В сложной физико-химической системе сталеплавильной дуговой печи выбор огнеупорных материалов для футеровки непосредственно влияет на стабильность технологического процесса, контроль качества стали и экономическую эффективность производства. Рабочая среда футеровки печи характеризуется исключительно высокой суровостью: она должна выдерживать не только тепловые нагрузки, превышающие 1700°C, но и комплексное воздействие механических ударов, химической коррозии и термических напряжений. Среди многочисленных огнеупорных материалов, прошедших системную оценку и промышленное применение, периклазовый кирпич, в котором основной кристаллической фазой является оксид магния (MgO), благодаря своим выдающимся характеристикам, подтвержденным в различных аспектах, занял незаменимое ключевое положение в дуговых печах, особенно в таких зонах, как шлаковая линия и области максимального теплового воздействия.

Во-первых, огнеупорный периклазовый кирпич обладает химической стабильностью, в высокой степени соответствующей технологии сталеплавильного производства. Современные сталеплавильные процессы обычно используют основной окислительный шлак для эффективного удаления фосфора и серы. Основными компонентами такого шлака являются оксид кальция (CaO) и закись железа (FeO), которые обладают сильным разрушающим действием на кислые огнеупоры. Основная фаза периклазового кирпича — оксид магния (MgO) — относится к основным оксидам. Согласно принципам химической термодинамики, он демонстрирует высокую стабильность и низкую растворимость в основной среде. Данная inherent характеристика позволяет ему эффективно противостоять химическому воздействию и проникновению основного шлака, обеспечивая стабильную химическую границу раздела для процесса плавки, что, в свою очередь, гарантирует чистоту стали и увеличивает срок службы футеровки.

Во-вторых, высокая температура плавления и превосходные высокотемпературные характеристики материала на основе периклаза являются основой для его применения. Температура плавления оксида магния достигает 2800°C, что обуславливает огнеупорность периклазового кирпича, обычно превышающую 2000°C. В дуговой печи, в зоне горения электрической дуги, где температуры исключительно высоки, а интенсивность теплового излучения значительна, периклазовый кирпич сохраняет высокую структурную прочность и объемную стабильность. Его температура начала деформации под нагрузкой высока, что обеспечивает сохранение целостности футеровки при экстремальных температурах, являясь ключевым условием безопасной и стабильной работы дуговой печи.

В-третьих, в процессе эксплуатации на рабочей поверхности периклазового кирпича формируется эффективный защитный слой. Непосредственно при плавке на рабочей поверхности периклазового кирпича происходит избирательное взаимодействие с первичным шлаком, способствующее образованию слоя с высокой вязкостью и температурой плавления, который пристает к поверхности кирпича. Этот динамически формируемый защитный слой, часто называемый «спекшимся слоем» или «шлаковой коркой», выполняет ключевую функцию физического барьера. Он существенно снижает прямое воздействие и проникновение последующего расплавленного шлака, металлической ванны и излучения дуги в тело огнеупора, обеспечивая «пассивную» защиту рабочего слоя футеровки. Данный механизм является центральным фактором в повышении стойкости футеровки дуговой печи и снижении расхода огнеупорных материалов.

Кроме того, благодаря оптимизации состава материалов, такой как разработка периклазо-углеродистых композитов, их комплексные характеристики были дополнительно улучшены. Введение графита не только повысило стойкость кирпича к термическому удару благодаря низкому тепловому расширению графита, снижая разрушение, вызванное термическими напряжениями от резких перепадов температуры, но и несмачиваемость графита эффективно препятствует проникновению расплавленного шлака в структуру кирпича, тем самым поддерживая структурную целостность футеровки в более широком диапазоне рабочих условий.

В заключение, ключевая роль периклазового кирпича в сталеплавильных дуговых печах определяется его внутренней химической совместимостью с основной технологией выплавки стали, превосходными высокотемпературными механическими свойствами, а также динамическими защитными механизмами, формирующимися в процессе службы. Это не просто превосходство по отдельному параметру, а комплексное решение, способное в совокупности противостоять множественным экстремальным условиям внутри дуговой печи: высоким температурам, химическим и механическим воздействиям. Таким образом, применение периклазового кирпича является закономерным результатом глубокой интеграции материаловедения и потребностей металлургической технологии, играя незаменимую ключевую роль в структуре футеровки дуговой печи.