La línea de escoria de cuchara es la parte donde el acero fundido entra en contacto directo con el aire. En la actualidad,ladrillos de magnesia y carbonoSe utilizan principalmente para la construcción de líneas de escoria de cuchara. Debido a la diferencia de temperatura y la existencia de un entorno rico en oxígeno, la tasa de erosión de esta parte es significativamente más rápida que la de otras partes. Además, el vuelco y la descarga de escoria del acero fundido durante el funcionamiento causan grandes daños a la línea de escoria. Por lo tanto, la línea de escoria de cuchara es una de las partes con mayor frecuencia de mantenimiento.
La vida útil de la línea de escoria de cuchara se ve afectada y restringida principalmente por tres aspectos: el entorno externo, la calidad del refractario y el método de mampostería.
1. Entorno externo
La cuchara es un dispositivo para recibir acero fundido y realizar operaciones de vertido. La temperatura del acero fundido suele rondar los 1500 grados. Cuando la línea de escoria de la cuchara entra en contacto con el aire a esta temperatura, se producirá una fuerte reacción de oxidación. Además, la diferencia de temperatura de la superficie de contacto entre el acero fundido y el aire también tiene un impacto muy fuerte en la línea de escoria de la cuchara. La gran diferencia de temperatura pondrá a prueba severamente la estabilidad térmica de la línea de escoria de la cuchara [20]. Durante las frecuentes operaciones de recepción y vertido, el refractario producirá un cierto grado de agrietamiento. Por lo tanto, en el entorno externo, la oxidación a alta temperatura tiene un gran impacto en la erosión de la línea de escoria. Al mismo tiempo, el gran cambio de temperatura plantea altos requisitos sobre la estabilidad térmica de los materiales refractarios. Bajo la interacción de la pérdida de fusión y el colapso de los materiales refractarios, la línea de escoria de la cuchara se daña fácilmente y luego se produce la infiltración de acero.
La escoria de refinación de LF es fácil de causar oxidación y descarburación de los ladrillos de carbono de magnesia. La escoria de LF tiene una viscosidad relativamente baja a alta temperatura, tiene una fuerte permeabilidad en la capa de descarburación y tiene una alta solubilidad en óxido de magnesio. Al mismo tiempo, la escoria es fácil de penetrar en el límite de grano de la periclasa para disociar las partículas de arena de magnesia, como se muestra en la Figura 2 (SA es escoria en la figura; TA es la intersección de tres piezas). Por lo tanto, la vida útil de los ladrillos de carbono de magnesita de la línea de escoria de LF es relativamente baja. Shen et al. estudiaron sistemáticamente el mecanismo de daño de los ladrillos de carbono de magnesio de cuchara en el proceso de refinación de LF, indicando que los agregados de grano de MgO más pequeños se erosionan fácilmente por la escoria de alta temperatura. Después de la erosión, la escoria continuará penetrando en el interior del agregado de MgO a lo largo del límite de grano de periclasa, lo que eventualmente provocará la escisión del agregado de periclasa.
2. Calidad refractaria
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%) es relativamente simple.
Debido a la susceptibilidad de los ladrillos de carbono y magnesita a la humedad y la influencia de la selección de la fórmula, el rendimiento de los ladrillos de carbono y magnesia se verá afectado hasta cierto punto. Una vez que los ladrillos de carbono y magnesia se humedecen, la estructura se afloja y el agua se escapa a alta temperatura para producir múltiples canales vacíos, lo que tendrá un impacto negativo en la estabilidad térmica y la resistencia a la corrosión de estos ladrillos, y la capacidad para hacer frente al acero fundido también se debilitará en gran medida. El MgO-C es muy sensible a la abrasión termomecánica porque el coeficiente de expansión térmica del MgO tiene una alta reversibilidad. El aglutinante del ladrillo de carbono y magnesia también es un factor importante que afecta a la calidad del ladrillo de carbono y magnesia. Demasiado o muy poco aglutinante afectará el rendimiento del ladrillo de carbono y magnesia. Muy poco aglutinante hará que el polvo del ladrillo de carbono y magnesia se adhiera de forma suelta y se lave y despegue fácilmente; demasiado aglutinante hará que la estabilidad al choque térmico y la refractariedad del ladrillo de carbono y magnesia se deterioren, y se añadirán demasiados elementos nocivos al acero fundido.
