خط سرباره ملاقه قسمتی است که فولاد مذاب در تماس مستقیم با هوا قرار می گیرد. در حال حاضر،آجر کربن منیزیابیشتر برای ساخت خط سرباره ملاقه استفاده می شود. به دلیل اختلاف دما و وجود محیط غنی از اکسیژن، سرعت فرسایش این قسمت به طور قابل توجهی سریعتر از سایر قسمت ها است. علاوه بر این، سرباره و تخلیه سرباره فولاد مذاب در حین کار باعث آسیب زیادی به خط سرباره می شود. بنابراین خط سرباره ملاقه یکی از قطعاتی است که بیشترین فرکانس نگهداری را دارد.
عمر خط سرباره ملاقه عمدتاً تحت تأثیر سه جنبه محیط خارجی، کیفیت نسوز و روش سنگ تراشی است.
1. محیط خارجی
ملاقه وسیله ای برای دریافت فولاد مذاب و انجام عملیات ریختن است. دمای فولاد مذاب اغلب در حدود 1500 درجه است. هنگامی که خط سرباره ملاقه در این دما با هوا تماس پیدا می کند، یک واکنش اکسیداسیون قوی رخ می دهد. علاوه بر این، اختلاف دمای سطح تماس بین فولاد مذاب و هوا نیز تأثیر بسیار زیادی بر خط سرباره ملاقه دارد. اختلاف دما زیاد، پایداری حرارتی خط سرباره ملاقه را به شدت آزمایش خواهد کرد[20]. در طول عملیات دریافت و تخلیه مکرر، نسوز درجه خاصی از ترک ایجاد می کند. بنابراین در محیط خارجی اکسیداسیون در دمای بالا تاثیر زیادی بر فرسایش خط سرباره دارد. در عین حال، تغییر عظیم دما الزامات بالایی را برای پایداری حرارتی مواد نسوز ایجاد می کند. تحت اثر متقابل تلفات ذوب و فروپاشی مواد نسوز، خط سرباره ملاقه به راحتی آسیب می بیند و سپس نفوذ فولاد رخ می دهد.
سرباره تصفیه LF به راحتی باعث اکسیداسیون و کربن زدایی آجرهای کربنی منیزیم می شود. سرباره LF دارای ویسکوزیته نسبتاً کم در دمای بالا است، دارای نفوذپذیری قوی در لایه کربن زدایی و حلالیت بالایی در اکسید منیزیم است. در همان زمان، نفوذ سرباره به مرز دانه پریکلاز برای تفکیک ذرات ماسه منیزیم، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، آسان است (SA در شکل سرباره است؛ TA تقاطع سه قطعه است). بنابراین، عمر مفید آجرهای کربنی منیزیت خط سرباره LF نسبتا کم است. شن و همکاران به طور سیستماتیک مکانیسم آسیب آجرهای کربنی منیزیم ملاقه ای در فرآیند پالایش LF مورد مطالعه قرار گرفت، که نشان می دهد دانه های کوچکتر MgO به راحتی توسط سرباره با دمای بالا فرسایش می یابد. پس از فرسایش، سرباره به نفوذ به داخل سنگدانه MgO در امتداد مرز دانه پریکلاز ادامه خواهد داد و در نهایت باعث جدا شدن سنگدانه پریکلاز می شود.
2. کیفیت نسوز
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٪ نسبتا ساده است.
به دلیل حساسیت آجرهای کربنی منیزیتی به رطوبت و تأثیر انتخاب فرمول، عملکرد آجرهای کربنی منیزیمی تا حدودی تحت تأثیر قرار می گیرد. پس از مرطوب شدن آجرهای کربنی منیزیم، سازه شل میشود و آب در دمای بالا برای تولید کانالهای خالی متعدد خارج میشود که تأثیر منفی بر پایداری حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی این آجرها و توانایی مقابله با فولاد مذاب خواهد داشت. نیز تا حد زیادی ضعیف شود. MgO-C به سایش ترمومکانیکی بسیار حساس است زیرا ضریب انبساط حرارتی MgO برگشت پذیری بالایی دارد. چسب آجر کربنی منیزیا نیز عامل مهمی بر کیفیت آجر کربن منیزیا است. مقدار زیاد یا خیلی کم بایندر بر عملکرد آجر کربن منیزیا تأثیر می گذارد. چسب بسیار کم باعث می شود که پودر آجر کربن منیزیا به راحتی ببندد و به راحتی شسته و پوست کنده شود. چسب بیش از حد باعث می شود که پایداری شوک حرارتی و نسوز آجر کربنی منیزیم بدتر شود و عناصر مضر زیادی به فولاد مذاب اضافه شود.
