Магнезито-углеродистый кирпич является важным основным огнеупорным материалом, разработанным в 1970-х годах. Он производится из высокотемпературно обожженного магнезита или электроплавленного магнезита в качестве основного сырья, с добавлением углеродных материалов (таких как графит) и углеродсодержащих связующих, и относится к категории необожженных огнеупорных изделий. Он сохраняет преимущества основных огнеупорных материалов, такие как высокая стойкость к основным шлакам, а также значительно улучшает проблемы традиционных основных кирпичей, такие как плохая термостойкость, легкое структурное отслаивание и проникновение шлака. До настоящего времени магнезито-углеродистые кирпичи широко используются в сталелитейном производстве, играя важную роль в повышении срока службы конвертеров и электропечей, снижении удельного расхода огнеупорных материалов и экономии энергии. По сравнению с ранее использовавшимися обожженными магнезито-доломитовыми кирпичами, производство магнезито-углеродистых кирпичей позволяет экономить более 80% расхода топлива.

I. Основные характеристики магнезито-углеродистых кирпичей

Магнезито-углеродистые кирпичи состоят в основном из оксида магния и углерода, оба из которых имеют высокие температуры плавления и не растворяются друг в друге, поэтому материал в целом обладает высокой огнеупорностью, отличной стойкостью к эрозии и проникновению. Их структура сочетает стойкий к шлаку оксид магния и несмачиваемый шлаком углеродный материал, что эффективно подавляет проникновение расплавленного шлака в кирпич, при этом слой проникновения значительно меньше, чем у традиционных обожженных кирпичей.

Благодаря добавлению графита магнезито-углеродистые кирпичи унаследовали его высокую теплопроводность, низкий коэффициент теплового расширения, высокий модуль упругости и хорошую прочность при высоких температурах, что значительно повышает их термостойкость и эффективно предотвращает разрушение из-за растрескивания и отслаивания во время использования. Кроме того, магнезито-углеродистые кирпичи также обладают отличной ползучестью при высоких температурах, превосходя большинство керамически связанных огнеупорных материалов.

II. Применение в конвертерном производстве стали

Материалы футеровки конвертера прошли эволюцию от каменно-угольных доломитовых кирпичей, обожженных пропитанных кирпичей до магнезито-углеродистых кирпичей. С развитием технологий крупномасштабных конвертеров, комбинированного продувания и высокотемпературной плавки магнезито-углеродистые кирпичи стали основным материалом для футеровки конвертеров. На практике, в зависимости от механизма разрушения различных частей конвертера, обычно используется метод "комплексной кладки" с применением кирпичей различных марок:

• Горловина печи: требует стойкости к термическим ударам, истиранию и не должна налипать на сталь, часто выбираются магнезито-углеродистые кирпичи с отличной термостойкостью;

• Колпак печи: подвергается сильному воздействию шлаковой эрозии и колебаний температуры, требуется использование магнезито-углеродистых кирпичей с высокой шлакостойкостью и термической стабильностью;

• Загрузочная сторона: подвергается серьезным механическим ударам и разбрызгиванию шлака и железа, обычно используются высокопрочные магнезито-углеродистые кирпичи с добавлением антиоксидантов;

• Сторона выпуска стали: в основном подвергается термическому удару и эрозии расплавленной стали, разрушение менее значительно, может быть выложена более тонкая футеровка;

• Зона шлаковой линии: длительный контакт с расплавленным шлаком, сильная эрозия, необходимо использовать магнезито-углеродистые кирпичи с высокой шлакостойкостью;

• Область цапф: поверхностный углерод легко окисляется, разрушение происходит быстро, следует выбирать магнезито-углеродистые кирпичи с высокой окислительной стойкостью и высокой чистотой;

• Под и дно печи: подвергаются эрозии расплавленной стали, обычно разрушение незначительно, могут быть выбраны низкоуглеродистые магнезито-углеродистые кирпичи или доломитовые кирпичи; конвертеры с донной продувкой требуют использования высокопроизводительных материалов, таких же, как на загрузочной стороне.

III. Применение в электропечах

Стенки электропечей обычно выкладываются магнезито-углеродистыми кирпичами, их качество напрямую влияет на срок службы электропечи. Свойства магнезито-углеродистых кирпичей значительно зависят от чистоты магнезита, степени кристалличности графита и свойств связующего. Как правило, антиоксиданты не являются обязательными, но в условиях шлака с высоким содержанием оксида железа (например, при использовании прямовосстановленного железа) или в горячих точках необходимо добавлять металлические антиоксиданты для повышения стойкости к эрозии.

В зоне шлаковой линии электропечи магнезито-углеродистые кирпичи часто образуют реакционно-уплотненный слой и обезуглероженный рыхлый слой. После проникновения расплавленного шлака в кирпич оксид железа в нем восстанавливается до металлического железа, глубина проникновения ограничена количеством остаточного графита, обычно слой обезуглероживания тонкий.

Выбор материала для выпускного отверстия электропечи зависит от способа выпуска стали: при наклонном выпуске обычно выбираются материалы на основе Al₂O₃ или ZrO₂ с добавлением неметаллических соединений; при выпуске через дно обычно используется комбинация магнезито-углеродистых трубчатых кирпичей и обкладных кирпичей. На одном из металлургических заводов Китая замена спеченных магнезитовых кирпичей в области выпускного отверстия на магнезито-углеродистые кирпичи среднего и низкого класса позволила более чем вдвое увеличить срок службы печи, кирпичи шлаковой линии оставались неповрежденными, без налипания шлака, сократилось количество ремонтов печи, повысилась производственная эффективность и качество стали.

IV. Применение в ковшах

Магнезито-углеродистые кирпичи огнеупорные также широко используются в зонах шлаковой линии и свободного пространства ковшей для рафинирования стали и сталеразливочных ковшей. Эти области должны выдерживать высокие температуры, шлаковую эрозию и термические удары. Ранее использовались магнезито-хромитовые материалы, но из-за экологических проблем они были в значительной степени заменены на магнезито-углеродистые кирпичи.

В процессе предварительного нагрева ковша поверхность магнезито-углеродистых кирпичей легко окисляется, образуя слой обезуглероживания толщиной 30–60 мм, и под воздействием удара расплавленной стали частицы магнезита легко попадают в шлак. Для повышения срока службы футеровки ковша, помимо добавления в кирпич комплексных антиоксидантов, необходимо также защищать поверхность кирпичей после кладки, например, путем нанесения легкоплавкого щелочного стекловидного защитного слоя, чтобы эффективно подавлять окисление углерода на этапе предварительного нагрева.

Заключение

В заключение, благодаря своим отличным высокотемпературным свойствам, стойкости к шлаку и термическим ударам, магнезито-углеродистые кирпичи стали незаменимым ключевым огнеупорным материалом в современной сталелитейной промышленности. Благодаря оптимизации материалов и улучшению технологий кладки они продолжают способствовать повышению срока службы металлургического оборудования и производственной эффективности.