La ligne de laitier de la poche est la partie où l'acier en fusion entre en contact direct avec l'air. À l'heure actuelle,briques de magnésie et de carbonesont principalement utilisés pour la construction de lignes de scories de poche. En raison de la différence de température et de l'existence d'un environnement riche en oxygène, le taux d'érosion de cette pièce est nettement plus rapide que celui des autres pièces. De plus, le basculement et le déversement de scories d'acier fondu pendant le fonctionnement causent de gros dommages à la ligne de scories. Par conséquent, la ligne de scories de poche est l'une des pièces dont la fréquence de maintenance est la plus élevée.
La durée de vie de la ligne de laitier de poche est principalement affectée et limitée par trois aspects : l'environnement extérieur, la qualité du réfractaire et la méthode de maçonnerie.
1. Environnement externe
La poche est un dispositif permettant de recevoir l'acier en fusion et d'effectuer des opérations de coulage. La température de l'acier en fusion est souvent d'environ 1 500 degrés. Lorsque la ligne de laitier de la poche entre en contact avec l'air à cette température, une forte réaction d'oxydation se produit. De plus, la différence de température de la surface de contact entre l'acier en fusion et l'air a également un impact très fort sur la ligne de laitier de la poche. La grande différence de température mettra à rude épreuve la stabilité thermique de la ligne de laitier de la poche[20]. Lors des opérations fréquentes de réception et de déversement, le réfractaire produira un certain degré de fissuration. Par conséquent, dans l'environnement extérieur, l'oxydation à haute température a un impact important sur l'érosion de la ligne de laitier. Dans le même temps, l'énorme changement de température impose des exigences élevées en matière de stabilité thermique des matériaux réfractaires. Sous l'interaction de la perte de fusion et de l'effondrement des matériaux réfractaires, la ligne de laitier de la poche est facilement endommagée, puis une infiltration d'acier se produit.
Français Le laitier de raffinage LF est facile à provoquer l'oxydation et la décarburation des briques de carbone de magnésie. Le laitier LF a une viscosité relativement faible à haute température, a une forte perméabilité dans la couche de décarburation et a une solubilité élevée dans l'oxyde de magnésium. En même temps, le laitier est facile à pénétrer dans la limite des grains de périclase pour dissocier les particules de sable de magnésie, comme le montre la Figure 2 (SA est le laitier sur la figure ; TA est l'intersection de trois morceaux). Par conséquent, la durée de vie des briques de carbone de magnésite de ligne de laitier LF est relativement faible. Shen et al. ont étudié systématiquement le mécanisme d'endommagement des briques de carbone de magnésium de poche dans le processus de raffinage LF, indiquant que les agrégats de grains MgO plus petits sont facilement érodés par le laitier à haute température. Après l'érosion, le laitier continuera à pénétrer à l'intérieur de l'agrégat MgO le long de la limite des grains de périclase, provoquant finalement le clivage de l'agrégat de périclase.
2. Qualité réfractaire
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%) est relativement simple.
En raison de la sensibilité des briques de carbone magnésite à l'humidité et de l'influence du choix de la formule, les performances des briques de carbone magnésite seront affectées dans une certaine mesure. Une fois les briques de carbone magnésite humides, la structure se desserre et l'eau s'échappe à haute température pour produire de multiples canaux vides, ce qui aura un impact négatif sur la stabilité thermique et la résistance à la corrosion de ces briques, et la capacité à faire face à l'acier fondu sera également considérablement affaiblie. Le MgO-C est très sensible à l'abrasion thermomécanique car le coefficient de dilatation thermique du MgO a une réversibilité élevée. Le liant de la brique de carbone magnésite est également un facteur important affectant la qualité de la brique de carbone magnésite. Trop ou trop peu de liant affectera les performances de la brique de carbone magnésite. Trop peu de liant fera que la poudre de brique de carbone magnésite sera faiblement liée et se lavera et se décollera facilement ; trop de liant entraînera une détérioration de la stabilité aux chocs thermiques et de la réfractarité de la brique de carbone magnésien, et trop d'éléments nocifs seront ajoutés à l'acier en fusion.
