff-Steinen und Feuerschlamm aufgrund der Temperatur unterschiedlich, wodurch leicht Lücken auf der Kontaktfläche entstehen können. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass ein 100 % enger Kontakt der Steine nicht garantiert werden kann. Gleichzeitig gibt es bei der Ausdehnung der Magnesium-Kohlenstoff-Steine aufgrund von Hitze keinen Pufferraum zwischen den Steinen, wodurch die Steine gequetscht werden und brechen. oder aufgrund der Ausdehnung der Ziegel wird der gesamte Ring der Schlackenlinie als Ganzes angehoben und die enorme Extrusionskraft führt dazu, dass sich die Randplatte verformt und das feuerfeste Material seinen Schutz verliert und abgewaschen und abgelöst wird, was eine größere Bedrohung für die Qualität der Schlackenlinie darstellt.
Die Nassmauerwerksmethode ähnelt der Mauerwerksmethode in Gebäuden, stellt jedoch strengere Anforderungen. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die bei Trockenmauerwerk auftretenden Lücken gut vermieden werden können. Gleichzeitig ist der Brandschlamm bei hohen Temperaturen schwach. Wenn sich die Magnesia-Kohlenstoffsteine aufgrund von Hitze ausdehnen, können sie fließen, um sich an die Veränderungen in den Lücken zwischen den Steinen anzupassen, wodurch die Extrusionskraft zwischen den Steinen verteilt und so die Entstehung von Lücken vermieden wird. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass die Verwendung von Brandschlamm die Struktur der Schlackenlinie instabil macht und die Schwierigkeit des Mauerwerks erhöht. Wenn der Brandschlamm uneben ist, entstehen immer noch Lücken zwischen den Steinen.
