קו הסיגים של המצקת הוא החלק שבו פלדה מותכת באה במגע ישיר עם אוויר. כַּיוֹם,לבני פחמן מגנזיהמשמשים בעיקר לבניית קו סיגים מצקת. בשל הפרש הטמפרטורות וקיום סביבה עשירה בחמצן, קצב השחיקה של חלק זה מהיר משמעותית מזה של חלקים אחרים. בנוסף, ההתהפכות והפרשת הסיגים של פלדה מותכת במהלך הפעולה גורמים לנזק רב לקו הסיגים. לכן, קו הסיגים של המצקת הוא אחד החלקים עם תדירות התחזוקה הגבוהה ביותר.
חייו של קו הסיגים של המצקת מושפעים ומוגבלים בעיקר בשלושה היבטים: סביבה חיצונית, איכות עקשן ושיטת בנייה.
1. סביבה חיצונית
המצקת היא מכשיר לקליטת פלדה מותכת ולביצוע פעולות יציקה. הטמפרטורה של פלדה מותכת היא לרוב סביב 1500 מעלות. כאשר קו הסיגים של המצקת בא במגע עם אוויר בטמפרטורה זו, תתרחש תגובת חמצון חזקה. בנוסף, להפרש הטמפרטורה של משטח המגע בין פלדה מותכת לאוויר יש גם השפעה חזקה מאוד על קו הסיגים של המצקת. הפרש הטמפרטורות הגדול יבדוק קשות את היציבות התרמית של קו הסיגים של המצקת[20]. במהלך פעולות קבלה והשלכה תכופות, החומר העקשן יפיק מידה מסוימת של פיצוח. לכן, בסביבה החיצונית, לחמצון בטמפרטורה גבוהה יש השפעה רבה על שחיקת קו הסיגים. יחד עם זאת, השינוי העצום בטמפרטורה מציב דרישות גבוהות ליציבות התרמית של חומרים עקשן. תחת האינטראקציה של אובדן התכה וקריסה של חומרים עקשן, קו הסיגים של המצקת ניזוק בקלות, ואז מתרחשת חדירת פלדה.
סיגים זיקוק LF קל לגרום חמצון ו decarburization של לבני פחמן מגנזיה. סיגי LF הם בעלי צמיגות נמוכה יחסית בטמפרטורה גבוהה, בעל חדירות חזקה בשכבת הפירוק ובעל מסיסות גבוהה בתחמוצת מגנזיום. יחד עם זאת, קל לחדור את הסיגים לתוך גבול התבואה של פריקלאז כדי לנתק חלקיקי חול מגנזיה, כפי שמוצג באיור 2 (SA הוא סיגים באיור; TA הוא המפגש של שלושה חלקים). לכן, חיי השירות של לבני פחמן מגנזיט קו סיגים LF נמוך יחסית. Shen et al. חקר באופן שיטתי את מנגנון הנזק של לבני פחמן מגנזיום מצקת בתהליך זיקוק LF, מה שמצביע על כך שאגרגטים קטנים יותר של גרגרי MgO נשחקים בקלות על ידי סיגים בטמפרטורה גבוהה. לאחר השחיקה, הסיגים ימשיכו לחדור אל פנים אגרגט ה-MgO לאורך גבול גרגר הפריקלאז, ובסופו של דבר יגרום לביקוע אגרגט הפריקלאז.
2. איכות עקשן
Currently, magnesite carbon bricks are mainly used for ladle slag lines. Both traditional magnesia carbon bricks and low-carbon magnesite carbon bricks, which are currently widely used, mainly use flake graphite as their carbon source. Flake graphite is generally selected from -197, -196, etc., that is, the particle size is greater than 100 mesh and the purity is higher than 97% or 96% (mass fraction). The binder is a thermosetting phenolic resin. During the carbonization reaction, the self-chain segments undergo cross-linking reactions to form a network structure that can form a mechanical interlocking force between magnesia sand particles and graphite. Graphite is the main raw material for the production of magnesia carbon refractory bricks, mainly due to its excellent physical properties: ① non-wetting of slag, ② high thermal conductivity, and ③ low thermal expansion. In addition, graphite does not melt with refractory materials, and graphite has high refractoriness. It is precisely because of this characteristic that mag-c bricks are selected for slag lines with harsh operating environments [24]. For low carbon magnesia carbon bricks (mass fraction of carbon ≤8%) or ultra-low carbon magnesite carbon bricks (mass fraction of carbon ≤3%), it is difficult to form a continuous network structure due to the low carbon content, so the organizational structure design of low carbon magnesia-carbon bricks is relatively complex. On the contrary, the organizational structure design of high carbon mag-carbon bricks (mass fraction of carbon>10%) זה פשוט יחסית.
