อิฐคาร์บอนแมกนีเซียเป็นตัวเลือกวัสดุทนไฟที่โดดเด่นสำหรับเตาอาร์คไฟฟ้าและวัสดุบุในเตาออกซิเจนขั้นพื้นฐาน - และมีมานานหลายทศวรรษ การผสมผสานระหว่างปริมาณ MgO สูง พฤติกรรมไม่-ทำให้เปียกของกราไฟท์ต่อโลหะหลอมเหลวและตะกรัน และค่าการนำความร้อนที่ช่วยให้อิฐเย็นเมื่อผ่านน้ำ- ความช่วยเหลือของแผงทำให้อิฐเป็นวัสดุที่ได้รับการพิสูจน์อย่างน่าเชื่อถือที่สุดสำหรับสภาวะภายในภาชนะผลิตเหล็ก
แต่ "โดดเด่น" ไม่ได้หมายถึงเครื่องแบบ การระบุอิฐ MgO-C เดียวกันในทุกโซนของ EAF หรือ BOF หรือตั้งค่าเริ่มต้นโดยไม่ตรวจสอบข้อกำหนดคาร์บอน ทำให้เกิดซับในที่ล้มเหลวก่อนเวลาอันควรในโซนที่ต้องการมากกว่าหรือมีค่าใช้จ่ายมากกว่าที่จำเป็นอย่างมากในโซนที่ต้องการน้อยกว่า และในการผลิตเหล็กสะอาด ซึ่งการกักเก็บคาร์บอนจากวัสดุทนไฟปนเปื้อนความร้อน อิฐ MgO-C มาตรฐานไม่ได้เป็นเพียงวัสดุที่ต่ำกว่ามาตรฐาน - แต่เป็นวัสดุที่ไม่ถูกต้อง
เหตุใดกราไฟท์คาร์บอนจึงเป็นตัวแปรหลัก ไม่ใช่ MgO
วิศวกรส่วนใหญ่ที่ระบุอิฐ MgO-C มุ่งเน้นไปที่ปริมาณ MgO และความบริสุทธิ์เป็นหลัก คุณภาพของ MgO มีความสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการต้านทานตะกรัน - แมกนีเซียผสมที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 97% MgO ให้ความต้านทานต่อการแทรกซึมของตะกรันได้ดีกว่าแมกนีเซียแบบเผาผนึกที่มีความบริสุทธิ์ระบุเท่ากัน แต่ตัวแปรที่กำหนดโดยตรงที่สุดว่าอิฐมีพฤติกรรมอย่างไรในแต่ละโซนของถังผลิตเหล็กก็คือปริมาณคาร์บอน และจะขับเคลื่อนประสิทธิภาพในสองทิศทางไปพร้อมๆ กัน
กราไฟท์ในอิฐ MgO-C ทำหน้าที่หลายอย่าง ลักษณะการไม่-ทำให้เปียกทั้งเหล็กหลอมเหลวและตะกรันป้องกันการแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างจุลภาคของอิฐ - ตะกรันที่ไม่สามารถทำให้พื้นผิวเปียกไม่สามารถละลายเม็ด MgO ที่อยู่เบื้องหลังได้ ค่าการนำความร้อนสูงทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อนที่สูงชันผ่านอิฐ ทำให้อุณหภูมิของพื้นผิวร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิที่ตะกรันจะละลาย MgO อย่างรวดเร็ว และการมีอยู่ของเฟสที่ต่อเนื่องกันภายในเมทริกซ์อิฐจะยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน - โครงสร้างผลึกที่ยืดหยุ่นของกราไฟต์จะดูดซับพลังงานการเปลี่ยนรูปซึ่งจะทำให้เซรามิกออกไซด์ล้วนๆ แตกร้าว
ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะขยายผลกระทบทั้งสามประการ อิฐที่มีคาร์บอน 18% ต้านทานการแทรกซึมของตะกรันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น รักษาระดับการไล่ระดับความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และดูดซับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีกว่าอิฐก้อนเดียวกันที่มีคาร์บอน 10% แต่ยังสูญเสียความร้อนมากขึ้นผ่านเปลือกถัง - ซึ่งมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานและอุณหภูมิเปลือก - และออกซิไดซ์ได้รวดเร็วกว่าในบริเวณที่บรรยากาศของเตาเผาเกิดออกซิไดซ์ในช่วงปิด-ช่วงความร้อน การเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนจะทำให้เกิดก๊าซ CO ภายในอิฐ ซึ่งจะหลุดออกไปและเหลือไว้เป็นชั้นที่สลายคาร์บอนและอ่อนตัวลงที่พื้นผิวที่ร้อน อิฐ MgO-C ที่แยกคาร์บอนออกแล้วจะมีพฤติกรรมเหมือนอิฐแมกนีเซียที่มีความแข็งแรงสูง-มากขึ้น เมื่อส่วนหน้าของคาร์บอนถอยกลับเข้าด้านใน
