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炼钢转炉用耐火材料与使用特性
作者:admin  发布时间:2019-08-22 02:31:06  点击率:630
炼钢转炉用耐火材料的消耗是很大的,并且直接影响炼钢炉的寿命和冶炼成本。因此,在选择耐火材料时,除应满足冶炼工艺要求外,还要根据资源状况,合理利用,并不断提高原料煅烧和制砖技术,以期采用最佳的耐火材料,达到炉子长寿和低耗的目的。
 
目前氧气转炉炉衬使用的耐火材料主要是含碳的碱性耐火材料,如焦油白云石砖、焦油镁白云石砖、焦油镁砖、镁碳砖和各种?渍砖等。另外,还有喷补用的耐火喷涂料。
 
从采用氧化转炉炼钢以来,各国普遍用镁质和白云石质耐火材料作炉衬,或二者混合后制砖使用。总的趋势是朝着提高原料纯度,适当增加氧化镁含量,提高耐火材料制品密度和增加残余含碳量的方向发展,炉衬耐火砖的质量逐步提高,品种也不断增加。
 
日本在氧气转炉炼钢初期,采用的是天然白云石砂和稳定白云石砂制成的炉衬耐火砖。天然白云石砖价格低廉,目前仍在转炉上使用。而稳定白云石砖虽然机械性能好,可防止水化,但杂质含量多,抗渣性差,早已被淘汰。在20世纪60年代初期,日本研制成功了合成镁白云石砂。用这种原料制成的焦油结合和烧成的镁白云石砖,原料较纯,烧结良好,砖的质量大大提高,现在仍是日本氧气转炉主要采用的耐火材料,应用十分普遍。此外,日本还在氧化转炉的特殊部位上使用镁砂、电熔镁砂为原料制成的直接结合砖及?渍砖;合成镁白云石砂中添加电熔镁砂制成的耐火砖;以及采用死烧高纯镁砂和天然鳞片状石墨为原料,用合成树脂作结合剂制造的镁碳砖等,也取得了良好的效果。是炉衬寿命有了很大提高。
 
美国顶吹氧气转炉开始阶段使用过镁砖、镁铬砖和白云石砖等。后来基本上不用镁铬砖,主要采用镁砖。用杂质量小于1%的轻烧沥青结合或沥青?渍的烧成砖。最近美国又采用沥青?渍方镁石转和镁碳砖作炉衬,炉子寿命有较明显的提高。俄罗斯氧气转炉主要采用焦油白云石砖,个别厂使用镁砖。同时也试验过镁铬砖。但因尖晶石相不能经受高碱度熔渣的侵蚀,目前仅限于易崩裂的炉帽部位使用。
 
西欧各国白云石资源十分丰富,价格便宜,因此在氧气转炉上普遍采用白云石炉衬砖。但其寿命不及镁质砖。为此各国一般将白云石杂质含量限制在3%以下,并添加镁砂以提高抗渣性。近来,镁砖或镁白云石砖的使用范围正在不断扩大。德国更多地使用?渍碱性砖;而英国氧气转炉用耐火材料,镁砖占20%,白云石砖占80%;法国氧气转炉炉衬则采用焦油白云石砖、镁白云石砖和焦油镁砖砌筑。
 
目前许多国家氧气转炉用耐火材料的特点是杂质含量较低,以便促进MgO与CaO颗粒之间的直接结合,提高高温性能。若将杂质总含量从8%降低到2%以下时,炉衬寿命能提高20%~40%。因此有些国家氧气转炉用砖的杂质总含量限制在1.5%以下。
 
随着砖中MgO含量的增加,在超高温冶炼操作时,炉衬寿命是逐渐提高的。在高温冶炼或正常操作时,炉衬寿命有个最佳值。对于没白云石来说,随着MgO含量的增加,高温强度几乎成直线上升,抗渣性也逐渐提高。当MgO含量为60%~80%时,炉衬寿命最高。在转炉冶炼的条件下,耐火砖中有CaO的存在,不但可以提高熔渣的粘度,减少对耐火砖的侵蚀,也可以使侵入脱碳层的硅酸盐转化为高熔点的物质,使炉衬不致熔融剥落。同时,CaO还能抑制或减少FeO对方镁石组织结构的破坏,也能抑制MgO随着脱碳作用而挥发。随着熔渣中MgO含量的增加,侵蚀率降低。也就是说,若致密MgO层的形成与保存得好,就能提供抗化学侵蚀的能力,使炉衬损毁程度降低。为此,在氧气专利炼钢过程中,经常采用轻烧白云石造渣,以提高熔渣中MgO的含量,保护炉衬。
 
