取鍋スラグラインは、溶鋼が直接空気に触れる部分です。現在、マグネシアカーボンレンガ取鍋スラグラインの建設には主にこの部品が使用されます。温度差と酸素に富む環境の存在により、この部品の侵食速度は他の部品よりも大幅に速くなります。また、運転中の溶鋼の転倒とスラグ排出はスラグラインに大きな損傷を引き起こします。そのため、取鍋スラグラインはメンテナンス頻度が最も高い部品の1つです。
取鍋スラグラインの寿命は、主に外部環境、耐火物の品質、および石積み方法の 3 つの側面によって影響を受け、制限されます。
1. 外部環境
取鍋は溶鋼を受け取って注湯操作を行う装置であり、溶鋼の温度は1500度前後であることが多い。この温度で取鍋スラグラインが空気と接触すると、強い酸化反応が発生する。また、溶鋼と空気の接触面の温度差も取鍋スラグラインに非常に強い影響を与える。温度差が大きいと、取鍋スラグラインの熱安定性が厳しくテストされる[20]。頻繁な受入れと排出操作中に、耐火物はある程度の亀裂を生じます。そのため、外部環境では、高温での酸化がスラグラインの侵食に大きな影響を与えます。同時に、温度の大きな変化は、耐火材料の熱安定性に高い要求を課します。耐火材料の溶融損失と崩壊の相互作用により、取鍋スラグラインは簡単に損傷し、その後、鋼の浸透が発生します。
LF精錬スラグは、マグネシアカーボン煉瓦の酸化と脱炭を引き起こしやすい。LFスラグは高温での粘度が比較的低く、脱炭層での浸透性が強く、酸化マグネシウムへの溶解度が高い。同時に、スラグはペリクレースの粒界に浸透しやすく、図2に示すように（図中のSAはスラグ、TAは3つの部分の交差点）、マグネシア砂粒子を解離します。そのため、LFスラグラインマグネサイトカーボン煉瓦の耐用年数は比較的短い。Shenらは、LF精錬プロセスにおける取鍋マグネシウムカーボン煉瓦の損傷メカニズムを体系的に研究し、より小さなMgO粒集合体が高温スラグによって容易に侵食されることを示しました。侵食後、スラグはペリクレースの粒界に沿って MgO 骨材の内部に浸透し続け、最終的にペリクレース骨材の劈開を引き起こします。
2. 耐火性
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％）は比較的簡単です。
マグネサイトカーボン煉瓦は湿気に弱く、配合の選択も影響するため、マグネシアカーボン煉瓦の性能はある程度影響を受けます。マグネシアカーボン煉瓦は湿気を帯びると構造が緩み、高温で水分が逃げて複数の空洞が生じ、この煉瓦の熱安定性と耐食性に悪影響を与え、溶鋼への対応力も大幅に弱まります。MgO-C は MgO の熱膨張係数の可逆性が高いため、熱機械的摩耗に非常に敏感です。マグネシアカーボン煉瓦のバインダーも、マグネシアカーボン煉瓦の品質に影響を与える重要な要素です。バインダーが多すぎても少なすぎても、マグネシアカーボン煉瓦の性能に影響を与えます。バインダーが少なすぎると、マグネシアカーボン煉瓦の粉末の結合が緩くなり、簡単に洗い流されて剥がれやすくなります。バインダーが多すぎると、マグネシアカーボン煉瓦の熱衝撃安定性と耐火性が低下し、溶鋼に有害な元素が多すぎることになります。
取鍋が転炉から溶鋼を受け取るとき、大量のスラグが伴います。スラグ中の低融点の2CaO·SiO2はMgO粒界に溶解し、MgO層中の微量不純物元素と化学反応を起こし、マグネシア耐火物の溶解に大きな役割を果たします。転炉スラグの観点から、マグネシアカーボン耐火レンガの性能向上に関する研究は、主にマグネシア砂、酸化防止剤、微細構造に焦点を当てています。
また、マグネシアカーボンれんがに酸化防止剤を添加すると、その品質にも影響します。マグネシアカーボンれんがの耐酸化性を向上させるために、少量の添加剤が添加されることがよくあります。一般的な添加剤には、Si、Al、Mg、Al-S、Al-Mg、Al-Mg-Ca、Si-Mg-Ca、SiC、B4C、BN、Al-BC、Al-SiC-Cシリーズの添加剤が含まれます。添加剤の役割は主に2つの側面があります。一方では、熱力学的観点から、作業温度で添加剤または添加剤が炭素と反応して他の物質を生成します。それらの酸素との親和性は炭素と酸素との親和性よりも大きく、炭素よりも先に酸化されるため、炭素が保護されます。一方、速度論的観点からは、添加剤とO2、CO、または炭素との反応によって生成される化合物は、密度の増加、細孔の閉塞、酸素および反応生成物の拡散の阻害など、炭素複合耐火材料の微細構造を変化させます[28]。現在、マグネシア炭素煉瓦では炭素の酸化を防ぐために主にAl粉末が使用されています。Alは強力な抗酸化能力を持っていますが、高温ではCやN2と反応してAl炭素窒素化合物を形成します。その中でも、Al炭化物は高温から低温への過程で水和しやすく、マグネシア炭素煉瓦内部に空隙を形成し、構造の緩みや亀裂を引き起こします。
3. 石積み工法
取鍋スラグラインのマグネシウム炭素煉瓦は、一般的に乾式積み（耐火泥を接着せずに煉瓦を直接積み重ねる）と湿式積み（耐火泥を耐火レンガと組み合わせて使用）を採用しています。乾式積みの利点は、耐火泥の影響を最小限に抑えることです。高温条件下では、マグネシウム炭素煉瓦と耐火泥の材質が異なるため、温度による熱膨張率が異なり、接触面に隙間ができやすくなります。この方法の欠点は、煉瓦が100％密着していることを保証できないことです。同時に、マグネシア炭素煉瓦が熱で膨張すると、煉瓦の間に緩衝の余地がなくなり、煉瓦が圧迫されて破損します。あるいは、レンガの膨張により、スラグラインのリング全体が全体的に持ち上がり、巨大な押し出し力によりエッジプレートが変形し、耐火材が保護を失って洗い流され、剥がれ落ちるため、スラグラインの品質に大きな脅威を与えます。
湿式石積み法は建築物の石積み法と似ていますが、要求がより厳しいです。この方法の利点は、乾式石積みで発生する可能性のある隙間をうまく回避できることです。同時に、耐火泥は高温に弱いです。マグネシアカーボンレンガが熱により膨張すると、レンガ間の隙間の変化に適応するように流れ、レンガ間の押し出し力を分散させ、隙間の発生を回避します。この方法の欠点は、耐火泥を使用するとスラグラインの構造が不安定になり、石積みの難易度が上がることです。耐火泥が不均一であれば、レンガ間に隙間が残ります。