นี่คือสาเหตุที่การเลือกปริมาณคาร์บอนเป็นโซน-เฉพาะ ไม่ใช่เตาเผา-
โซน-โดย-โซนคาร์บอนและการเลือก MgO
เส้นตะกรัน EAF และจุดร้อน
เส้นตะกรัน - โซนที่สัมผัสกับพื้นผิวอ่างตะกรัน - และจุดร้อนที่อยู่ตรงข้ามกับอิเล็กโทรดคือตำแหน่งการสึกหรอสูงสุดใน EAF อุณหภูมิสูงถึง 1,600 องศาถึง 1,700 องศา เคมีของตะกรันมีความรุนแรง (โดยทั่วไปจะเป็นพื้นฐาน อัตราส่วน CaO/SiO₂ สูงกว่า 2.5) และการแผ่รังสีส่วนโค้งจะกระทบโดยตรงกับอิฐจุดร้อน โซนเหล่านี้ต้องการปริมาณคาร์บอนสูงสุดในเตาเผา - โดยทั่วไปคือ 16–20% - รวมกับแมกนีเซียหลอมที่สูงกว่า 97% MgO ปริมาณกราไฟท์ที่สูงเป็นสิ่งจำเป็นที่นี่ เนื่องจากเอฟเฟกต์การไล่ระดับความร้อนช่วยปกป้องพื้นผิวอิฐจากการละลายของตะกรัน และพฤติกรรมที่ไม่-ทำให้เปียกของกราไฟท์ที่บริเวณที่ร้อนจะป้องกันการแทรกซึมของตะกรันในระหว่างที่ร้อน การเติมสารต้านอนุมูลอิสระ - อะลูมิเนียม ซิลิคอน หรือโบรอน คาร์ไบด์ - เป็นมาตรฐานในเกรดเหล่านี้เพื่อชะลอการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนในระหว่างช่วงหยุดตะกรันออกซิไดซ์-
ลำกล้อง EAF และผนังข้างเหนือเส้นตะกรัน
โซนถังที่อยู่เหนือเส้นตะกรันจะเห็นอุณหภูมิต่ำกว่าเส้นตะกรันและการสัมผัสตะกรันโดยตรงน้อยกว่า ปริมาณคาร์บอนลดลงเหลือ 12–16% ในโซนนี้ - เพียงพอที่จะรักษาความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและพฤติกรรมไม่-เปียก แต่ต่ำกว่าข้อกำหนดของเส้นตะกรันเพื่อลดการสูญเสียความร้อนผ่านแก้มยางของถังและการสัมผัสออกซิเดชัน แมกนีเซียเผาที่ 95–96% MgO มักจะเพียงพอที่นี่ แทนที่แมกนีเซียผสมระดับพรีเมียม ซึ่งสมเหตุสมผลที่เส้นตะกรัน แต่เพิ่มต้นทุนที่ไม่จำเป็นในถัง
BOF บาร์เรลและโซนรองแหนบ
ในเตาออกซิเจนแบบพื้นฐาน โซนถังจะวิ่งจนเต็มความสูงของถังระหว่างแผ่นประจุและเส้นตะกรัน ในระหว่างการฉีดออกซิเจน ถัง BOF จะเห็นการหมุนเวียนของความร้อนที่รุนแรงและการกระเด็นของตะกรัน โดยทั่วไปปริมาณคาร์บอนในบริเวณนี้จะอยู่ที่ 12–16% โดยมีการเติมสารต้านอนุมูลอิสระเพื่อต้านทานบรรยากาศออกซิไดซ์จากหอกออกซิเจน โซนรองแหนบ - ในเชิงโครงสร้างเป็นตำแหน่งที่สำคัญที่สุดเนื่องจากรับภาระการหมุนของถัง - ใช้อิฐที่มีความบริสุทธิ์ของ MgO สูงกว่าและมีปริมาณคาร์บอนที่ควบคุมเพื่อสร้างความสมดุลระหว่างความต้านทานต่อสารเคมีและความสมบูรณ์ทางกล การแคร็กที่ส่วนรองแหนบถือเป็นความล้มเหลวของโครงสร้าง ไม่ใช่แค่ความล้มเหลวจากการสึกหรอ ซึ่งเป็นสาเหตุที่โซนนี้รับประกันข้อกำหนดเฉพาะที่แยกจากกระบอกปืน แทนที่จะใช้เกรดเส้นตะกรันแบบครอบคลุม
เตาและด้านล่าง
