De algemene eisen voor vuurvaste materialen voor elektrische vlamboogovens zijn:
(1) De vuurvastheid moet hoog zijn. De temperatuur van de boog is hoger dan 4000 °C en de temperatuur van de staalproductie ligt tussen de 1500 en 1750 °C, soms zelfs zo hoog als 2000 °C. Daarom moeten vuurvaste materialen een hoge vuurvastheid hebben.
(2) De verwekingstemperatuur onder belasting moet hoog zijn. De elektrische oven werkt onder hoge temperatuurbelasting en de ovenwand moet bestand zijn tegen de erosie van gesmolten staal. Daarom moet het vuurvaste materiaal een hoge verwekingstemperatuur onder belasting hebben.
(3) De druksterkte moet hoog zijn. De bekleding van de elektrische oven wordt beïnvloed door de impact van de lading tijdens het laden, de statische druk van het gesmolten staal tijdens het smelten, de erosie van de staalstroom tijdens het aftappen en de mechanische trillingen tijdens bedrijf. Daarom moet het vuurvaste materiaal een hoge druksterkte hebben.
(4) De thermische geleidbaarheid moet laag zijn. Om het warmteverlies van de elektrische oven te verminderen en het energieverbruik te verlagen, moet het vuurvaste materiaal een lage thermische geleidbaarheid hebben, dat wil zeggen dat de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt laag moet zijn.
(5) De thermische stabiliteit moet goed zijn. Binnen enkele minuten na het aftappen en het laden in de elektrische oven voor staalproductie daalt de temperatuur scherp van ongeveer 1600 °C tot onder de 900 °C, daarom moeten vuurvaste materialen een goede thermische stabiliteit hebben.
(6) Sterke corrosiebestendigheid. Tijdens het staalproductieproces hebben slak, ovengas en gesmolten staal allemaal een sterk chemisch erosief effect op vuurvaste materialen, daarom moeten vuurvaste materialen een goede corrosiebestendigheid hebben.
Keuze van vuurvaste materialen voor zijwanden
MgO-C-stenen worden doorgaans gebruikt voor de zijwanden van elektrische ovens zonder waterkoeling. De hete plekken en slaklijnen worden aan de zwaarste omstandigheden blootgesteld. Ze worden niet alleen ernstig gecorrodeerd en geërodeerd door gesmolten staal en slak, en zwaar mechanisch belast door de toevoeging van schroot, maar zijn ook onderhevig aan thermische straling van de vlamboog. Daarom worden deze onderdelen geconstrueerd met MgO-C-stenen die uitstekende eigenschappen bezitten.
Voor de zijwanden van elektrische ovens met waterkoeling geldt dat door het gebruik van waterkoelingstechnologie de warmtebelasting toeneemt en de gebruiksomstandigheden strenger zijn. Daarom moeten MgO-C-stenen met een goede slakbestendigheid, thermische schokbestendigheid en hoge warmtegeleidingscoëfficiënt worden gekozen. Het koolstofgehalte hiervan ligt tussen de 10% en 20%.
Vuurvaste materialen voor de zijwanden van ultra-krachtige elektrische ovens
De zijwanden van ultra-hoogvermogen elektrische ovens (UHP-ovens) zijn meestal opgebouwd uit MgO-C-stenen, en de hete plekken en slakzones worden eveneens opgebouwd uit MgO-C-stenen met uitstekende prestaties (zoals MgO-C-stenen met een volledige koolstofmatrix). Dit verlengt de levensduur aanzienlijk.
Hoewel de belasting van de ovenwanden is verminderd door verbeteringen in de werking van elektrische ovens, blijft het voor vuurvaste materialen lastig om de levensduur van hotspots te verlengen bij smeltprocessen onder UHP-omstandigheden (Ultra High Pressure). Daarom is waterkoelingstechnologie ontwikkeld en toegepast. Bij elektrische ovens met EBT-aftakkingen (Electric Burning Tank) bedraagt het waterkoelingsoppervlak 70%, waardoor het gebruik van vuurvaste materialen aanzienlijk wordt verminderd. Moderne waterkoelingstechnologie vereist MgO-C-stenen met een goede thermische geleidbaarheid. Asfalt, met hars gebonden magnesiumoxidestenen en MgO-C-stenen (koolstofgehalte 5%-25%) worden gebruikt voor de constructie van de zijwanden van de elektrische oven. Onder zware oxidatieomstandigheden worden antioxidanten toegevoegd.
Voor de hotspots die het meest beschadigd zijn door redoxreacties, worden MgO-C-stenen gebruikt met grof kristallijn gesmolten magnesiet als grondstof, een koolstofgehalte van meer dan 20% en een volledig koolstofmatrix.
De nieuwste ontwikkeling op het gebied van MgO-C-stenen voor UHP-elektrische ovens is het gebruik van bakken op hoge temperatuur, gevolgd door impregnering met asfalt om zogenaamde gebakken, met asfalt geïmpregneerde MgO-C-stenen te produceren. Zoals blijkt uit tabel 2, neemt het restkoolstofgehalte van gebakken MgO-C-stenen na impregnering met asfalt en hercarbonisatie met ongeveer 1% toe in vergelijking met niet-geïmpregneerde stenen, neemt de porositeit met 1% af en zijn de buigsterkte en drukweerstand bij hoge temperaturen aanzienlijk verbeterd, waardoor ze een hoge duurzaamheid hebben.
Magnesium vuurvast materiaal voor de zijwanden van elektrische ovens
De bekleding van elektrische ovens wordt onderverdeeld in alkalische en zure varianten. Bij de alkalische variant worden alkalische vuurvaste materialen (zoals magnesiumoxide en MgO-CaO-vuurvaste materialen) gebruikt, terwijl bij de zure variant silicastenen, kwartszand, witte modder, enzovoort worden gebruikt voor de bekleding.
Let op: Voor de bekleding van ovens gebruiken alkalische elektrische ovens alkalische vuurvaste materialen en zure elektrische ovens gebruiken zure vuurvaste materialen.
Geplaatst op: 12 oktober 2023
