خط خبث المغرفة هو الجزء الذي يتلامس فيه الفولاذ المنصهر مع الهواء بشكل مباشر. في الوقت الحاضر،طوب الكربون المغنيسياتُستخدم غالبًا في بناء خط خبث المغرفة. نظرًا لاختلاف درجات الحرارة ووجود بيئة غنية بالأكسجين، فإن معدل تآكل هذا الجزء أسرع بكثير من الأجزاء الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن إمالة وتفريغ الخبث من الفولاذ المنصهر أثناء التشغيل يسببان أضرارًا كبيرة لخط الخبث. لذلك، يعد خط خبث المغرفة أحد الأجزاء ذات أعلى معدل صيانة.
إن عمر خط خبث الملعقة يتأثر ويقيد بشكل أساسي بثلاثة جوانب: البيئة الخارجية، وجودة المواد المقاومة للحرارة، وطريقة البناء.
1. البيئة الخارجية
المغرفة هي جهاز لاستقبال الفولاذ المنصهر وإجراء عمليات الصب. غالبًا ما تكون درجة حرارة الفولاذ المنصهر حوالي 1500 درجة. عندما يتلامس خط خبث المغرفة مع الهواء عند هذه الدرجة من الحرارة، سيحدث تفاعل أكسدة قوي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الفرق في درجة الحرارة لسطح التلامس بين الفولاذ المنصهر والهواء له أيضًا تأثير قوي جدًا على خط خبث المغرفة. سيختبر الفرق الكبير في درجة الحرارة بشدة الاستقرار الحراري لخط خبث المغرفة [20]. أثناء عمليات الاستلام والتفريغ المتكررة، ستنتج المواد المقاومة للحرارة درجة معينة من التشقق. لذلك، في البيئة الخارجية، يكون للأكسدة عند درجة حرارة عالية تأثير كبير على تآكل خط الخبث. في الوقت نفسه، يفرض التغيير الهائل في درجة الحرارة متطلبات عالية على الاستقرار الحراري للمواد المقاومة للحرارة. تحت تفاعل فقدان الذوبان وانهيار المواد المقاومة للحرارة، يتلف خط خبث المغرفة بسهولة، ثم يحدث تسرب الفولاذ.
من السهل أن يتسبب خبث تكرير LF في أكسدة وإزالة الكربنة من الطوب الكربوني المغنيسيا. يتمتع خبث LF بلزوجة منخفضة نسبيًا عند درجات الحرارة العالية، وله نفاذية قوية في طبقة إزالة الكربنة، وله قابلية عالية للذوبان في أكسيد المغنيسيوم. في الوقت نفسه، يسهل اختراق الخبث إلى حدود حبيبات البيركلياز لتفكيك جزيئات رمل المغنيسيا، كما هو موضح في الشكل 2 (SA هو الخبث في الشكل؛ TA هو تقاطع ثلاث قطع). لذلك، فإن عمر خدمة الطوب الكربوني المغنيسيا بخط خبث LF منخفض نسبيًا. درس شين وآخرون بشكل منهجي آلية تلف الطوب الكربوني المغنيسيومي المغرفة في عملية تكرير LF، مشيرين إلى أن مجموعات حبيبات MgO الأصغر تتآكل بسهولة بواسطة الخبث عالي الحرارة. بعد التآكل، يستمر الخبث في اختراق الجزء الداخلي من مجمع MgO على طول حدود حبيبات البيركلياز، مما يتسبب في النهاية في انقسام مجمع البيركلياز.
2. جودة المواد المقاومة للحرارة
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%) بسيطة نسبيا.
بسبب حساسية الطوب الكربوني المغنيسيت للرطوبة وتأثير اختيار الصيغة، سيتأثر أداء الطوب الكربوني المغنيسيت إلى حد ما. بعد أن يتعرض الطوب الكربوني المغنيسيت للرطوبة، يصبح الهيكل فضفاضًا، ويتسرب الماء عند درجة حرارة عالية لإنتاج قنوات فارغة متعددة، مما سيكون له تأثير سلبي على الاستقرار الحراري ومقاومة التآكل لهذا الطوب، كما ستضعف قدرته على التعامل مع الفولاذ المنصهر بشكل كبير. MgO-C حساس للغاية للتآكل الحراري الميكانيكي لأن معامل التمدد الحراري لـ MgO له قابلية عكسية عالية. يعد رابط الطوب الكربوني المغنيسيت أيضًا عاملًا مهمًا يؤثر على جودة الطوب الكربوني المغنيسيت. سيؤثر الكثير أو القليل جدًا من الرابط على أداء الطوب الكربوني المغنيسيت. سيؤدي القليل جدًا من الرابط إلى أن يكون مسحوق الطوب الكربوني المغنيسيت مرتبطًا بشكل فضفاض وسهل الغسل والتقشير؛ سيؤدي استخدام الكثير من المادة الرابطة إلى تدهور استقرار الصدمة الحرارية ومقاومة الطوب الكربوني المغنيسيا، وسيتم إضافة الكثير من العناصر الضارة إلى الفولاذ المنصهر.
