A linha de escória da panela é a parte onde o aço fundido entra em contato direto com o ar. Atualmente,tijolos de carbono de magnésiasão usados principalmente para a construção de linha de escória de panela. Devido à diferença de temperatura e à existência de ambiente rico em oxigênio, a taxa de erosão desta parte é significativamente mais rápida do que a de outras partes. Além disso, o tombamento e a descarga de escória de aço fundido durante a operação causam grandes danos à linha de escória. Portanto, a linha de escória de panela é uma das partes com maior frequência de manutenção.
A vida útil da linha de escória da panela é afetada e restringida principalmente por três aspectos: ambiente externo, qualidade do refratário e método de alvenaria.
1. Ambiente externo
A concha é um dispositivo para receber aço fundido e realizar operações de vazamento. A temperatura do aço fundido é frequentemente em torno de 1500 graus. Quando a linha de escória da concha entra em contato com o ar a esta temperatura, uma forte reação de oxidação ocorrerá. Além disso, a diferença de temperatura da superfície de contato entre o aço fundido e o ar também tem um impacto muito forte na linha de escória da concha. A grande diferença de temperatura testará severamente a estabilidade térmica da linha de escória da concha[20]. Durante as operações frequentes de recebimento e despejo, o refratário produzirá um certo grau de rachaduras. Portanto, no ambiente externo, a oxidação em alta temperatura tem um grande impacto na erosão da linha de escória. Ao mesmo tempo, a enorme mudança na temperatura apresenta altos requisitos sobre a estabilidade térmica dos materiais refratários. Sob a interação da perda de fusão e colapso dos materiais refratários, a linha de escória da concha é facilmente danificada e, então, ocorre a infiltração do aço.
A escória de refino LF é fácil de causar oxidação e descarbonetação de tijolos de carbono de magnésia. A escória LF tem uma viscosidade relativamente baixa em alta temperatura, tem uma forte permeabilidade na camada de descarbonetação e tem uma alta solubilidade em óxido de magnésio. Ao mesmo tempo, a escória é fácil de penetrar no contorno de grão do periclásio para dissociar partículas de areia de magnésia, conforme mostrado na Figura 2 (SA é escória na figura; TA é a intersecção de três peças). Portanto, a vida útil dos tijolos de carbono de magnesita da linha de escória LF é relativamente baixa. Shen et al. estudaram sistematicamente o mecanismo de dano de tijolos de carbono de magnésio de concha no processo de refino LF, indicando que agregados de grãos menores de MgO são facilmente erodidos pela escória de alta temperatura. Após a erosão, a escória continuará a penetrar no interior do agregado de MgO ao longo do contorno de grão do periclásio, eventualmente causando a clivagem do agregado do periclásio.
2. Qualidade refratária
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%) é relativamente simples.
Devido à suscetibilidade dos tijolos de carbono de magnésia à umidade e à influência da seleção da fórmula, o desempenho dos tijolos de carbono de magnésia será afetado até certo ponto. Depois que os tijolos de carbono de magnésia ficam úmidos, a estrutura se solta e a água escapa em alta temperatura para produzir vários canais vazios, o que terá um impacto negativo na estabilidade térmica e na resistência à corrosão desses tijolos, e a capacidade de lidar com aço fundido também será muito enfraquecida. O MgO-C é muito sensível à abrasão termomecânica porque o coeficiente de expansão térmica do MgO tem uma alta reversibilidade. O ligante do tijolo de carbono de magnésia também é um fator importante que afeta a qualidade do tijolo de carbono de magnésia. Muito ou pouco ligante afetará o desempenho do tijolo de carbono de magnésia. Muito pouco ligante fará com que o pó do tijolo de carbono de magnésia fique frouxamente ligado e seja facilmente lavado e descascado; muito ligante fará com que a estabilidade ao choque térmico e a refratariedade do tijolo de carbono de magnésia se deteriorem, e muitos elementos prejudiciais serão adicionados ao aço fundido.
