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LF耐火材料

发布时间:2017/10/27 16:06:41 点击率:

LF使用初期,由于渣线部位侵蚀严重,钢包使用寿命低,操作成本中耐火材料占了60.2%,钢厂渣线部位采用MgO—C砖后,提高了钢包寿命。
钢包包衬损毁主要有以下几方面原因:
(1)熔蚀作用。高温下,钢液与熔渣向包衬中扩散,发生熔蚀作用。当熔渣与砖面接触时,渣中的CaO、SiO2及CaF2与耐火砖发生化学反应,砖面形成熔渣渗透层,而基质被硅酸盐充填。
(2)熔渣的侵蚀。高温下,炉渣中液相的CaO与SiO2沿着砖基质部分贯通气孔、裂隙迁移,至凝固点时,形成了以硅酸盐为主的低熔点矿相,改变了耐火砖的组织结构,产生了变质层,当温度急变时,形成结构剥落。
(3)热冲击和机械冲刷。长时间的吹氩搅拌以及三相电极加热时电极至包壁距离小,使包壁遭受强烈的机械冲刷和热冲击,造成包衬的损坏。
下面就炉盖、LF渣线、包壁、包底及透气砖材质加以讨论。
1 炉盖用浇注料
LF炉盖一般用浇注料打结而成,LF炉盖的浇注料应满足以下条件:
(1)具有良好的高温性能,这是因为LF精炼操作过程高温及炉渣喷溅会引起炉盖耐火材料的侵蚀;
(2)具有良好的抗热震性和耐剥落性,这是因为LF精炼是在间歇操作及不断的温度变化过程条件下完成的。
(3)一般选用电熔刚玉和特级矾土为主要原料,纯铝酸钙水泥(4%~8%)作结合剂,加入8%~12%的二氧化硅和氧化铝超微粉及少量添加物和高效减水剂。
2 渣线部位用耐火材料
LF精炼渣属于CaO—SiO2—Al2O3渣系,CaO/SiO2值大(即碱度较高),渣中含有Al2O3,且渣线部位受电弧加热时的弧光辐射,所以渣线部位要选用耐侵蚀和抗热震的碱性或者复合耐火材料,主要有MgO—Cr2O3砖、MgO—CaO砖、MgO—CaO—C砖及MgO—C砖。目前一般用MgO—C砖,其毁损的原因为:
(1)氧化引起碳的消失;
(2)熔渣侵入脱碳层;
(3)熔渣成分与MgO—C砖中的MgO进行反应生成低熔点物质,造成反应层的蚀损;
(4)防氧化金属添加物的氧化或膨胀,造成组织劣化以及间歇操作(热循环)条件而导致结构疏松;
(5)高温下MgO—C砖强度不足而引起的破裂与脱落。
由于渣线的侵蚀,造成渣线砖部位寿命低于包衬砖寿命。为提高渣线部位砖寿命,采用钢包渣线喷补技术,即选用电熔镁和镁白云石砂为喷补主原料,以复合盐、水泥和超细粉作结合剂,配以促凝剂、增塑剂、烧结剂等。
3 包壁用耐火材料
包壁一般采用高铝砖,传统的高铝砖虽然耐蚀性好,但炉渣渗透严重,引起结构剥落,耐用性不稳定,加之炉渣渗透部位收缩产生裂纹,导致损坏。新日铁八幡钢铁厂包壁用加SiC的MgO—2MgO·SiO2—C砖代替高铝砖,这种砖在LF精炼操作中的蚀损状况是表面非常光滑,砖缝几乎不受氧化熔损。
与高铝砖相比,采用MgO—2MgO·SiO2—C砖包衬的蚀损速度平均降低30%。
国内研究单位及钢厂联合开发的无碳MgO—CaO(不烧)砖用于包壁,平均蚀损速率为3.17 mm/炉,同时对生产洁净钢极为有利。
包壁全部采用MgO—C砖,寿命比用其他砖大幅度提高。Al2O3—MgO—C砖及Al2O3—C砖用于包壁也取得了较好的效果。
目前钢包壁耐火材料从定形制品向不定形发展,从材质上看有镁碳、铝镁碳、铝一尖晶石浇注料,镁钙系材料也是发展方向。钢90 t钢包非渣线部位高约2 m全部用高纯铝镁浇注料,包龄达90~98次,浇注料在使用过程中没有出现结构剥落和粘钢现象。工作衬使用无碳刚玉尖晶石质预制块替代Al2O3—MgO—C砖,使钢包寿命由原平均65次提高到平均121次。
4 包底用耐火材料
包底,特别是迎钢面受钢液冲击部位的耐火材料,由于反复热循环产生裂纹、炉渣渗透,造成结构的剥落以及钢液侵入冲击砖与包底砖之间接缝处,造成包底的损坏。
底部一般用锆英石砖或高铝砖砌筑或用含CaO 16%的高钙镁质干式捣打料。
5 包底透气砖
5.1 包底透气砖的发展
20世纪50年代初期,已开始在生产上采用通过多孔介质的氩气搅拌钢液,但直到年代中期,出现了较好的透气净化材料,这种方法才得以推广。透气砖的发展,主要经历了三代。前列代多孔砖的特征在于它是由非直通气孔、环缝及座砖、变化水口组成的组合体。采用这种技术并使用高铝、镁质耐火材料,透气砖的寿命仅有20—25炉次,即在一般条件下透气300~400min。这类透气砖采用环缝和座砖组合引导气体而不是固定通道,会出现大气泡的相互融合现象,融合的气泡不可能均匀透过熔池,起不到均匀钢液成分和温度的作用,特别在钢液与渣层间的过渡区,大气泡有可能产生卷渣,降低钢液的洁净度。另外,融合气泡脱离透气砖表面时速度明显降低,形成所谓的“反冲击作用”,冲蚀透气塞和周围区域水口和座砖),从而产生额外的损毁。严重的冲蚀会使透气陶瓷出现凹面的蚀损,残留的钢液和渣在炉次间隙会固化,导致透气性能不良,因而取代这种透气砖已经十分要。
