Линията за шлака на кофата е частта, където разтопената стомана влиза в пряк контакт с въздуха. в момента,магнезиеви въглеродни тухлисе използват най-вече за изграждане на шлакова линия за кофа. Поради температурната разлика и наличието на богата на кислород среда, скоростта на ерозия на тази част е значително по-бърза от тази на други части. В допълнение, накланянето и отделянето на разтопена стомана по време на работа причиняват големи щети на линията за шлака. Следователно линията за шлака на кофата е една от частите с най-висока честота на поддръжка.
Животът на линията за шлакова кофа се влияе и ограничава главно от три аспекта: външна среда, качество на огнеупора и метод на зидария.
1. Външна среда
Кофата е устройство за приемане на разтопена стомана и извършване на разливни операции. Температурата на разтопената стомана често е около 1500 градуса. Когато линията за шлака на кофата влезе в контакт с въздух при тази температура, ще настъпи силна окислителна реакция. В допълнение, температурната разлика на контактната повърхност между разтопената стомана и въздуха също има много силно въздействие върху линията за шлака на кофата. Голямата температурна разлика ще изпита сериозно термичната стабилност на линията за шлака на черпака[20]. По време на чести операции по приемане и изхвърляне, огнеупорът ще доведе до определена степен на напукване. Следователно във външната среда окисляването при висока температура оказва голямо влияние върху ерозията на шлаковата линия. В същото време огромната промяна в температурата поставя високи изисквания към термичната стабилност на огнеупорните материали. При взаимодействието на загуба на топене и срутване на огнеупорни материали, линията за шлака на кофата лесно се поврежда и след това възниква инфилтрация на стомана.
LF рафиниращата шлака е лесна за причиняване на окисляване и обезвъглеродяване на магнезиевите въглеродни тухли. LF шлаката има относително нисък вискозитет при висока температура, има силна пропускливост в слоя за обезвъглеродяване и има висока разтворимост в магнезиев оксид. В същото време шлаката лесно прониква в границата на зърното на периклаза, за да дисоциира частиците от магнезиев пясък, както е показано на фигура 2 (SA е шлаката на фигурата; TA е пресечната точка на три парчета). Следователно експлоатационният живот на LF шлаковата линия за магнезитни въглеродни тухли е относително нисък. Шен и др. систематично изследва механизма на увреждане на магнезиеви въглеродни тухли с кофа в процеса на рафиниране на LF, което показва, че по-малките MgO зърнести агрегати лесно се разяждат от високотемпературна шлака. След ерозия шлаката ще продължи да прониква във вътрешността на агрегата MgO по протежение на границата на периклазовото зърно, като в крайна сметка ще причини разцепване на агрегата периклаз.
2. Огнеупорно качество
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%) е сравнително просто.
Поради чувствителността на магнезитните въглеродни тухли към влага и влиянието на избора на формула, работата на магнезиево-въглеродните тухли ще бъде засегната до известна степен. След като магнезиевите въглеродни тухли са влажни, структурата става разхлабена и водата изтича при висока температура, за да произведе множество празни канали, което ще има отрицателно въздействие върху термичната стабилност и устойчивостта на корозия на тези тухли и способността да се справят с разтопена стомана ще също да бъдат силно отслабени. MgO-C е много чувствителен към термомеханична абразия, тъй като коефициентът на топлинно разширение на MgO има висока обратимост. Свързващото вещество на магнезиевите въглеродни тухли също е важен фактор, влияещ върху качеството на магнезиевите въглеродни тухли. Твърде много или твърде малко свързващо вещество ще повлияе на работата на магнезиевите въглеродни тухли. Твърде малкото свързващо вещество ще доведе до хлабаво свързване на праха от магнезиева въглеродна тухла и лесно измиване и обелване; твърде много свързващо вещество ще доведе до влошаване на устойчивостта на термичен шок и огнеупорността на магнезиевите въглеродни тухли и твърде много вредни елементи ще бъдат добавени към разтопената стомана.
Когато кофата получи разтопената стомана от конвертора, тя ще бъде придружена от голямо количество шлака. Ниската точка на топене 2CaO·SiO2 в шлаката се разтваря в границата на MgO зърната и реагира химически с микроелементите на примеси в слоя MgO, което играе основна роля в разтварянето на магнезиевите огнеупорни материали. От гледна точка на конверторната шлака, изследванията за подобряване на производителността на огнеупорни тухли от магнезиев въглерод се фокусират главно върху магнезиев пясък, антиоксиданти и микроструктура.
В допълнение, добавянето на антиоксиданти към магнезиевите въглеродни тухли също влияе върху тяхното качество. За да се подобри устойчивостта на окисляване на магнезиево-въглеродните тухли, често се добавят малко количество добавки. Обичайните добавки включват Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN и добавки от серията Al-BC и Al-SiC-C. Ролята на добавките има главно два аспекта: от една страна, от термодинамична гледна точка, при работната температура добавките или добавките реагират с въглерода, за да генерират други вещества. Техният афинитет към кислорода е по-голям от този на въглерода към кислорода и те се окисляват преди въглерода, като по този начин защитават въглерода. От друга страна, от кинетична гледна точка, съединенията, генерирани от реакцията на добавки с O2, CO или въглерод, променят микроструктурата на въглеродните композитни огнеупорни материали, като например увеличаване на плътността, блокиране на порите и възпрепятстване на дифузията на кислород и реакционни продукти [28]. В момента Al прах се използва главно в магнезиеви въглеродни тухли за предотвратяване на въглеродното окисление. Въпреки че Al има силна антиокислителна способност, при висока температура Al реагира с C и N2, за да образува Al въглеродни и азотни съединения. Сред тях, Al карбидът е лесен за хидратиране в процеса от висока температура до ниска температура, което води до образуването на кухини вътре в тухлата от магнезиев въглерод, което кара структурата да се разхлаби и да се напука.
3. Метод на зидария
Магнезиевите въглеродни тухли в линията за шлакова кофа обикновено използват суха зидария (директно подреждане на тухли без свързване с огнеупорна кал) и мокра зидария (използване на огнеупорна кал, комбинирана с огнеупорни тухли). Предимството на сухата зидария е, че минимизира въздействието на огнената кал. При условия на висока температура, поради различните материали на тухлите mag-c и огнената кал, скоростта на термично разширение е различна поради температурата, което е лесно да създаде празнини върху контактната повърхност. Недостатъкът на този метод е, че не може да се гарантира, че тухлите са 100% в плътен контакт. В същото време, когато магнезиевите въглеродни тухли се разширяват поради топлина, няма място за буфериране между тухлите, което води до притискане и счупване на тухлите; или поради разширяването на тухлите, целият пръстен на шлаковата линия се повдига като цяло и огромната сила на екструдиране причинява деформиране на ръба на плочата и огнеупорният материал губи защита и се измива и отлепва, което представлява по-голямо заплаха за качеството на шлаковата линия.
Мокрият метод на зидария е подобен на метода на зидария в сгради, но е с по-строги изисквания. Предимството на този метод е, че той може добре да избегне празнините, които могат да възникнат при суха зидария. В същото време огнената кал е слаба при високи температури. Когато магнезиевите въглеродни тухли се разширяват поради топлина, те могат да текат, за да се адаптират към промените в празнините между тухлите, разпръсквайки силата на екструдиране между тухлите, като по този начин се избягва генерирането на празнини. Недостатъкът на този метод е, че използването на огнена кал прави структурата на шлаковата линия нестабилна и увеличава трудността на зидарията. Ако огнената кал е неравномерна, все още ще има празнини между тухлите.
