影響鋼包渣線磚耐材壽命的關(guān)鍵因素

鋼包渣線是鋼水與空氣空氣直接接觸的部分。目前，鎂碳磚主要用于鋼包渣生產(chǎn)線的砌體。由于溫差和富氧環(huán)境的存在，侵蝕速度明顯快于其他部位。此外，鋼水在運行過程中的傾覆和排渣作業(yè)會對渣線造成很大的損壞，因此，鋼包渣生產(chǎn)線是維修頻率榮盛耐材 高的部分之一。

鋼包渣線的使用壽命主要受外部環(huán)境的影響和制約，包括耐材質(zhì)和砌筑方式。

(1)外部環(huán)境

鋼包裝是一種承擔鋼水的裝置。對于澆筑設(shè)備，鋼水溫度通常在1500℃左右，鋼渣線在此溫度下與空氣接觸，會產(chǎn)生強烈的氧化反應(yīng)。不僅如此，鋼水與空氣接觸面的溫差對鋼渣線的影響也相當大，較大的溫差將嚴重測試鋼渣線[20]的熱穩(wěn)定性，在頻繁進行中。在傾倒作業(yè)中，耐材料會產(chǎn)生一定程度的坍塌。因此，在外部環(huán)境中，高溫下的氧化對礦渣線的侵蝕有很大的影響。同時，溫度的巨大變化對耐材料的熱穩(wěn)定性提出了很高的要求。在耐材料熔斷和坍塌的相互作用下，鋼渣線容易損壞，導(dǎo)致鋼滲漏現(xiàn)象。

LF精制渣容易導(dǎo)致鎂碳磚氧化。脫碳，LF渣在高溫下粘度較低，在脫碳層中滲透性強，對氧化鎂的溶解度高。同時，熔渣容易滲透到方鎂石的晶界中，與鎂砂顆粒分離，如圖2所示(SA為渣)；TA是三個十字路口)。因此，LF渣線鎂碳磚的使用壽命相對較低。沈平等系統(tǒng)研究了LF精煉過程中鋼包裝鎂碳磚的破壞機制，表明較小的MgO晶粒骨料容易被高溫熔渣侵蝕，熔渣沿方鎂石晶界繼續(xù)滲透到MgO骨料中，榮盛耐材 榮盛耐材導(dǎo)致方鎂石骨料的解決。

鎂碳磚在鋼包裝的不同服務(wù)溫度區(qū)域及其內(nèi)部的不同組織結(jié)構(gòu)造成了不同的損傷和侵蝕機制。在靠近鋼液位的高溫區(qū)域，鎂碳磚本身會與碳發(fā)生反應(yīng)，形成脫碳層。在高溫下，熔渣和鎂碳磚具有更好的潤濕性，MgO向熔渣溶解的趨勢更大。與空氣側(cè)附近的低溫區(qū)域相比，鎂碳磚的熔渣侵蝕更嚴重。此外，鋼包裝的扒渣和修復(fù)操作不可避免地會對鋼包裝生產(chǎn)線造成人為損壞。扒渣機和拆包機在清理冷鋼和殘渣的同時，會對鋼包裝生產(chǎn)線造成振動和意外傷害，從而對鋼包裝生產(chǎn)線造成一定程度的損壞。雖然這種損壞對渣線的整體質(zhì)量影響不大，但仍會增加鋼包裝生產(chǎn)線的維護頻率。

(2)耐材質(zhì)

目前鋼包渣生產(chǎn)線主要采用鎂碳磚砌筑，無論是傳統(tǒng)的鎂碳磚還是目前廣泛使用的低碳鎂碳磚，都以鱗片石墨為碳源，鱗片石墨一般采用-197.-196等。，也就是說，粒度大于100目。純度高于97%或96%(質(zhì)量分數(shù))，粘合劑為熱硬性酚醛樹脂。在碳化反應(yīng)過程中，由自身鏈段交聯(lián)反應(yīng)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以形成鎂砂顆粒與石墨之間的機械聯(lián)鎖力。石墨作為鎂碳磚生產(chǎn)的主要原料，主要得益于其優(yōu)良的物理性能:①對爐渣的不濕性，②高導(dǎo)熱性，③低熱膨脹性。此外，石墨和耐火材料不同時熔化，石墨耐火性高。正是由于這一榮盛耐材性，鎂碳磚被選擇在使用環(huán)境惡劣的渣線上[24]。對于低碳鎂碳磚(碳質(zhì)量分數(shù)≤8%)或超低碳鎂碳磚(碳質(zhì)量分數(shù)≤3%)，由于碳含量低，很難形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此低碳鎂碳磚的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜。相反，高碳鎂碳磚(碳質(zhì)量分數(shù)>10%)的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單。

