影响钢包渣线砖耐材寿命的关键因素

影响钢包渣线砖耐材寿命的关键因素

钢包渣线是钢水与空气空气直接接触的部分。目前，镁碳砖主要用于钢包渣生产线的砌体。由于温差和富氧环境的存在，侵蚀速度明显快于其他部位。此外，钢水在运行过程中的倾覆和排渣作业会对渣线造成很大的损坏，因此，钢包渣生产线是维修频率最高的部分之一。

钢包渣线的使用寿命主要受外部环境的影响和制约，包括耐材质和砌筑方式。

(1)外部环境

钢包装是一种承担钢水的装置。对于浇筑设备，钢水温度通常在1500℃左右，钢渣线在此温度下与空气接触，会产生强烈的氧化反应。不仅如此，钢水与空气接触面的温差对钢渣线的影响也相当大，较大的温差将严重测试钢渣线[20]的热稳定性，在频繁进行中。在倾倒作业中，耐材料会产生一定程度的坍塌。因此，在外部环境中，高温下的氧化对矿渣线的侵蚀有很大的影响。同时，温度的巨大变化对耐材料的热稳定性提出了很高的要求。在耐材料熔断和坍塌的相互作用下，钢渣线容易损坏，导致钢渗漏现象。

LF精制渣容易导致镁碳砖氧化。脱碳，LF渣在高温下粘度较低，在脱碳层中渗透性强，对氧化镁的溶解度高。同时，熔渣容易渗透到方镁石的晶界中，与镁砂颗粒分离，如图2所示(SA为渣)；TA是三个十字路口)。因此，LF渣线镁碳砖的使用寿命相对较低。沈平等系统研究了LF精炼过程中钢包装镁碳砖的破坏机制，表明较小的MgO晶粒骨料容易被高温熔渣侵蚀，熔渣沿方镁石晶界继续渗透到MgO骨料中，最荣盛耐材导致方镁石骨料的解决。

镁碳砖在钢包装的不同服务温度区域及其内部的不同组织结构造成了不同的损伤和侵蚀机制。在靠近钢液位的高温区域，镁碳砖本身会与碳发生反应，形成脱碳层。在高温下，熔渣和镁碳砖具有更好的润湿性，MgO向熔渣溶解的趋势更大。与空气侧附近的低温区域相比，镁碳砖的熔渣侵蚀更严重。此外，钢包装的扒渣和修复操作不可避免地会对钢包装生产线造成人为损坏。扒渣机和拆包机在清理冷钢和残渣的同时，会对钢包装生产线造成振动和意外伤害，从而对钢包装生产线造成一定程度的损坏。虽然这种损坏对渣线的整体质量影响不大，但仍会增加钢包装生产线的维护频率。

(2)耐材质

目前钢包渣生产线主要采用镁碳砖砌筑，无论是传统的镁碳砖还是目前广泛使用的低碳镁碳砖，都以鳞片石墨为碳源，鳞片石墨一般采用-197.-196等。，也就是说，粒度大于100目。纯度高于97%或96%(质量分数)，粘合剂为热硬性酚醛树脂。在碳化反应过程中，由自身链段交联反应形成的网状结构可以形成镁砂颗粒与石墨之间的机械联锁力。石墨作为镁碳砖生产的主要原料，主要得益于其优良的物理性能:①对炉渣的不湿性，②高导热性，③低热膨胀性。此外，石墨和耐火材料不同时熔化，石墨耐火性高。正是由于这一荣盛耐材性，镁碳砖被选择在使用环境恶劣的渣线上[24]。对于低碳镁碳砖(碳质量分数≤8%)或超低碳镁碳砖(碳质量分数≤3%)，由于碳含量低，很难形成连续的网状结构，因此低碳镁碳砖的组织结构设计比较复杂。相反，高碳镁碳砖(碳质量分数>10%)的组织结构设计相对简单。

由于镁碳砖容易受到水分和配方选择的影响，镁碳砖的性能将受到一定程度的影响。镁碳砖受潮后，结构松散，高温下水分逸出，产生长短通道，对镁碳砖的热稳定性和耐腐蚀性产生负面影响。同时，钢水的冲刷能力将大大降低。MgO-C对热机械研磨非常敏感，因为MgO热膨胀系数具有较高的可逆性。镁碳砖的粘合剂也是影响镁碳砖质量的重要因素。粘合剂含量过多或过少都会影响镁碳砖的性能。粘合剂含量太少，镁碳砖粉末粘合不紧密，容易被冲走和剥落；如果粘合剂含量过高，镁碳砖的热冲击稳定性和耐火性会变差，同时会向钢水中添加太多有害元素。

当钢包装承担转炉的钢水时，会伴随着大量的钢渣。钢渣中低熔点的2CaOSiO2溶解在MgO晶界中，与MgO层的微量杂质元素发生化学反应，对镁耐火材料的溶解起着重要作用。从转渣的角度来看，对镁碳砖性能改善的研究主要集中在镁砂。抗氧化剂和微观结构。

此外，镁碳砖中添加抗氧化剂也会对其质量产生影响。为了提高镁碳砖的抗氧化性能，经常添加少量添加剂。常见的添加剂包括si.al.mg.al-al-mg.al-mg-ca.si-mg-ca.sic.b4C.bn以及al-b-c和al-sic-c系统等添加剂。添加剂的作用主要有两个方面：一是从热力学的角度出发，在工作温度下，添加剂或添加剂与碳反应产生其他物质。它们与氧的亲和力大于碳与氧的亲和力，优先于碳被氧化以保护碳。另一方面，从动力学的角度考虑添加剂和O2，CO或碳反应产生的化合物改变碳复合耐火材料的微观结构，如增加致密性和堵塞气孔，

阻碍氧气和反应产物的扩散等[28]。目前，镁碳砖主要采用Al粉末来防止碳的氧化。虽然Al具有较强的抗氧化能力，但在高温下，Al与C和N2反应形成碳。氮化合物，其中Al碳化合物在高温到低温过程中容易水化，导致镁碳砖内部间隙，导致结构松动，产生裂缝。鉴于这种情况，国内一些耐材料制造商已经使用了粉末。硅粉和碳粉作为真空烧结炉的原料，用作镁碳砖的抗氧化剂，研究其对镁碳砖抗氧化性能的影响，发现AI4SiC4不仅具有较强的抗氧化性能，而且可以避免传统抗氧化剂的水化开裂。

(3)砌筑方式

钢包渣线镁碳砖一般采用干砌(直接堆砌砖，无火泥粘结)和湿砌(采用火泥结合耐火砖)。干砌的优点是荣盛耐材限度地减少了火泥的影响。在高温下，由于镁碳砖和火泥的材料不同，受温度影响的热膨胀率不同，很容易在接触面上产生缝隙。这种方法的缺点是不能保证镁碳砖之间荣盛耐材的接触紧密。同时，当镁碳砖受热膨胀时，砖与砖之间没有缓冲的空间，导致砖挤压断裂；或者由于镁碳砖的膨胀，整个环渣线整体上升，巨大的挤压压力使包边板变形，防护材料的损失被冲走和剥落，对渣线的质量有很大的威胁。