Die allgemeinen Anforderungen an feuerfeste Materialien für Lichtbogenöfen sind:
(1) Die Feuerfestigkeit sollte hoch sein. Die Lichtbogentemperatur übersteigt 4000 °C und die Stahlherstellungstemperatur beträgt 1500 bis 1750 °C, manchmal sogar 2000 °C. Daher müssen feuerfeste Materialien eine hohe Feuerfestigkeit aufweisen.
(2) Die Erweichungstemperatur unter Last sollte hoch sein. Der Elektroofen arbeitet unter Hochtemperaturbelastungsbedingungen, und der Ofenkörper muss der Erosion durch geschmolzenen Stahl standhalten, daher muss das feuerfeste Material eine hohe Erweichungstemperatur unter Last aufweisen.
(3) Die Druckfestigkeit sollte hoch sein. Die Auskleidung des Elektroofens wird durch den Einfluss der Ladung beim Beschicken, den statischen Druck der Stahlschmelze beim Schmelzen, die Erosion des Stahlflusses beim Abstich und mechanische Vibrationen während des Betriebs beeinflusst. Daher muss das feuerfeste Material eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.
(4) Die Wärmeleitfähigkeit sollte gering sein. Um den Wärmeverlust des Elektroofens zu verringern und den Stromverbrauch zu senken, muss das feuerfeste Material eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, d. h. der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient sollte gering sein.
(5) Die thermische Stabilität sollte gut sein. Innerhalb weniger Minuten vom Abstich bis zur Beschickung sinkt die Temperatur bei der Stahlherstellung im Elektroofen stark von etwa 1600 °C auf unter 900 °C. Daher sind feuerfeste Materialien mit einer guten thermischen Stabilität erforderlich.
(6) Hohe Korrosionsbeständigkeit. Während des Stahlherstellungsprozesses wirken Schlacke, Ofengas und geschmolzener Stahl stark auf feuerfeste Materialien ein. Daher ist eine gute Korrosionsbeständigkeit der feuerfesten Materialien erforderlich.
Auswahl feuerfester Materialien für Seitenwände
MgO-C-Steine werden üblicherweise zum Bau der Seitenwände von Elektroöfen ohne Wasserkühlung verwendet. Die Hotspots und Schlackenlinien sind den härtesten Betriebsbedingungen ausgesetzt. Sie werden nicht nur durch geschmolzenen Stahl und Schlacke stark korrodiert und erodiert, sondern auch durch die Zugabe von Schrott stark mechanisch beansprucht, sondern sind auch der Wärmestrahlung des Lichtbogens ausgesetzt. Daher werden diese Teile aus MgO-C-Steinen mit hervorragender Leistung gefertigt.
Bei den Seitenwänden von Elektroöfen mit wassergekühlten Wänden erhöht sich durch den Einsatz der Wasserkühlungstechnologie die Wärmebelastung und die Einsatzbedingungen sind strenger. Daher sollten MgO-C-Steine mit guter Schlackenbeständigkeit, Thermoschockstabilität und hoher Wärmeleitfähigkeit ausgewählt werden. Ihr Kohlenstoffgehalt beträgt 10–20 %.
Feuerfeste Materialien für Seitenwände von Ultrahochleistungs-Elektroöfen
Die Seitenwände von Elektroöfen mit ultrahoher Leistung (UHP-Öfen) bestehen meist aus MgO-C-Steinen, und die Hotspots und Schlackenlinienbereiche bestehen aus MgO-C-Steinen mit hervorragender Leistung (z. B. MgO-C-Steinen mit Vollkohlenstoffmatrix). Die Lebensdauer wird deutlich verbessert.
Obwohl die Ofenwandbelastung durch verbesserte Betriebsmethoden für Elektroöfen reduziert wurde, ist es für feuerfeste Materialien immer noch schwierig, die Lebensdauer von Hotspots unter UHP-Ofenschmelzbedingungen zu verlängern. Daher wurde die Wasserkühlungstechnologie entwickelt und eingesetzt. Bei Elektroöfen mit EBT-Abstich erreicht die Wasserkühlungsfläche 70 %, wodurch der Einsatz feuerfester Materialien erheblich reduziert wird. Moderne Wasserkühlungstechnologie erfordert MgO-C-Steine mit guter Wärmeleitfähigkeit. Asphalt, harzgebundene Magnesia-Steine und MgO-C-Steine (Kohlenstoffgehalt 5–25 %) werden zum Bau der Seitenwände des Elektroofens verwendet. Bei starker Oxidation werden Antioxidantien zugesetzt.
Für die durch Redoxreaktionen am stärksten geschädigten Hotspot-Bereiche werden MgO-C-Steine mit großkristallinem Schmelzmagnesit als Rohmaterial, einem Kohlenstoffgehalt von über 20 % und einer Vollkohlenstoffmatrix zum Bau verwendet.
Die neueste Entwicklung bei MgO-C-Steinen für UHP-Elektroöfen besteht darin, durch Hochtemperaturbrennen und anschließende Imprägnierung mit Asphalt sogenannte gebrannte, asphaltimprägnierte MgO-C-Steine herzustellen. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, erhöht sich der Restkohlenstoffgehalt gebrannter MgO-C-Steine nach der Asphaltimprägnierung und Rekarbonisierung im Vergleich zu nicht imprägnierten Steinen um etwa 1 %, die Porosität verringert sich um 1 % und die Hochtemperatur-Biegefestigkeit und Druckfestigkeit sind deutlich verbessert, sodass eine hohe Haltbarkeit gewährleistet ist.
Magnesium-Feuerfestmaterialien für Seitenwände von Elektroöfen
Man unterscheidet alkalische und saure Auskleidungen für Elektroöfen. Bei ersteren werden alkalische Feuerfestmaterialien (wie Magnesia und MgO-CaO-Feuerfestmaterialien) als Ofenauskleidung verwendet, während bei letzteren Quarzsteine, Quarzsand, weißer Schlamm usw. zum Bau der Ofenauskleidung verwendet werden.
Hinweis: Als Ofenauskleidungsmaterialien werden in alkalischen Elektroöfen alkalische feuerfeste Materialien und in sauren Elektroöfen saure feuerfeste Materialien verwendet.
Veröffentlichungszeit: 12. Oktober 2023
