MgO–ZrO2 base compounds for silicomanganese production / Compuestos base MgO–ZrO2 para producción de silicomanganeso

Cristian Gómez-Rodríguez^1,2, Linda Viviana García-Quiñonez^3,*, José Amilcar Aguilar Martínez⁴, Guadalupe Alan Castillo-Rodríguez⁴, Edén Amaral Rodríguez-Castellanos⁴, Jesús Fernando López-Perales⁴, María Isabel Mendívil-Palma⁵, Luis Felipe Verdeja² and Daniel Fernández-González^6,*

1 Facultad de Ingeniería, Universidad de Veracruz, Coatzacoalcos 96535, México; crisgomez@uv.mx
2 Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, Escuela de Minas, Energía y Materia-les, Universidad de Oviedo, 33004 Oviedo, Asturias, España; lfv@uniovi.es
3 CONACYT-Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada B.C. (CICESE), Unidad Monterrey, Apodaca 66629, México
4 Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME), Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), San Nicolás de los Garza 66450, México; josue.aguilarmrt@uanl.edu.mx (J.A.A.-M.); alan.castillo.rdz@gmail.com (G.A.C.-R.); eden.rodriguezcs@uanl.edu.mx (E.A.R.-C.); jlopezp@uanl.edu.mx (J.F.L.-P.)
5 Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV-Sede Monterrey), Alianza Norte 202, Par-que de Investigación e Innovación Tecnológica, Apodaca 66600, México; maria.mendivil@cimav.edu.mx
6 Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Universidad de Oviedo (UO), Principado de Asturias (PA), Avda. de la Vega, 4-6, 33940 San Martín del Rey Aurelio, Asturias, España
* Correspondencia: linda@cicese.mx (L.V.G.-Q.); d.fernandez@cinn.es (D.F.-G.)

https://doi.org/10.59335/ibqw8967

Summary

Deterioration of the refractory lining represents a significant problem for the proper functioning of the ferroalloy industry, particularly in the production of silicomanganese, due to the periodic replacement requirements of the damaged refractory. In this context, magnesia refractories are commonly used in the critical areas of furnaces used in silicomanganese production, since the slag involved in the process has a basic character. The behavior of ceramic compounds MgO-ZrO₂ with different nanoparticles of ZrO₂ (0, 1, 3 and 5% by weight) in the presence of silicomanganese slags is proposed in this manuscript. XPS, XRD and SEM-EDX were used to evaluate the properties of the ceramic compound against silicomanganese slag. The static corrosion test was used to evaluate the corrosion of the refractory. The results suggest that corrosion is controlled by the change in slag viscosity due to the reaction between CaZrO₃ and molten slag. In addition, ZrO₂ nanoparticles located at both the triple points and grain boundaries act as a barrier to the advancement of slag within the refractory. The use of MgO refractories with ZrO₂ nanoparticles can extend the life of furnaces used to produce silicomanganese.

Resumen

El deterioro del revestimiento refractario representa un problema significativo para el buen funcionamiento en la industria de ferroaleaciones, particularmente en la producción de silicomanganeso, debido a los requisitos periódicos de sustitución del refractario dañado. En este contexto, los refractarios de magnesia se emplean comúnmente en las zonas críticas de los hornos utilizados en la producción de silicomanganeso, ya que la escoria involucrada en el proceso tiene un carácter básico. El comportamiento de compuestos cerámicos MgO-ZrO₂ con diferentes nanopartículas de ZrO₂ (0, 1, 3 y 5 % en peso) en presencia de escorias de silicomanganeso se propone en este manuscrito. Se utilizaron XPS, XRD y SEM-EDX para evaluar las propiedades del compuesto cerámico frente a la escoria de silicomanganeso. La prueba de corrosión estática se utilizó para evaluar la corrosión del refractario. Los resultados sugieren que la corrosión está controlada por el cambio en la viscosidad de la escoria debido a la reacción entre CaZrO₃ y la escoria fundida. Además, las nanopartículas de ZrO₂ ubicadas tanto en los puntos triples como en los límites de grano actúan como una barrera para el avance de la escoria dentro del refractario. La utilización de refractarios de MgO con nanopartículas de ZrO₂ puede extender la vida útil de los hornos utilizados para producir silicomanganeso.

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