Cuando la cuchara recibe el acero fundido del convertidor, irá acompañada de una gran cantidad de escoria. El 2CaO·SiO2 de bajo punto de fusión en la escoria se disuelve en el límite de grano de MgO y reacciona químicamente con los elementos de impurezas traza en la capa de MgO, lo que desempeña un papel importante en la disolución de los materiales refractarios de magnesia. Desde la perspectiva de la escoria del convertidor, la investigación sobre la mejora del rendimiento de los ladrillos refractarios de magnesia y carbono se centra principalmente en la arena de magnesia, los antioxidantes y la microestructura.
Además, la adición de antioxidantes a los ladrillos de magnesia y carbono también afecta su calidad. Para mejorar la resistencia a la oxidación de los ladrillos de magnesia y carbono, a menudo se agrega una pequeña cantidad de aditivos. Los aditivos comunes incluyen Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN y aditivos de la serie Al-BC y Al-SiC-C. El papel de los aditivos tiene principalmente dos aspectos: por un lado, desde un punto de vista termodinámico, a la temperatura de trabajo, los aditivos o aditivos reaccionan con el carbono para generar otras sustancias. Su afinidad con el oxígeno es mayor que la del carbono con el oxígeno, y se oxidan antes que el carbono, protegiendo así al carbono. Por otro lado, desde un punto de vista cinético, los compuestos generados por la reacción de los aditivos con O2, CO o carbono cambian la microestructura de los materiales refractarios compuestos de carbono, como aumentar la densidad, bloquear los poros y obstaculizar la difusión del oxígeno y los productos de reacción [28]. En la actualidad, el polvo de aluminio se utiliza principalmente en ladrillos de magnesia y carbono para evitar la oxidación del carbono. Aunque el aluminio tiene una gran capacidad antioxidante, a altas temperaturas, reacciona con C y N2 para formar compuestos de carbono y nitrógeno de aluminio. Entre ellos, el carburo de aluminio es fácil de hidratar en el proceso de alta temperatura a baja temperatura, lo que da como resultado la formación de huecos dentro del ladrillo de magnesia y carbono, lo que hace que la estructura se afloje y se agriete.
3. Método de albañilería
Los ladrillos de magnesio y carbono en la línea de escoria de cuchara generalmente adoptan mampostería seca (apilando directamente los ladrillos sin unir el lodo refractario) y mampostería húmeda (usando lodo refractario combinado con ladrillos refractarios). La ventaja de la mampostería seca es que minimiza el impacto del lodo refractario. En condiciones de alta temperatura, debido a los diferentes materiales de los ladrillos de magnesio y carbono y el lodo refractario, la tasa de expansión térmica es diferente debido a la temperatura, lo que es fácil de producir huecos en la superficie de contacto. La desventaja de este método es que no se puede garantizar que los ladrillos estén 100% en estrecho contacto. Al mismo tiempo, cuando los ladrillos de magnesio y carbono se expanden debido al calor, no hay espacio para amortiguar entre los ladrillos, lo que hace que los ladrillos se aplasten y se rompan; o debido a la expansión de los ladrillos, todo el anillo de la línea de escoria se levanta como un todo, y la enorme fuerza de extrusión hace que la placa del borde se deforme y el material refractario pierde protección y se lava y se desprende, lo que representa una mayor amenaza para la calidad de la línea de escoria.
El método de mampostería húmeda es similar al método de mampostería en edificios, pero es más estricto en cuanto a requisitos. La ventaja de este método es que puede evitar bien los huecos que pueden ocurrir en la mampostería seca. Al mismo tiempo, el lodo refractario es débil a altas temperaturas. Cuando los ladrillos de magnesia y carbono se expanden debido al calor, pueden fluir para adaptarse a los cambios en los huecos entre los ladrillos, dispersando la fuerza de extrusión entre los ladrillos, evitando así la generación de huecos. La desventaja de este método es que el uso de lodo refractario hace que la estructura de la línea de escoria sea inestable y aumenta la dificultad de la mampostería. Si el lodo refractario es desigual, seguirá habiendo huecos entre los ladrillos.
