I requisiti generali per i materiali refrattari per i forni ad arco elettrico sono:
(1) La refrattarietà deve essere elevata. La temperatura dell'arco supera i 4000 °C e la temperatura di produzione dell'acciaio è di 1500~1750 °C, a volte anche di 2000 °C, quindi i materiali refrattari devono avere un'elevata refrattarietà.
(2) La temperatura di rammollimento sotto carico deve essere elevata. Il forno elettrico funziona in condizioni di carico ad alta temperatura e il corpo del forno deve resistere all'erosione dell'acciaio fuso, quindi il materiale refrattario deve avere un'elevata temperatura di rammollimento sotto carico.
(3) La resistenza alla compressione deve essere elevata. Il rivestimento del forno elettrico è soggetto all'impatto della carica durante il caricamento, alla pressione statica dell'acciaio fuso durante la fusione, all'erosione del flusso di acciaio durante la colata e alle vibrazioni meccaniche durante il funzionamento. Pertanto, il materiale refrattario deve avere un'elevata resistenza alla compressione.
(4) La conduttività termica dovrebbe essere bassa. Per ridurre la perdita di calore del forno elettrico e ridurre il consumo di energia, è necessario che il materiale refrattario abbia una bassa conduttività termica, ovvero che il coefficiente di conduttività termica sia basso.
(5) La stabilità termica deve essere buona. Entro pochi minuti dal prelievo al caricamento nel forno elettrico per la produzione dell'acciaio, la temperatura scende bruscamente da circa 1600 °C a meno di 900 °C, quindi i materiali refrattari devono avere una buona stabilità termica.
(6) Elevata resistenza alla corrosione. Durante il processo di produzione dell'acciaio, le scorie, i gas di forno e l'acciaio fuso hanno tutti un forte effetto di erosione chimica sui materiali refrattari, quindi è necessario che i materiali refrattari abbiano una buona resistenza alla corrosione.
Selezione dei materiali refrattari per le pareti laterali
I mattoni in MgO-C sono generalmente utilizzati per la costruzione delle pareti laterali dei forni elettrici senza pareti di raffreddamento ad acqua. Le zone più calde e le linee di scoria sono soggette alle condizioni di esercizio più severe. Non solo subiscono una forte corrosione ed erosione da parte dell'acciaio fuso e delle scorie, nonché forti sollecitazioni meccaniche dovute all'aggiunta di rottami, ma sono anche esposte alla radiazione termica dell'arco. Pertanto, queste parti vengono realizzate con mattoni in MgO-C dalle prestazioni eccellenti.
Per le pareti laterali dei forni elettrici con pareti raffreddate ad acqua, a causa dell'utilizzo di questa tecnologia, il carico termico aumenta e le condizioni di utilizzo diventano più severe. Pertanto, è necessario selezionare mattoni in MgO-C con buona resistenza alle scorie, stabilità agli shock termici ed elevata conducibilità termica. Il loro contenuto di carbonio è compreso tra il 10% e il 20%.
Materiali refrattari per le pareti laterali di forni elettrici ad altissima potenza
Le pareti laterali dei forni elettrici ad altissima potenza (forni UHP) sono perlopiù realizzate con mattoni in MgO-C, mentre le zone più calde e le aree di contatto con le scorie sono costruite con mattoni in MgO-C dalle prestazioni eccellenti (come i mattoni in MgO-C a matrice di carbonio completa), migliorandone significativamente la durata.
Sebbene il carico sulle pareti del forno sia stato ridotto grazie ai miglioramenti nei metodi di funzionamento dei forni elettrici, è ancora difficile per i materiali refrattari prolungare la durata utile dei punti caldi quando si opera in condizioni di fusione in forni UHP. Pertanto, è stata sviluppata e applicata la tecnologia di raffreddamento ad acqua. Nei forni elettrici che utilizzano il sistema di prelievo EBT, la superficie di raffreddamento ad acqua raggiunge il 70%, riducendo così notevolmente l'uso di materiali refrattari. La moderna tecnologia di raffreddamento ad acqua richiede mattoni in MgO-C con buona conducibilità termica. Per la costruzione delle pareti laterali del forno elettrico vengono utilizzati mattoni di magnesia legati con resina e mattoni in MgO-C (contenuto di carbonio 5%-25%). In condizioni di ossidazione severe, vengono aggiunti antiossidanti.
Per le aree critiche maggiormente danneggiate dalle reazioni redox, si utilizzano mattoni in MgO-C con magnesite fusa a cristalli grandi come materia prima, contenuto di carbonio superiore al 20% e matrice interamente in carbonio.
L'ultimo sviluppo dei mattoni MgO-C per forni elettrici UHP consiste nell'utilizzo di una cottura ad alta temperatura seguita da impregnazione con asfalto per produrre i cosiddetti mattoni MgO-C cotti e impregnati con asfalto. Come si può osservare dalla Tabella 2, rispetto ai mattoni non impregnati, il contenuto di carbonio residuo dei mattoni MgO-C cotti dopo impregnazione con asfalto e ricarbonizzazione aumenta di circa l'1%, la porosità diminuisce dell'1% e la resistenza alla flessione ad alta temperatura e alla pressione risultano significativamente migliorate, garantendo così un'elevata durabilità.
Materiali refrattari al magnesio per le pareti laterali dei forni elettrici
I rivestimenti dei forni elettrici si dividono in alcalini e acidi. I primi utilizzano materiali refrattari alcalini (come la magnesia e i materiali refrattari MgO-CaO) come rivestimento del forno, mentre i secondi utilizzano mattoni di silice, sabbia di quarzo, fango bianco, ecc. per realizzare il rivestimento del forno.
Nota: Per quanto riguarda i materiali di rivestimento dei forni, i forni elettrici alcalini utilizzano materiali refrattari alcalini, mentre i forni elettrici acidi utilizzano materiali refrattari acidi.
Data di pubblicazione: 12 ottobre 2023