อิฐเตาของ EAF ตั้งอยู่ด้านล่างอ่างเหล็กและสัมผัสกับโลหะหลอมเหลวอย่างต่อเนื่องที่ 1,550 องศาถึง 1,650 องศา MgO-C ถูกใช้ที่นี่แต่ที่ปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าผนังด้านข้าง - โดยทั่วไปคือ 8–12% - เนื่องจากข้อกำหนดที่ไม่ทำให้เปียก-กับเหล็กแทนที่จะเป็นตะกรันไม่ต้องการเศษกราไฟท์ที่สูงที่สุด และความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเตาภายใต้น้ำหนักเต็มของอ่างเหล็กเป็นข้อจำกัดในการออกแบบที่สำคัญมากกว่าความต้านทานต่อตะกรัน พื้น BOF บางส่วนใช้ส่วนผสมการยิงแบบแมกเนเซีย-แทนที่จะใช้อิฐในตำแหน่งนี้ โดยจะปะด้านล่างระหว่างแคมเปญในขณะที่มันกัดเซาะ แทนที่จะวางใหม่ในแต่ละการพลิกฟื้นของแคมเปญ
เมื่อ MgO-C เป็นตัวเลือกที่ผิด: การผลิตเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษ-
ข้อจำกัดพื้นฐานของอิฐคาร์บอนแมกนีเซียฝังอยู่ในชื่อ: ประกอบด้วยคาร์บอน ใน EAF หรือทัพพีที่ผลิตเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษ - เกรดทางไฟฟ้า เหล็กขึ้นรูป- สำหรับยานยนต์ และเกรดสเตนเลสบางเกรดที่คาร์บอนต้องต่ำกว่า 0.003% - ทุกพื้นผิวทนไฟที่สัมผัสกับอ่างเหล็กเป็นแหล่งคาร์บอนที่เป็นไปได้ การถ่ายโอนคาร์บอนจากอิฐไปสู่การหลอมละลายผ่านการละลายโดยตรงและการลดก๊าซ CO ที่ส่วนต่อประสานอิฐเหล็ก- อิฐ MgO-C มาตรฐานที่มีคาร์บอน 14% ในแนวตะกรันของทัพพีมีส่วนช่วยในการกักเก็บคาร์บอนที่วัดได้เพื่อให้ความร้อนที่ผ่านกระบวนการในทัพพีนั้น
การตอบสนองของอุตสาหกรรมต่อข้อจำกัดนี้เป็นไปตามสองแนวทาง เกรด-คาร์บอน MgO-C ต่ำ - ที่มีปริมาณคาร์บอนลดลงเหลือ 5–8% โดยการทดแทนกราไฟท์บางชนิดด้วยสารเติมแต่งที่ไม่ใช่-ออกไซด์ - ช่วยลดการถ่ายโอนคาร์บอนในขณะที่ยังคงรักษาความต้านทานตะกรันของ MgO-C และพฤติกรรมการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ปริมาณกราไฟท์ที่ลดลงจะเพิ่มความเสี่ยงของอิฐต่อการแทรกซึมของตะกรันและการแตกร้าวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งได้รับการชดเชยด้วยความบริสุทธิ์ของ MgO ที่สูงขึ้นและแพ็คเกจสารต้านอนุมูลอิสระที่รุนแรงมากขึ้น สำหรับสายตะกรันของทัพพีในการผลิตเหล็กที่สะอาด ข้อกำหนดมาตรฐาน-คาร์บอน MgO-C ต่ำที่กราไฟท์ 5–8%
สำหรับการใช้งานเหล็กสะอาดที่มีความต้องการมากที่สุด - เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพิเศษ degassed สุญญากาศ- และตำแหน่งที่แม้แต่- MgO คาร์บอนต่ำ- C ก็ทำให้เกิดปิเนลคาร์บอนที่ยอมรับไม่ได้ - แมกนีเซียสปิเนลหรืออิฐแมกนีเซียอลูมินาหากไม่มีคาร์บอนใดๆ ก็จะทำให้ความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของคาร์บอนเป็นศูนย์ วัสดุเหล่านี้ทนทานต่อตะกรันและความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของ MgO-C ซึ่งเป็นที่ยอมรับในตำแหน่งเฉพาะของภาชนะที่ใช้งาน แต่ไม่ได้ใช้แทนการบุแบบเต็มทั่วไป
คำถามเกี่ยวกับสารต้านอนุมูลอิสระ