随着转炉炉衬砖体积密度的提高,钢液和熔渣的侵蚀能力会显著降低。提高转炉炉衬耐火砖的体积密度,应采用高纯原料,经过高温煅烧而制成烧结料。当原料达不到要求的密度时,根据晶格活化理论,可采用二步煅烧的方法,制取高密度的原料,从而提高转炉耐火砖的体积密度及其他特性。
 
在制造转炉炉衬耐火砖时,一般用结合剂或?渍的方法加入碳,或者另加适量的鳞片状石墨等,常用的结合剂有煤焦油沥青、石油沥青、石蜡和树脂等。这些物质在常温时,不但能使砖坯产生暂时的结合强度,也可防止白云石质原料颗粒的粉化;在高温时可使耐火原料颗粒间形成碳键结合,提高砖的高温性能,同时碳不易被熔渣湿润,可降低炉衬的蚀损速度。对于白云石砖,有了碳素物质,渣中的Fe2O3不与CaO发生反应,而是被还原成FeO,并被吸收再镁富氏体的固溶体中,对于沥青?渍碱性耐火砖,其碳素均匀分布在耐火砖基质的全部细小气孔中,体积密度和碳含量具有提高,这样高温强度不但得到改善,而且抗渣性能也有较大的提高。随着残余碳的增多,熔渣难以湿润砖衬,同时又能形成较好的致密MgO层,可阻止熔渣的侵蚀。
 
镁白云石砖具有适宜的MgO和CaO成分,其损毁情况介于白云石砖和镁砖之间。当脱碳层比较厚时,熔渣侵入后会使变质层增大,容易引起结构剥落,当熔渣侵入耐火砖中时,镁白云石颗粒周围的CaO与其反应,使熔渣粘度提高,又能抑制熔渣的继续侵入。这时,炉衬耐火砖的损毁则以溶蚀为主,而较少发生剥落。
 
镁碳砖炉衬的损毁主要是氧化-溶蚀造成的。除气态和液态的氧化外,就是MgO与碳进行反应,最终形成致密的MgO层。由于耐火砖中含有较多的鳞片状石墨,在氧气转炉炼钢的条件下,最易形成致密层。同时,镁碳砖炉衬表面有熔渣覆盖着,又在还原气氛下,氧化损毁时及其缓慢的,主要是溶蚀而造成炉衬的损毁。
 
氧气转炉炼钢生产初期,炉衬各部位通常采用相同的耐火砖品种,其厚度也基本相同。后来,根据各国的生产实践,发现由于各部位使用条件的差异,其炉衬损毁程度也是不同的,在耳铀区、渣线区、装料侧和出钢侧等部位的炉衬最容易损毁,底吹氧气转炉炉底衬体也是薄弱环节。因此,目前氧气转炉普遍采用综合炉衬,即根据转炉各部位炉衬的使用条件,选择最适宜的转炉耐火砖砌筑,以使各部位均衡蚀损,达到延长炉衬寿命,增加钢产量,降低成本的目的。
 
氧气转炉采用综合炉衬技术,是根据炉衬各部位损毁机理的不同而制定的。从耐火砖材质和尺寸两个方面采取有效的措施进行选择砌筑。有些国家,单纯在最易损毁的部位增加炉衬厚度以提高炉龄,虽有一定的效果,但转炉的重量增加,炉容相对减少,这是很不经济的;有些国家,整个转炉炉衬均采用优质碱性耐火砖,也是不合理的。
 
转炉装料侧受废钢或铁水的机械冲击严重,当炉子直立时,该部位又与渣线重合,侵蚀最为严重。因此,应选用优质碱性耐火砖砌筑,并适当加厚衬里。日本在该部位采用THD-SD耐火砖或高纯度镁白云石砖。美国则采用沥青?渍烧成高纯方镁石转,而加拿大则使用沥青?渍烧成镁砖。
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