Quando a concha recebe o aço fundido do conversor, ele será acompanhado por uma grande quantidade de escória. O baixo ponto de fusão 2CaO·SiO2 na escória se dissolve no limite de grão de MgO e reage quimicamente com os elementos de impurezas vestigiais na camada de MgO, que desempenha um papel importante na dissolução de materiais refratários de magnésia. Da perspectiva da escória do conversor, a pesquisa sobre a melhoria do desempenho de tijolos refratários de carbono de magnésia se concentra principalmente em areia de magnésia, antioxidantes e microestrutura.
Além disso, a adição de antioxidantes aos tijolos de magnésia-carbono também afeta sua qualidade. Para melhorar a resistência à oxidação dos tijolos de magnésia-carbono, uma pequena quantidade de aditivos é frequentemente adicionada. Os aditivos comuns incluem Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN e aditivos das séries Al-BC e Al-SiC-C. O papel dos aditivos tem principalmente dois aspectos: por um lado, do ponto de vista termodinâmico, na temperatura de trabalho, os aditivos ou aditivos reagem com o carbono para gerar outras substâncias. Sua afinidade com o oxigênio é maior do que a do carbono com o oxigênio, e eles são oxidados antes do carbono, protegendo assim o carbono. Por outro lado, do ponto de vista cinético, os compostos gerados pela reação de aditivos com O2, CO ou carbono alteram a microestrutura dos materiais refratários compostos de carbono, como aumento da densidade, bloqueio de poros e impedimento da difusão de oxigênio e produtos de reação [28]. Atualmente, o pó de Al é usado principalmente em tijolos de carbono de magnésia para evitar a oxidação do carbono. Embora o Al tenha forte capacidade antioxidação, em alta temperatura, o Al reage com C e N2 para formar compostos de carbono e nitrogênio de Al. Entre eles, o carboneto de Al é fácil de hidratar no processo de alta temperatura para baixa temperatura, resultando na formação de vazios dentro do tijolo de carbono de magnésia, o que faz com que a estrutura se solte e rache.
3. Método de alvenaria
Os tijolos de magnésio e carbono na linha de escória de concha geralmente adotam alvenaria seca (empilhamento direto de tijolos sem colagem de lama de fogo) e alvenaria úmida (usando lama de fogo combinada com tijolos refratários). A vantagem da alvenaria seca é que ela minimiza o impacto da lama de fogo. Em condições de alta temperatura, devido aos diferentes materiais de tijolos mag-c e lama de fogo, a taxa de expansão térmica é diferente devido à temperatura, o que é fácil de produzir lacunas na superfície de contato. A desvantagem desse método é que não se pode garantir que os tijolos estejam 100% em contato próximo. Ao mesmo tempo, quando os tijolos de magnésia e carbono se expandem devido ao calor, não há espaço para amortecimento entre os tijolos, o que faz com que os tijolos sejam espremidos e quebrados; ou devido à expansão dos tijolos, todo o anel da linha de escória é levantado como um todo, e a enorme força de extrusão faz com que a placa de borda se deforme, e o material refratário perde a proteção e é lavado e descascado, o que representa uma ameaça maior à qualidade da linha de escória.
O método de alvenaria úmida é semelhante ao método de alvenaria em edifícios, mas é mais rigoroso em requisitos. A vantagem deste método é que ele pode evitar bem as lacunas que podem ocorrer em alvenaria seca. Ao mesmo tempo, a lama de fogo é fraca em altas temperaturas. Quando os tijolos de carbono de magnésia se expandem devido ao calor, eles podem fluir para se adaptar às mudanças nas lacunas entre os tijolos, dispersando a força de extrusão entre os tijolos, evitando assim a geração de lacunas. A desvantagem deste método é que o uso de lama de fogo torna a estrutura da linha de escória instável e aumenta a dificuldade da alvenaria. Se a lama de fogo for irregular, ainda haverá lacunas entre os tijolos.