ทุกโฆษณาอิฐ MgO-Cเกรดประกอบด้วยสารเติมแต่งต้านอนุมูลอิสระ - สารประกอบโลหะหรือคาร์ไบด์ที่ทำปฏิกิริยาเป็นพิเศษกับออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ปกป้องเฟสกราไฟท์จากการเกิดออกซิเดชัน การเลือกสารต้านอนุมูลอิสระจะเป็นตัวกำหนดว่าการป้องกันจะทำงานที่อุณหภูมิใด และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นใดบ้างที่ยังคงอยู่ในอิฐ
ผงอะลูมิเนียมจะทำงานที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (สูงกว่า 800 องศา ) และสร้าง Al₂O₃ ในแหล่งกำเนิด ซึ่งเติมเต็มรูขุมขนและทำให้การแพร่กระจายของออกซิเจนไปยังกราไฟท์ช้าลง เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่พบมากที่สุดในเกรด MgO-C มาตรฐาน ซิลิคอนเปิดใช้งานที่อุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อยและสร้าง SiC และ SiO₂ ในภายหลัง ซึ่งสร้างเฟสแก้วหนืดที่ผนึกโซนปลอดคาร์บอน การรวมกันของ Al และ Si - Al-สารต้านอนุมูลอิสระคอมโพสิต Si - ให้ช่วงอุณหภูมิการป้องกันที่กว้างที่สุดและเป็นความต้องการของอุตสาหกรรมในปัจจุบันสำหรับเกรดสายตะกรัน EAF และ BOF
โบรอนคาร์ไบด์ (B4C) ให้การป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่มีประสิทธิภาพสูงสุดที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,500 องศา ซึ่งมีการใช้สาร Al และ Si ที่เติมเข้าไปแล้ว มันถูกเติมในสัดส่วนเล็กน้อย (โดยทั่วไป 1–3%) ควบคู่ไปกับสารต้านอนุมูลอิสระหลักแทนที่จะเป็นสารเติมแต่งเพียงอย่างเดียว และต้นทุนของสารนี้จำกัดการใช้เฉพาะเกรดพรีเมียมในตำแหน่งบริการออกซิไดซ์ที่รุนแรงที่สุด
จะเริ่มต้นที่ไหนเมื่อระบุโครงการใหม่
คำถามแรกไม่ใช่ "เกรด MgO-C อะไร" มันคือ "โซนไหนที่ควบคุมอายุของเยื่อบุ และกลไกความล้มเหลวในแต่ละโซนคืออะไร" การพังทลายของแนวตะกรันและการสูญเสียจุดร้อนเป็นความล้มเหลวที่ขับเคลื่อนด้วยเคมี- โดยมีความบริสุทธิ์ของ MgO และปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นเป็นการตอบสนองที่เหมาะสม การเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนในถังในระหว่าง-ช่วงให้ความร้อนคือความล้มเหลวที่ขับเคลื่อนด้วยออกซิเดชัน- ซึ่งการคัดเลือกสารต้านอนุมูลอิสระและการลดปริมาณคาร์บอนอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าความบริสุทธิ์ของ MgO ที่สูงขึ้น การแตกร้าวด้วยแรงกระแทกด้วยความร้อนในรองแหนบเป็นความล้มเหลวทางโครงสร้าง โดยที่ปริมาณกราไฟท์และการกระจายขนาดเกรน MgO เป็นตัวกำหนดสารละลาย ไม่ใช่ระดับความบริสุทธิ์ของ MgO
ซับในที่ใช้เกรดเดียวทั่วทั้งภาชนะจะถือว่าโหมดความล้มเหลวทั้งหมดเทียบเท่ากันเมื่อไม่เป็นเช่นนั้น ความแตกต่างด้านต้นทุนระหว่างเกรดเส้นตะกรันแมกนีเซียผสมพรีเมียมและเกรดถังแมกนีเซียเผาแบบมาตรฐานนั้นมีนัยสำคัญ - นำไปใช้กับ 30–40% ของปริมาตรถังที่เป็นโซนถังแทนที่จะเป็นแนวตะกรัน ความแตกต่างดังกล่าวมีความหมายเหนืองบประมาณวัสดุทนไฟของแคมเปญ
สำหรับการเลือกเกรดอิฐ MgO-C ตามโซนเตาหลอม ข้อกำหนดปริมาณคาร์บอนสำหรับการใช้งานเหล็กที่สะอาด หรือการจัดหาอิฐคาร์บอนแมกนีเซียสำหรับ EAF, BOF และทัพพีติดต่อวัสดุทนไฟ Thermaxcelด้วยประเภทเตาเผา ขนาดภาชนะ และข้อกำหนดเกรดเหล็กของคุณ