由于鎂碳磚容易受到水分和配方選擇的影響，鎂碳磚的性能將受到一定程度的影響。鎂碳磚受潮后，結(jié)構(gòu)松散，高溫下水分逸出，產(chǎn)生長短通道，對鎂碳磚的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性產(chǎn)生負面影響。同時，鋼水的沖刷能力將大大降低。MgO-C對熱機械研磨非常敏感，因為MgO熱膨脹系數(shù)具有較高的可逆性。鎂碳磚的粘合劑也是影響鎂碳磚質(zhì)量的重要因素。粘合劑含量過多或過少都會影響鎂碳磚的性能。粘合劑含量太少，鎂碳磚粉末粘合不緊密，容易被沖走和剝落；如果粘合劑含量過高，鎂碳磚的熱沖擊穩(wěn)定性和耐火性會變差，同時會向鋼水中添加太多有害元素。

當鋼包裝承擔轉(zhuǎn)爐的鋼水時，會伴隨著大量的鋼渣。鋼渣中低熔點的2CaOSiO2溶解在MgO晶界中，與MgO層的微量雜質(zhì)元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對鎂耐火材料的溶解起著重要作用。從轉(zhuǎn)渣的角度來看，對鎂碳磚性能改善的研究主要集中在鎂砂?？寡趸瘎┖臀⒂^結(jié)構(gòu)。

此外，鎂碳磚中添加抗氧化劑也會對其質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了提高鎂碳磚的抗氧化性能，經(jīng)常添加少量添加劑。常見的添加劑包括si.al.mg.al-al-mg.al-mg-ca.si-mg-ca.sic.b4C.bn以及al-b-c和al-sic-c系統(tǒng)等添加劑。添加劑的作用主要有兩個方面：一是從熱力學(xué)的角度出發(fā)，在工作溫度下，添加劑或添加劑與碳反應(yīng)產(chǎn)生其他物質(zhì)。它們與氧的親和力大于碳與氧的親和力，優(yōu)先于碳被氧化以保護碳。另一方面，從動力學(xué)的角度考慮添加劑和O2，CO或碳反應(yīng)產(chǎn)生的化合物改變碳復(fù)合耐火材料的微觀結(jié)構(gòu)，如增加致密性和堵塞氣孔，

阻礙氧氣和反應(yīng)產(chǎn)物的擴散等[28]。目前，鎂碳磚主要采用Al粉末來防止碳的氧化。雖然Al具有較強的抗氧化能力，但在高溫下，Al與C和N2反應(yīng)形成碳。氮化合物，其中Al碳化合物在高溫到低溫過程中容易水化，導(dǎo)致鎂碳磚內(nèi)部間隙，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松動，產(chǎn)生裂縫。鑒于這種情況，國內(nèi)一些耐材料制造商已經(jīng)使用了粉末。硅粉和碳粉作為真空燒結(jié)爐的原料，用作鎂碳磚的抗氧化劑，研究其對鎂碳磚抗氧化性能的影響，發(fā)現(xiàn)AI4SiC4不僅具有較強的抗氧化性能，而且可以避免傳統(tǒng)抗氧化劑的水化開裂。

(3)砌筑方式

鋼包渣線鎂碳磚一般采用干砌(直接堆砌磚，無火泥粘結(jié))和濕砌(采用火泥結(jié)合耐火磚)。干砌的優(yōu)點是榮盛耐材限度地減少了火泥的影響。在高溫下，由于鎂碳磚和火泥的材料不同，受溫度影響的熱膨脹率不同，很容易在接觸面上產(chǎn)生縫隙。這種方法的缺點是不能保證鎂碳磚之間榮盛耐材的接觸緊密。同時，當鎂碳磚受熱膨脹時，磚與磚之間沒有緩沖的空間，導(dǎo)致磚擠壓斷裂；或者由于鎂碳磚的膨脹，整個環(huán)渣線整體上升，巨大的擠壓壓力使包邊板變形，防護材料的損失被沖走和剝落，對渣線的質(zhì)量有很大的威脅。