בשל הרגישות של לבני פחמן מגנזיט ללחות והשפעת בחירת הנוסחה, הביצועים של לבני פחמן מגנזיט יושפעו במידה מסוימת. לאחר שלבני פחמן מגנזיה לחות, המבנה משתחרר, ומים בורחים בטמפרטורה גבוהה כדי לייצר תעלות ריקות מרובות, אשר ישפיעו לרעה על היציבות התרמית ועמידותן בפני קורוזיה של לבנים אלו, והיכולת להתמודד עם פלדה מותכת. גם להיות נחלש מאוד. MgO-C רגיש מאוד לשחיקה תרמו-מכאנית מכיוון שלמקדם ההתפשטות התרמית של MgO יש הפיכות גבוהה. המקשר של לבני פחמן מגנזיה הוא גם גורם חשוב המשפיע על איכות לבני פחמן מגנזיה. יותר מדי או מעט מדי קלסר ישפיע על הביצועים של לבני פחמן מגנזיה. מעט מדי קלסר יגרום לאבקת לבני פחמן מגנזיה להיכרך באופן רופף ולשטוף ולהתקלף בקלות; יותר מדי קלסר יגרום להתדרדרות יציבות ההלם התרמי ועמידותו של לבני פחמן מגנזיה, ואלמנטים מזיקים רבים מדי יתווספו לפלדה המותכת.
כאשר המצקת תקבל את הפלדה המותכת מהממיר, היא תלווה בכמות גדולה של סיגים. נקודת ההיתוך הנמוכה 2CaO·SiO2 בסיג מתמוססת לתוך גבול גרגר ה-MgO ומגיבה כימית עם יסודות הזיהומים הקבועים בשכבת ה-MgO, אשר ממלאת תפקיד מרכזי בהתמוססות של חומרים חסיני מגנזיה. מנקודת המבט של סיגים מממירים, המחקר על שיפור הביצועים של לבנים עקשניות פחמן מגנזיה מתמקד בעיקר בחול מגנזיה, נוגדי חמצון ומיקרו-מבנה.
בנוסף, הוספת נוגדי חמצון ללבני פחמן מגנזיה משפיעה גם על איכותן. על מנת לשפר את עמידות החמצון של לבני מגנזיה-פחמן, לעיתים קרובות מוסיפים כמות קטנה של תוספים. התוספים הנפוצים כוללים Si, Al, Mg, Al-S, Al-Mg, Al-Mg-Ca, Si-Mg-Ca, SiC, B4C, BN ותוספי סדרת Al-BC ו-Al-SiC-C. לתפקיד התוספים יש בעיקר שני היבטים: מצד אחד, מנקודת מבט תרמודינמית, בטמפרטורת העבודה, תוספים או תוספים מגיבים עם פחמן ויוצרים חומרים אחרים. הזיקה שלהם לחמצן גדולה מזו של פחמן עם חמצן, והם מתחמצנים לפני הפחמן, ובכך מגנים על הפחמן. מצד שני, מנקודת מבט קינטית, התרכובות הנוצרות מתגובת תוספים עם O2, CO או פחמן משנות את המיקרו-מבנה של חומרים עקשניים מרוכבים מפחמן, כגון הגדלת הצפיפות, חסימת נקבוביות, והפרעת דיפוזיה של חמצן ו תוצרי תגובה [28]. כיום, אבקת אל משמשת בעיקר בלבני פחמן מגנזיה למניעת חמצון פחמן. למרות שלאל יש יכולת נוגדת חמצון חזקה, בטמפרטורה גבוהה, Al מגיב עם C ו-N2 ליצירת תרכובות פחמן וחנקן אל. ביניהם קל לחות אל קרביד בתהליך מטמפרטורה גבוהה לטמפרטורה נמוכה, וכתוצאה מכך נוצרים חללים בתוך לבני הפחמן מגנזיה, מה שגורם להתרופפות המבנה ולסדקים.
3. שיטת בנייה
לבני פחמן מגנזיום בקו סיגים של מצקת מאמצים בדרך כלל בנייה יבשה (ערימה ישירה של לבנים ללא הדבקת בוץ אש) ובנייה רטובה (באמצעות בוץ אש בשילוב עם לבנים עקשן). היתרון של בנייה יבשה הוא בכך שהיא ממזערת את ההשפעה של בוץ אש. בתנאי טמפרטורה גבוהים, בשל החומרים השונים של לבני mag-c ובוץ אש, קצב ההתפשטות התרמית שונה בשל הטמפרטורה, שקל לייצר פערים על משטח המגע. החיסרון בשיטה זו הוא שלא ניתן להבטיח שהלבנים יהיו במגע הדוק ב-100%. יחד עם זאת, כאשר לבני הפחמן מגנזיה מתרחבות עקב חום, אין מקום לחצץ בין הלבנים, מה שגורם לסחיטות ושבירת הלבנים; או בגלל התרחבות הלבנים, כל טבעת קו הסיגים מורמת כולה, וכוח האקסטרוזיה העצום גורם לעיוות של לוחית הקצה, והחומר העקשן מאבד הגנה ונשטף ומקולף, מה שמציב איום על איכות קו הסיגים.
שיטת הבנייה הרטובה דומה לשיטת הבנייה בבניינים, אך היא מחמירה יותר בדרישות. היתרון של שיטה זו הוא בכך שהיא יכולה בהחלט למנוע את הפערים שעלולים להיווצר בבנייה יבשה. יחד עם זאת, בוץ האש חלש בטמפרטורות גבוהות. כאשר לבני הפחמן מגנזיה מתרחבות עקב חום, הן יכולות לזרום להסתגל לשינויים במרווחים בין לבנים, ולפזר את כוח האקסטרוזיה בין לבנים, ובכך למנוע יצירת פערים. החיסרון בשיטה זו הוא שהשימוש בבוץ אש הופך את מבנה קו הסיגים לבלתי יציב ומגביר את קושי הבנייה. אם בוץ האש אינו אחיד, עדיין יהיו מרווחים בין הלבנים.