عندما تستقبل الملعقة الفولاذ المنصهر من المحول، فسوف تكون مصحوبة بكمية كبيرة من الخبث. تذوب نقطة الانصهار المنخفضة 2CaO·SiO2 في الخبث في حدود حبيبات MgO وتتفاعل كيميائيًا مع عناصر الشوائب النزرة في طبقة MgO، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في إذابة مواد مقاومة للحرارة من المغنيسيوم. من منظور خبث المحول، يركز البحث في تحسين أداء الطوب الحراري الكربوني من المغنيسيوم بشكل أساسي على رمل المغنيسيا ومضادات الأكسدة والبنية الدقيقة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن إضافة مضادات الأكسدة إلى الطوب الكربوني المغنيسيا تؤثر أيضًا على جودتها. من أجل تحسين مقاومة أكسدة الطوب الكربوني المغنيسيا، غالبًا ما تتم إضافة كمية صغيرة من المواد المضافة. تشمل المواد المضافة الشائعة إضافات Si وAl وMg وAl-S وAl-Mg وAl-Mg-Ca وSi-Mg-Ca وSiC وB4C وBN وAl-BC وAl-SiC-C. دور المواد المضافة له جانبان رئيسيان: من ناحية، من وجهة نظر ترموديناميكية، في درجة حرارة العمل، تتفاعل المواد المضافة أو المواد المضافة مع الكربون لتوليد مواد أخرى. تقاربها مع الأكسجين أكبر من تقارب الكربون مع الأكسجين، وتتأكسد قبل الكربون، وبالتالي تحمي الكربون. من ناحية أخرى، من وجهة نظر حركية، فإن المركبات الناتجة عن تفاعل المواد المضافة مع O2 أو CO أو الكربون تغير البنية الدقيقة للمواد المقاومة للحرارة المركبة الكربونية، مثل زيادة الكثافة، وسد المسام، وإعاقة انتشار الأكسجين ومنتجات التفاعل [28]. في الوقت الحاضر، يستخدم مسحوق الألومنيوم بشكل أساسي في الطوب الكربوني المغنيسيا لمنع أكسدة الكربون. على الرغم من أن الألومنيوم يتمتع بقدرة قوية مضادة للأكسدة، إلا أنه عند درجة حرارة عالية، يتفاعل الألومنيوم مع C وN2 لتكوين مركبات الكربون والنيتروجين الألومنيوم. من بينها، يسهل ترطيب كربيد الألومنيوم في العملية من درجة حرارة عالية إلى درجة حرارة منخفضة، مما يؤدي إلى تكوين فراغات داخل الطوب الكربوني المغنيسيا، مما يتسبب في ارتخاء الهيكل وتشققه.
3. طريقة البناء
تعتمد طوب الكربون المغنيسيوم في خط خبث الملعقة بشكل عام على البناء الجاف (تكديس الطوب مباشرة دون ربط الطين الناري) والبناء الرطب (باستخدام الطين الناري مع الطوب الحراري). تتمثل ميزة البناء الجاف في أنه يقلل من تأثير الطين الناري. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، نظرًا للمواد المختلفة للطوب المغنسيوم والطين الناري، يختلف معدل التمدد الحراري بسبب درجة الحرارة، مما يسهل إنتاج فجوات على سطح التلامس. عيب هذه الطريقة هو أنه لا يمكن ضمان أن يكون الطوب على اتصال وثيق بنسبة 100٪. في الوقت نفسه، عندما يتمدد طوب الكربون المغنيسيوم بسبب الحرارة، لا توجد مساحة للتخزين المؤقت بين الطوب، مما يتسبب في ضغط الطوب وكسره؛ أو بسبب توسع الطوب، يتم رفع حلقة خط الخبث بأكملها ككل، وتتسبب قوة البثق الضخمة في تشوه لوحة الحافة، وتفقد المادة المقاومة للحرارة الحماية ويتم غسلها وتقشيرها، مما يشكل تهديدًا أكبر لجودة خط الخبث.
طريقة البناء الرطب تشبه طريقة البناء في المباني، لكنها أكثر صرامة في المتطلبات. ميزة هذه الطريقة هي أنها يمكن أن تتجنب جيدًا الفجوات التي قد تحدث في البناء الجاف. في نفس الوقت، يكون طين النار ضعيفًا في درجات الحرارة العالية. عندما تتمدد طوب الكربون المغنيسيا بسبب الحرارة، يمكن أن تتدفق للتكيف مع التغيرات في الفجوات بين الطوب، وتشتيت قوة البثق بين الطوب، وبالتالي تجنب تكوين الفجوات. عيب هذه الطريقة هو أن استخدام طين النار يجعل بنية خط الخبث غير مستقرة ويزيد من صعوبة البناء. إذا كان طين النار غير متساوٍ، فستظل هناك فجوات بين الطوب.