هنگامی که ملاقه فولاد مذاب را از مبدل دریافت می کند، با مقدار زیادی سرباره همراه خواهد بود. نقطه ذوب پایین 2CaO·SiO2 در سرباره در مرز دانه MgO حل می شود و با عناصر ناخالصی کمیاب در لایه MgO واکنش شیمیایی می دهد، که نقش عمده ای در انحلال مواد نسوز منیزیم ایفا می کند. از دیدگاه سرباره مبدل، تحقیق در مورد بهبود عملکرد آجرهای نسوز کربن منیزیا عمدتاً بر روی ماسه منیزیم، آنتی اکسیدان ها و ریزساختار متمرکز است.
علاوه بر این، افزودن آنتی اکسیدان به آجرهای کربنی منیزیمی نیز بر کیفیت آنها تأثیر می گذارد. به منظور بهبود مقاومت اکسیداسیون آجرهای منیزیم-کربن، اغلب مقدار کمی از مواد افزودنی اضافه می شود. افزودنی های رایج عبارتند از Si، Al، Mg، Al-S، Al-Mg، Al-Mg-Ca، Si-Mg-Ca، SiC، B4C، BN و Al-BC و افزودنی های سری Al-SiC-C. نقش مواد افزودنی عمدتاً دو جنبه دارد: از یک سو، از نقطه نظر ترمودینامیکی، در دمای کار، افزودنیها یا افزودنیها با کربن واکنش داده و مواد دیگری تولید میکنند. میل آنها با اکسیژن بیشتر از کربن با اکسیژن است و قبل از کربن اکسید می شوند و در نتیجه از کربن محافظت می کنند. از سوی دیگر، از دیدگاه جنبشی، ترکیبات ایجاد شده در اثر واکنش مواد افزودنی با O2، CO یا کربن، ریزساختار مواد نسوز کامپوزیت کربن را تغییر میدهند، مانند افزایش چگالی، مسدود کردن منافذ و جلوگیری از انتشار اکسیژن و محصولات واکنش [28]. در حال حاضر، پودر آل به طور عمده در آجر کربن منیزیا برای جلوگیری از اکسیداسیون کربن استفاده می شود. اگرچه Al دارای توانایی ضد اکسیداسیون قوی است، اما در دمای بالا، Al با C و N2 واکنش داده و ترکیبات کربن و نیتروژن Al را تشکیل می دهد. در میان آنها، آل کاربید به راحتی در فرآیند از دمای بالا به دمای پایین هیدراته می شود و در نتیجه حفره هایی در داخل آجر کربن منیزیا ایجاد می شود که باعث شل شدن ساختار و ترک خوردن می شود.
3. روش سنگ تراشی
آجرهای کربنی منیزیمی در خط سرباره ملاقه عموماً از سنگ تراشی خشک (انباشته شدن مستقیم آجرها بدون چسباندن گل آتش) و بنایی مرطوب (با استفاده از گل آتشین ترکیب شده با آجرهای نسوز) استفاده می کنند. مزیت سنگ تراشی خشک این است که تاثیر گل آتش را به حداقل می رساند. در شرایط دمایی بالا، به دلیل مواد مختلف آجرهای mag-c و گل آتش نشانی، سرعت انبساط حرارتی به دلیل دما متفاوت است که به راحتی در سطح تماس ایجاد می شود. عیب این روش این است که نمی توان تضمین کرد که آجرها 100٪ در تماس نزدیک هستند. در عین حال، هنگامی که آجرهای کربن منیزیم در اثر گرما منبسط می شوند، جایی برای بافر بین آجرها وجود ندارد که باعث فشرده شدن و شکستن آجرها می شود. یا در اثر انبساط آجرها، کل حلقه خط سرباره به طور کلی بلند می شود و نیروی اکستروژن عظیم باعث تغییر شکل صفحه لبه می شود و ماده نسوز محافظت خود را از دست می دهد و شسته و کنده می شود که این امر باعث ایجاد حالت بیشتر می شود. تهدیدی برای کیفیت خط سرباره
روش سنگ تراشی مرطوب مشابه روش بنایی در ساختمان است، اما از نظر الزامات سختگیرانه تر است. مزیت این روش این است که می تواند به خوبی از شکاف هایی که ممکن است در سنگ تراشی خشک ایجاد شود جلوگیری کند. در عین حال، گل آتش در دماهای بالا ضعیف است. هنگامی که آجرهای کربن منیزیا در اثر گرما منبسط می شوند، می توانند جریان داشته باشند تا با تغییرات شکاف بین آجرها سازگار شوند و نیروی اکستروژن بین آجرها پراکنده شود و در نتیجه از ایجاد شکاف جلوگیری شود. عیب این روش این است که استفاده از گل آتش نشانی ساختار خط سرباره را ناپایدار می کند و سختی سنگ تراشی را افزایش می دهد. اگر گل آتش ناهموار باشد، باز هم بین آجرها شکاف وجود دارد.
