O que é material refratário de concha?

Os materiais refratários da concha são materiais-chave usados ​​no processo de fabricação de aço para proteger o revestimento da concha e suportar a erosão de aço e escória fundidos de alta temperatura. Como o contêiner principal para reter e transportar aço fundido (do conversor / forno elétrico para a fundição contínua Tundish), os materiais refratários da concha precisam permanecer estáveis ​​sob condições termodinâmicas e químicas extremas, adaptando-se ao impacto freqüente do aço fundido, alterações de temperatura e reações violentas na interface do bulê de lesão. A seguir, são apresentados os principais componentes, requisitos de desempenho e desafios técnicos dos materiais refratários da concha:

O que são materiais refratários de concha?

Os materiais refratários da concha são compostos principalmente de forro de concha e produtos funcionais refratários. Seus materiais refratários internos precisam suportar condições extremas, como limpeza, erosão química e choque térmico do aço fundido de alta temperatura.

O revestimento da concha geralmente é dividido nas seguintes partes, de acordo com diferentes áreas em contato com o aço fundido e os requisitos funcionais:

Camada permanente (camada de segurança):

Material: tijolos de isolamento leves ou baixa condutividade térmica CASTLES (como argila).

Função: Isolamento térmico, reduzindo a temperatura da concha e reduzindo a perda de calor.

Camada de trabalho (contato direto com aço fundido e escória):

Área da linha de escória:

Material: Magnesia Carbon Brick (MGO-C, contendo 10% a 20% de grafite).

Características: Alta resistência à erosão da escória (especialmente contra escória alcalina), a grafite fornece resistência ao choque térmico e lubrificação.

Área de parede:

Material: tijolo de carbono de magnésio de alumínio (Al₂o₃-MGO-C) ou alto alumínio castável (Al₂o₃ 5%).
Características: Balances resistência à erosão e custo de aço fundido, adequado para áreas de linha não de isca.

Área inferior:

Material: Alto tijolo de alumínio ou corundum fundível (Al₂o₃≥90%).
Características: alta resistência mecânica, resistência à pressão estática de aço fundido e desgaste do impacto.

Componentes funcionais:

Portão deslizante refratário:

Material: compósito de carbono de zircônio de alumínio (Al₂o₃-zro₂-C) ou carbono de magnésio (MGO-C).

Função: Controle com precisão o fluxo de aço fundido e precisa resistir à erosão de alta temperatura e ao choque térmico.

Plugue de purga:

Material: corundum-spinel (Al₂o₃-mgal₂o₄) ou magnésio (MGO).

Função: Mexa o aço fundido soprando argônio / nitrogênio, temperatura e composição uniformes, alta permeabilidade e anti-Permeabilidade.

Block bem:

Material: Carbono alto de alumínio ou magnésio.

Função: conserte a porta e suporta o impacto mecânico do fluxo de aço fundido.

Requisitos de desempenho de materiais refratários de concha

• Resistência à erosão da escória: A área da linha de escória da concha precisa resistir à erosão química da escória de alta basicidade (Cao / sio₂> 2).
• Resistência ao choque térmico: a temperatura varia muito durante a rotatividade de conchas (como resfriar uma concha vazia de 1600 ° C à temperatura ambiente) e o material precisa evitar rachaduras.
• Resistência à alta temperatura: suporta a pressão estática do aço fundido (como a pressão inferior de uma concha de 200 toneladas atinge ~ 0,3MPa) e choque mecânico.
• Baixa poluição: Evite impurezas em materiais refratários (como SiO₂) de reagir com aço fundido e afetar a pureza do aço.

Evolução e desafios da tecnologia material

Otimização de tijolos de carbono de magnésia

Os tijolos de carbono de magnésia tradicional: confiam na grafite para melhorar a resistência ao choque térmico, mas a grafite é facilmente oxidada (antioxidantes como Al e Si precisam ser adicionados).

Trendência de baixa carbonização: Desenvolva tijolos de carbono de magnésia de baixo carbono (conteúdo de grafite <8%), substitua parte da grafite por nanocarbono (como preto de carbono) ou estrutura de carbono gerada in situ (como carbonização da resina) para reduzir o risco de oxidação.

Proteção ambiental e livre de cromo

Problema de poluição por cromo: os tijolos tradicionais de magnésia-cromo (MGO-Cr₂o₃) são restritos devido à carcinogenicidade de Cr⁶⁺.

Solução alternativa: use materiais de espinélio (mgal₂o₄) ou magnésio-calcium (MGO-CAO), que são resistentes à escória e ecológicos.

Extensão da aplicação fundível

Tecnologia de fundição integral: use alumina-magnesia ou spinel castáveis ​​para substituir a alvenaria tradicional, reduzir a erosão conjunta e prolongar a vida útil do serviço.

CASTAIS DE Autonivelamento: A construção livre de vibração é alcançada através da otimização do tamanho das partículas, reduzindo os custos de mão-de-obra.

Modos de falha típicos de materiais refratários de concha

Erosão da linha de escória: A penetração de escória causa a formação de fases de baixo ponto de fusão (como o sistema Cao-MGO-SIO₂) na superfície dos tijolos de carbono magnésia e a estrutura retira.

Espalhamento da tensão térmica: as alterações frequentes de temperatura causam a expansão das microcracks dentro do material e, eventualmente, o derramamento em camadas.

Bloqueio de tijolos de ar: inclusões no aço fundido (como Al₂o₃) são depositadas nos orifícios do ar, afetando o efeito de sopro de argônio.

Aplicação de materiais refratários da concha:

Fundação de aço limpo: Use tijolos de ar de corundum de alta pureza (Al₂o₃> 99%) para reduzir a introdução de impurezas.

Projeto de longa duração: otimize o custo e a vida através da estrutura de gradiente (como tijolos de carbono de magnésio na área da linha de escória e castáveis ​​de alumínio-magnésio para a parede da concha).

Monitoramento inteligente: use imagens térmicas infravermelhas ou tecnologia de emissão acústica para monitorar o status de erosão do revestimento da concha em tempo real.

Os materiais refratários da concha são os principais consumíveis no processo de fabricação de aço e seu desempenho afeta diretamente a qualidade do aço fundido, segurança e custo da produção. Comparados com materiais refratários tundis, os materiais de concha precisam suportar mais tempo de permanência em aço fundido, reações mais complexas de aço de escória e cargas mecânicas mais altas. As direções futuras de desenvolvimento incluem materiais de baixo carbono e ambientalmente amigável, design de longa data e tecnologia de manutenção inteligente. Por exemplo, a aplicação de materiais de magnésio-cálcio e castálias sem carbono pode não apenas melhorar a resistência à escória, mas também atender aos requisitos da fabricação verde.