Lorsque la poche reçoit l'acier en fusion du convertisseur, elle sera accompagnée d'une grande quantité de scories. Le 2CaO·SiO2 à bas point de fusion dans les scories se dissout dans la limite des grains de MgO et réagit chimiquement avec les éléments traces d'impuretés dans la couche de MgO, ce qui joue un rôle majeur dans la dissolution des matériaux réfractaires à base de magnésie. Du point de vue des scories de convertisseur, la recherche sur l'amélioration des performances des briques réfractaires en carbone magnésien se concentre principalement sur le sable de magnésie, les antioxydants et la microstructure.
De plus, l'ajout d'antioxydants aux briques de carbone magnésie affecte également leur qualité. Afin d'améliorer la résistance à l'oxydation des briques de carbone magnésie, une petite quantité d'additifs est souvent ajoutée. Les additifs courants comprennent Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN et les additifs des séries Al-BC et Al-SiC-C. Le rôle des additifs a principalement deux aspects : d'une part, d'un point de vue thermodynamique, à la température de travail, les additifs ou additifs réagissent avec le carbone pour générer d'autres substances. Leur affinité avec l'oxygène est supérieure à celle du carbone avec l'oxygène, et ils sont oxydés avant le carbone, protégeant ainsi le carbone. D'autre part, d'un point de vue cinétique, les composés générés par la réaction des additifs avec O2, CO ou carbone modifient la microstructure des matériaux réfractaires composites en carbone, comme l'augmentation de la densité, le blocage des pores et l'entrave à la diffusion de l'oxygène et des produits de réaction [28]. Actuellement, la poudre d'aluminium est principalement utilisée dans les briques de carbone magnésien pour empêcher l'oxydation du carbone. Bien que l'aluminium ait une forte capacité antioxydante, à haute température, l'aluminium réagit avec le carbone et le nitrogène pour former des composés de carbone et d'azote d'aluminium. Parmi eux, le carbure d'aluminium s'hydrate facilement au cours du processus de haute température à basse température, ce qui entraîne la formation de vides à l'intérieur de la brique de carbone magnésien, ce qui provoque le desserrage et la fissuration de la structure.
3. Méthode de maçonnerie
Les briques en carbone-magnésium dans la ligne de laitier de poche adoptent généralement la maçonnerie sèche (empilement direct de briques sans liaison de boue réfractaire) et la maçonnerie humide (utilisation de boue réfractaire combinée à des briques réfractaires). L'avantage de la maçonnerie sèche est qu'elle minimise l'impact de la boue réfractaire. Dans des conditions de température élevée, en raison des différents matériaux des briques mag-c et de la boue réfractaire, le taux de dilatation thermique est différent en raison de la température, ce qui est facile à produire des espaces sur la surface de contact. L'inconvénient de cette méthode est que les briques ne peuvent pas être garanties à 100 % en contact étroit. Dans le même temps, lorsque les briques en carbone-magnésium se dilatent sous l'effet de la chaleur, il n'y a pas de place pour un tampon entre les briques, ce qui provoque l'écrasement et la rupture des briques ; ou en raison de l'expansion des briques, l'anneau entier de la ligne de scories est soulevé dans son ensemble, et l'énorme force d'extrusion provoque la déformation de la plaque de bord, et le matériau réfractaire perd sa protection et est lavé et pelé, ce qui constitue une plus grande menace pour la qualité de la ligne de scories.
La méthode de maçonnerie humide est similaire à la méthode de maçonnerie dans les bâtiments, mais ses exigences sont plus strictes. L'avantage de cette méthode est qu'elle permet d'éviter les interstices qui peuvent se produire dans la maçonnerie sèche. En même temps, la boue réfractaire est faible à haute température. Lorsque les briques en magnésie-carbone se dilatent sous l'effet de la chaleur, elles peuvent s'écouler pour s'adapter aux changements d'espaces entre les briques, dispersant la force d'extrusion entre les briques, évitant ainsi la génération d'espaces. L'inconvénient de cette méthode est que l'utilisation de boue réfractaire rend la structure de la ligne de laitier instable et augmente la difficulté de la maçonnerie. Si la boue réfractaire est irrégulière, il y aura toujours des espaces entre les briques.
