钢包用镁质耐火材料的性能

1钢包镁铝碳砖抗侵蚀性

　　

钢水在精炼钢包内温度提高，停留时间延长，添加渣系材料复杂，包衬的工作条件极为苛刻。80年代末已开始采用铝镁碳砖替代高铝砖及铝镁不烧砖，由于衬砖中引入含碳材料，抗侵蚀性和耐剥落性明显改善。以刚玉为主原料的铝镁碳砖，在100吨以上的大型钢包上使用，不经修补寿命达到100次以上，铝镁碳砖解决了钢厂对包衬使用寿命的要求，但随之又出现了成本高的问题。降低铝镁碳砖选用原料的档次又带来了使寿命下降的问题，包衬各部位侵蚀不均匀，特别是渣线下部和冲击面蚀损严重。为了解决这个问题研究人员用镁砂代替刚玉作为主原料，同时保留一定含量的氧化铝材料，利用石墨解决镁质材料热震稳定性不好的缺陷研制出镁铝碳砖，目前该砖在国内外钢包上已占有相当大的比例。

　　

1)镁砂对抗侵蚀性的影响。镁铝碳砖生产中镁砂原料主要有电熔镁砂和高纯镁砂两种。在炉外精炼钢包上使用的镁铝碳砖由于条件苛刻，特别是LF精炼钢包处理时温度高，渣成分变化大，要求使用纯度高的镁砂。97.5电熔镁砂原料生产的镁铝碳砖用后，表面挂渣一致，蚀损均匀。以高纯镁砂原料生产的镁铝碳砖表面侵蚀不均匀，坑洼不平，挂渣层薄厚不一，而且用后残砖厚度比前者薄。这两种镁铝碳砖的性能指标理对比见表1。

 

　　

2)氧化铝材料对抗侵蚀性的影响。氧化铝一般以细粉加入，在基质中方镁石的MgO和刚玉的AI2O3在使用过程中形成尖晶石，尖晶石的反应温度从900℃开始，1200～1500℃时反应强烈，形成尖晶石的数量增加。氧化铝材料可以选用电熔刚玉、烧结刚玉、亚白刚玉、棕刚玉和矾土熟料等，有人还加入氧化铝微粉。氧化铝材料纯度不同，对烧结层厚度有影响。当镁铝碳砖AI2O3含量10%和C含量10%，分别采用板状刚玉粉和棕刚玉粉时，在LF精炼钢包使用看出，不同氧化铝材料生产的镁铝碳砖烧结反应层厚度和蚀损速率都有明显的差别。反应烧结层的厚度随原料纯度的提高而减薄。

　　

3)钢包镁尖晶石碳砖的抗侵蚀性。镁尖晶石碳砖是在镁铝碳砖的基础上，加入一部分预合成镁尖晶石替代氧化铝材料。镁尖晶石对碱性渣的抵抗能力优于AI2O3，特别对FeO或Fe2O3含量高的炉渣有较强的抗侵蚀性。它与FeO反应生成含铁尖晶石，反应式为：

　　

FeO+MgO·AI2O3→MgO+FeAl2O4

　　

过量的FeO与MgO形成固溶体，直到液相出现之前可吸收相当数量的FeO，从AI2O3-SiO2-MgO系三元相图可以看出，如果基质组成点选择在AI2O3-MgO-M2S相区内，开始出现液相的温度1741℃，由于还有其它杂质的存在，实际上出现液相的温度低于1741℃。

　　

2钢包渣线镁碳砖抗侵蚀性

　　

影响精炼钢包寿命的因素较多，如炉外精炼方式、操作、熔渣碱度等。以LF炉外精炼为例：LF炉精炼渣为CaO-SiO2-Al2O3三元炉渣，处理时CaO/SiO2比为5左右，且含有大量的Al2O3。渣线镁碳砖的损毁主要有：氧化脱碳，造成结构疏松，熔渣侵入脱碳层生成低熔物反应层，蚀损剥落。LF渣线镁碳砖使用寿命一般波动在25～45次之间。要提高渣线镁碳砖的使用寿命，除提高抗氧化性、致密度外，镁砂原料纯度对渣线镁碳砖抗侵蚀性有着至关重要的影响。

　　

渣线镁碳砖用电熔镁砂主要有三种：大结晶电熔镁砂、低硅电熔镁砂、普通电熔镁砂。大结晶电熔镁砂具有纯度高，硅酸盐杂质含量低，方镁石的直接结合程度高的特点，其优良的结晶形状，稳定的晶格常数，使其具有良好的抗侵蚀性。低硅电熔镁砂SiO2含量低，比普通电熔镁砂在晶界处低熔点相含量少，抗侵蚀性好，但没有像大结晶电熔镁砂发育好的结晶形状，因此用这三种电熔镁砂生产的镁碳砖对使用性能的影响很明显，大结晶电熔镁砂优于低硅电熔镁砂，低硅电熔镁砂优于普通电熔镁砂。生产时选用哪一种原料要根据寿命要求和价格来决定。国内一耐火厂家采用三种电熔镁砂生产渣线镁碳砖在LF精炼钢包上使用结果对比情况见表2镁碳砖的C含量为14%。

　　

 

3精炼钢包衬的技术发展

　　

精炼操作按钢包的功能可分为：钢包处理型，特点是精炼时间短，仅有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态的作用;钢包精炼型，具有补偿钢水温度、脱气、脱硫、成分控制等多种精炼功能。精炼钢包由于钢水温度提高，在钢包内停留时间延长，精炼过程的搅拌和熔渣的侵蚀作用，包衬要经受钢水-熔渣-气流的剧烈冲刷，电流辐射热和激烈的热震作用，因此钢包衬耐火材料的使用性能对延长包衬使用寿命、高合金钢和特殊钢降低成本至关重要。

　　

我国炉外精炼技术有LF、VOD、RH、DH、CAS-OB等，炉外精炼技术的发展对钢包衬的技术要求：(1)耐侵蚀性好，减少熔入钢中的夹杂。(2)体积稳定性好，使用中不开裂不钻钢鼓胀。(3)热震稳定性好不产生剥落现象。(4)包衬表面挂渣均匀，保护内表面工作衬减少氧化，又不影响钢包容积。

　　

LF、VOD、RH、CAS-OB精炼处理方法钢包衬用耐火材料的开发过程如下表3。国内钢厂根据各自对冶炼钢种、使用寿命和施工条件的需要，从中选择不同纯度的烧成砖、不烧砖、含碳砖或无碳砖。精炼钢包用含碳衬砖和无碳衬砖各自都占有一定的市场份额，虽然对冶炼低碳钢、超低碳钢等特殊钢种要求精炼钢包衬无碳化，但在冶炼其它钢种时，采用含碳钢包衬砖其耐剥落性优于无碳衬砖，使用寿命能够满足要求，而且价格低于无碳衬砖，目前国内外还有比较大的市场。以大容量LF精炼钢包为例，精炼钢包衬用镁铝碳砖和镁尖晶石碳砖的基础配比见表4。

　　

精炼钢包衬的选择有多种方案，它一般是依据钢厂对砖的含碳量、使用寿命和价格要求来确定，表5为某厂供钢厂镁铝碳砖和镁尖晶石碳砖理化指标。

 

 

5)应用精炼钢包衬的使用寿命取决于精炼工艺、生产钢种、渣的碱度及渣系材料成份等，精炼条件的苛刻程度决定了包衬的侵蚀速率。某钢厂精炼钢包用衬砖使用寿命情况见表6。

 

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】