Die allgemeinen Anforderungen an feuerfeste Materialien für Elektrolichtbogenöfen sind:
(1) Die Feuerfestigkeit muss hoch sein. Die Lichtbogentemperatur übersteigt 4000 °C, und die Stahlerzeugungstemperatur liegt zwischen 1500 und 1750 °C, manchmal sogar bei 2000 °C, daher müssen die feuerfesten Materialien eine hohe Feuerfestigkeit aufweisen.
(2) Die Erweichungstemperatur unter Last sollte hoch sein. Der Elektroofen arbeitet unter hohen Temperaturlastbedingungen, und der Ofenkörper muss der Erosion durch den flüssigen Stahl standhalten. Daher ist ein feuerfestes Material mit einer hohen Erweichungstemperatur unter Last erforderlich.
(3) Die Druckfestigkeit muss hoch sein. Die Auskleidung des Elektroofens wird durch den Aufprall der Beschickung beim Beschicken, den statischen Druck des flüssigen Stahls beim Schmelzen, die Erosion des Stahlflusses beim Abstich und die mechanischen Vibrationen im Betrieb beansprucht. Daher muss das Feuerfestmaterial eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.
(4) Die Wärmeleitfähigkeit sollte gering sein. Um den Wärmeverlust des Elektroofens und den Energieverbrauch zu reduzieren, muss das feuerfeste Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, d. h. der Wärmeleitkoeffizient sollte klein sein.
(5) Die thermische Stabilität muss gut sein. Beim Stahlherstellen im Elektroofen sinkt die Temperatur innerhalb weniger Minuten vom Abstich bis zur Beschickung rapide von etwa 1600 °C auf unter 900 °C, daher müssen die feuerfesten Materialien eine gute thermische Stabilität aufweisen.
(6) Hohe Korrosionsbeständigkeit. Während des Stahlherstellungsprozesses üben Schlacke, Ofengas und flüssiger Stahl eine starke chemische Erosionswirkung auf die Feuerfestmaterialien aus, weshalb diese eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.
Auswahl von feuerfesten Materialien für Seitenwände
MgO-C-Steine werden üblicherweise für die Seitenwände von Elektroöfen ohne Wasserkühlung verwendet. Die Hotspots und Schlackenlinien sind den härtesten Betriebsbedingungen ausgesetzt. Sie werden nicht nur durch flüssigen Stahl und Schlacke stark korrodiert und erodiert sowie durch die Zugabe von Schrott mechanisch beansprucht, sondern sind auch der Wärmestrahlung des Lichtbogens ausgesetzt. Daher werden diese Bereiche mit MgO-C-Steinen mit hervorragenden Eigenschaften gefertigt.
Bei den Seitenwänden wassergekühlter Elektroöfen erhöht sich aufgrund der Wasserkühlung die Wärmebelastung, wodurch die Einsatzbedingungen anspruchsvoller werden. Daher sollten MgO-C-Steine mit guter Schlackenbeständigkeit, Temperaturwechselstabilität und hoher Wärmeleitfähigkeit gewählt werden. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 10 % und 20 %.
Feuerfeste Werkstoffe für die Seitenwände von Ultrahochleistungs-Elektroöfen
Die Seitenwände von Ultrahochleistungs-Elektroöfen (UHP-Öfen) bestehen größtenteils aus MgO-C-Steinen, während die Hotspots und Schlackenlinienbereiche mit besonders leistungsfähigen MgO-C-Steinen (z. B. Vollkohlenstoff-MgO-C-Steinen) gefertigt werden. Dies verlängert die Lebensdauer des Ofens erheblich.
Obwohl die Wandbelastung des Elektroofens durch verbesserte Betriebsmethoden reduziert werden konnte, ist es nach wie vor schwierig, die Lebensdauer von Feuerfestmaterialien an den Hotspots unter den Schmelzbedingungen von UHP-Öfen zu verlängern. Daher wurde die Wasserkühlungstechnologie entwickelt und angewendet. Bei Elektroöfen mit EBT-Abstich erreicht die Wasserkühlungsfläche 70 %, wodurch der Verbrauch an Feuerfestmaterialien deutlich reduziert wird. Moderne Wasserkühlungstechnologien erfordern MgO-C-Steine mit guter Wärmeleitfähigkeit. Asphalt, harzgebundene Magnesiasteine und MgO-C-Steine (Kohlenstoffgehalt 5–25 %) werden für den Bau der Seitenwände des Elektroofens verwendet. Unter stark oxidierenden Bedingungen werden Antioxidantien zugesetzt.
Für die am stärksten durch Redoxreaktionen geschädigten Hotspot-Bereiche werden MgO-C-Ziegel verwendet, die aus großkristallinem, geschmolzenem Magnesit bestehen, einen Kohlenstoffgehalt von über 20 % aufweisen und eine vollständige Kohlenstoffmatrix besitzen.
Die neueste Entwicklung von MgO-C-Steinen für UHP-Elektroöfen besteht in der Anwendung von Hochtemperaturbrand und anschließender Asphaltimprägnierung zur Herstellung sogenannter gebrannter, asphaltimprägnierter MgO-C-Steine. Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, erhöht sich der Restkohlenstoffgehalt der gebrannten MgO-C-Steine nach Asphaltimprägnierung und Rekarbonisierung im Vergleich zu nicht imprägnierten Steinen um etwa 1 %, die Porosität sinkt um 1 % und die Hochtemperatur-Biegefestigkeit sowie die Druckbeständigkeit sind deutlich verbessert, wodurch die Steine eine hohe Dauerhaftigkeit aufweisen.
Magnesium-Feuerfestmaterialien für die Seitenwände von Elektroöfen
Die Auskleidung von Elektroöfen wird in alkalische und saure Auskleidungen unterteilt. Erstere verwenden alkalische Feuerfestmaterialien (wie Magnesiumoxid und MgO-CaO-Feuerfestmaterialien) als Ofenauskleidung, während letztere Quarzziegel, Quarzsand, weißer Schlamm usw. zum Bau der Ofenauskleidung verwenden.
Hinweis: Bei der Ofenauskleidung werden für alkalische Elektroöfen alkalische Feuerfestmaterialien und für saure Elektroöfen saure Feuerfestmaterialien verwendet.
Veröffentlichungsdatum: 12. Oktober 2023
