Ogólne wymagania dotyczące materiałów ogniotrwałych do pieców łukowych elektrycznych są następujące:
(1) Ogniotrwałość powinna być wysoka. Temperatura łuku przekracza 4000°C, a temperatura wytopu stali wynosi 1500–1750°C, a czasami nawet 2000°C, dlatego materiały ogniotrwałe muszą charakteryzować się wysoką ogniotrwałością.
(2) Temperatura mięknienia pod obciążeniem powinna być wysoka. Piec elektryczny pracuje w warunkach obciążenia wysoką temperaturą, a korpus pieca musi być odporny na erozję stopionej stali, dlatego materiał ogniotrwały musi mieć wysoką temperaturę mięknienia pod obciążeniem.
(3) Wytrzymałość na ściskanie powinna być wysoka. Wykładzina pieca elektrycznego jest narażona na uderzenia wsadu podczas załadunku, ciśnienie statyczne ciekłej stali podczas wytopu, erozję przepływu stali podczas spustu oraz drgania mechaniczne podczas pracy. Dlatego materiał ogniotrwały musi charakteryzować się wysoką wytrzymałością na ściskanie.
(4) Przewodność cieplna powinna być mała. Aby zmniejszyć straty ciepła w piecu elektrycznym i zmniejszyć zużycie energii, materiał ogniotrwały musi charakteryzować się niską przewodnością cieplną, tzn. współczynnik przewodzenia ciepła powinien być mały.
(5) Dobra stabilność termiczna powinna być zapewniona. W ciągu kilku minut od momentu odkręcenia do załadunku w piecu elektrycznym do produkcji stali temperatura gwałtownie spada z około 1600°C do poniżej 900°C, dlatego materiały ogniotrwałe muszą charakteryzować się dobrą stabilnością termiczną.
(6) Wysoka odporność na korozję. W procesie produkcji stali żużel, gaz piecowy i stopiona stal powodują silną erozję chemiczną materiałów ogniotrwałych, dlatego materiały ogniotrwałe muszą charakteryzować się dobrą odpornością na korozję.
Dobór materiałów ogniotrwałych na ściany boczne
Cegły MgO-C są zazwyczaj używane do budowy ścian bocznych pieców elektrycznych bez ścian chłodzących wodą. Punkty zapalne i linie żużlowe pracują w najtrudniejszych warunkach. Są one nie tylko silnie skorodowane i erodowane przez stopioną stal i żużel, a także narażone na uszkodzenia mechaniczne po dodaniu złomu, ale również narażone na promieniowanie cieplne z łuku elektrycznego. Dlatego te elementy są wykonane z cegieł MgO-C o doskonałych parametrach.
W przypadku ścian bocznych pieców elektrycznych chłodzonych wodą, ze względu na zastosowanie technologii chłodzenia wodnego, obciążenie cieplne wzrasta, a warunki użytkowania są bardziej rygorystyczne. Dlatego należy wybierać cegły MgO-C o dobrej odporności na żużel, odporności na szok termiczny i wysokiej przewodności cieplnej. Zawartość węgla w tych materiałach wynosi 10–20%.
Materiały ogniotrwałe na ściany boczne pieców elektrycznych o bardzo dużej mocy
Ściany boczne pieców elektrycznych o bardzo dużej mocy (UHP) są w większości zbudowane z cegieł MgO-C, a strefy gorącego wytopu i obszary linii żużla z cegieł MgO-C o doskonałych parametrach (takich jak cegły MgO-C z pełną matrycą węglową). Znacznie wydłuża to ich żywotność.
Chociaż obciążenie ścian pieca zostało zmniejszone dzięki udoskonaleniu metod eksploatacji pieców elektrycznych, nadal trudno jest wydłużyć żywotność gorących punktów za pomocą materiałów ogniotrwałych podczas wytopu w piecach UHP. W związku z tym opracowano i wdrożono technologię chłodzenia wodnego. W piecach elektrycznych z systemem spustu EBT, powierzchnia chłodzenia wodnego sięga 70%, co znacznie zmniejsza zużycie materiałów ogniotrwałych. Nowoczesna technologia chłodzenia wodnego wymaga stosowania cegieł MgO-C o dobrej przewodności cieplnej. Do budowy ścian bocznych pieca elektrycznego stosuje się asfalt, cegły magnezytowe wiązane żywicą oraz cegły MgO-C (zawartość węgla 5–25%). W warunkach intensywnego utleniania dodawane są przeciwutleniacze.
W przypadku obszarów najbardziej narażonych na uszkodzenia w wyniku reakcji redoks do budowy stosuje się cegły MgO-C z dodatkiem dużych kryształów stopionego magnezytu jako surowca, zawartością węgla większą niż 20% i pełną matrycą węglową.
Najnowszym osiągnięciem w dziedzinie cegieł MgO-C do pieców elektrycznych UHP jest zastosowanie wypalania w wysokiej temperaturze, a następnie impregnacji asfaltem, w celu uzyskania tzw. wypalanych cegieł MgO-C impregnowanych asfaltem. Jak wynika z tabeli 2, w porównaniu z cegłami nieimpregnowanymi, resztkowa zawartość węgla w wypalanych cegłach MgO-C po impregnacji asfaltem i rekarbonizacji wzrasta o około 1%, porowatość zmniejsza się o 1%, a wytrzymałość na zginanie w wysokiej temperaturze i odporność na ciśnienie ulegają znacznej poprawie. Wytrzymałość została znacznie zwiększona, co przekłada się na wysoką trwałość.
Materiały ogniotrwałe magnezowe na ściany boczne pieców elektrycznych
Wykładziny pieców elektrycznych dzielą się na alkaliczne i kwaśne. W pierwszym przypadku do budowy wyłożenia pieca wykorzystuje się alkaliczne materiały ogniotrwałe (takie jak magnezja i materiały ogniotrwałe MgO-CaO), natomiast w drugim – cegły krzemionkowe, piasek kwarcowy, biały muł itp.
Uwaga: W przypadku materiałów wykładzinowych pieców elektrycznych alkalicznych należy stosować alkaliczne materiały ogniotrwałe, a w przypadku kwaśnych pieców elektrycznych należy stosować kwaśne materiały ogniotrwałe.
Czas publikacji: 12 października 2023 r.