在前列代透气砖之后出现了直通孔的第二代透气砖,它使惰性气流通过定径通道进入熔池。微气泡能够喷射进入钢液中,同时保持一定的通道问距,可避免大气泡形成。但在工作条件下,外来颗粒会反复堵塞通道,同时陶瓷砖与砌面之间的气体间断会降低通道内的压力,导致钢液回吸进入通道中,造成透气效果恶化,终彻底堵塞。
为了延长钢包寿命,开发了第三代透气砖,采用的是整体触变振动技术。采用这种技术并省去底砖的组合透气塞,使得环绕透气塞的整体底部寿命延长,这样就再也不会出现由于冲蚀而在周围区域产生过早损毁。第三代透气砖的开发是对整体钢包里衬进行理论研究和实验的结果。由于第三代透气砖通道的几何形状变成矩形狭缝,从而获得理想的透气可靠性,并且有可能在炉次间对透气砖的表面采取维护措施。
5.2 钢包透气砖的种类和性质
透气砖的种类主要有弥散型透气砖、定向气孔透气砖、狭缝型透气砖、迷宫型透气砖等。
A 弥散型透气砖
弥散型透气砖由于弥散型透气砖有很多无规律分布的气孔结构,因此其特点是在低气压下能产生相当好的单气泡群。当受大压力气体作用时,在靠近表面处会形成许多大气泡,由于强烈的反向冲击,热蚀加重,蚀损加快。弥散型透气砖会因孔隙发生渗透,形成致密部位,在钢包间歇状态(维修期间)或重新开始吹气时,透气砖表面容易不断地受到周期性的热侵损(由于气流通过和反冲击)、渗透作用(由于钢液)、固化作用而发生剥落。拆下经过使用的弥散型透气砖,一般均有厚为20~30mm的钢渣渗透层。在吹气处理过程中,钢渣渗透区会因喷吹压力产生剥落,从而大大加速砖的蚀损。巴登钢厂在可比较的条件下,使用了具有不定向气孔的高铝和镁质透气砖及带定向气孔的透气砖。不定向气孔的透气砖寿命为10炉次,而定向气孔的透气砖寿命为20炉,且砖残余厚度比前者厚得多。
B 定向气孔透气砖
在致密耐火砖中设置小直径的通道,称为“定向气孔”。在定向气孔透气砖中气体通过一定数量的定径孔道吹进钢液。同弥散型透气砖相比,定向气孔透气砖在耐火材料部位不漏气。它的显著特点是可以用与炉衬砖相同密度的耐火材料制造,甚至可用更致密的材料制造,这就增大了透气砖的高温抗压强度,具有较大的抗侵蚀性和抗金属渗透性,延长了透气砖的使用寿命。定向气孔的气流量可以通过毛细孔的数量和大小来控制。定向气孔透气砖能产生大量直径小的气泡群,改善冶炼反应条件,寿命是弥散型透气砖的两倍或三倍。体积密度大于衬砖,有利于提高耐压强度。同时材料的选择比生产弥散型透气砖更严格,加入锆化合物来减小透气砖的润湿性。
C 狭缝型透气砖
狭缝型透气砖是在致密砖内留有细缝,例如在致密陶瓷锥体和周围套衬之间,或者将砖分成多个组件,再在这些组件间夹入铁皮,以提高缝隙大小和数量。气体通过铁皮和陶瓷片之间的不规则缝隙吹入钢液,狭缝型透气砖同弥散型透气砖一样向钢液吹入的气泡体积较大。在狭缝型透气砖材料中,随着透气砖的逐渐蚀损,吹气处理结束后,钢液有浸入缝隙中的危险。
D迷宫型透气砖
迷宫型透气砖综合了所谓多孔砖的操作安全性和致密耐火材料砖寿命长的优点。迷宫型透气砖的毛细孔网由大量相互连接而位置交叉的主毛细管组成,任何毛细管被渗入钢液阻塞时,气体很容易绕过,极大地降低了气体在砖内的损失。此外,由于没有直通的缝隙、缝及开孔,崩落危险也大大减小。迷宫型透气砖上部安全区域毛细孔网呈环形,其下部关键部位成方形。迷宫型透气砖与多孔砖相比,寿命提高了77%~100%。
5.3 钢包透气砖的损毁
透气砖损毁主要有三个原因:
(1)钢液渗透到缝隙中阻碍气体的吹入,在用氧枪清理砖表面时,氧与钢和渣接触而发生反应,使耐火砖表面剥落,造成透气砖破坏;
(2)气体吹入钢液的过程中,吹出的气泡反扑到砖的表面,严重冲刷砖体表面;
(3)透气砖与钢液接触的瞬间,承受钢液的热冲击造成剥落;
(4)透气砖与钢液接触的表面温度为钢液的温度,而另一表面为室温,造成砖体较大的温度梯度;另外钢包的使用为间歇操作,频繁的冷热作用,使砖体表面结构破坏,在钢液及气流的冲刷下产生剥落。
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