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    煉鋼氧氣轉爐爐襯材質和性能

    作者:超級管理員 發布時間:2022-08-16 11:21:55 點擊量: 17

    煉鋼氧氣轉爐爐襯材質和性能,氧氣轉爐爐襯磚主要是采用MgO-CaO系原料添加結合劑制成的,其原料有白云石、鎂質白云石、白云石質鎂石、鎂砂和方鎂石等。這些原料均位于MgO-CaO相圖之內,見下圖所示。從圖中可以看出,各種原料的人致組成,并且只有一個溫度很高的共熔點2370℃,不形成化合物。另外,氧化物的溶解度也很小,在1620℃時,Mg0CaO中的溶解度為2.5%,反之僅為0.9%。因此,這幾種原料制成的爐襯磚能夠抵抗堿性熔渣的侵蝕。特別是在氧氣轉爐中的還原氣氛下,對鐵氧化物的耐蝕損性更顯著。

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    煉鋼用耐火材料的消耗是很大的,直接影響鋼的成本。因此,各國選擇轉爐爐襯材質時,除滿足冶煉工藝的要求外,主要根據本國資源,合理利用,并不斷提高原料煅燒和制磚的技術,以達到爐子長壽和低耗的目的。

    西歐各國白云石資源十分豐富,價格低廉,在氧氣轉爐上普遍采用白云石爐襯磚,其壽命不及鎂質磚,為此,白云石雜質含量限制在3%以下,并添加鎂砂以提高抗渣性。近年來,鎂磚或鎂白云石磚的使用范圍正在擴大;美國氧氣轉爐爐襯磚主要采用鎂磚,因為鎂磚僅比白云石磚貴20~30%,而在歐洲則要200~300%;日本資源貧乏,因此主要采用Mg0含量約為70~85%、CaO含量為15~30%的合成鎂白云石磚作氧氣轉爐爐襯,使用效果良好。

    蘇聯氧氣轉爐豐要采用焦油白云石磚砌筑,個別使用鎂磚。同時也試驗過鎂鉻磚,但因尖晶石相不能經受高堿度熔渣的侵蝕,目前僅限于易崩裂的爐帽部位使用。

    在自然界里,石灰石資源豐富,也是一種堿性耐火原料。石灰石經高溫煅燒后,可以制成石灰磚。該磚熔融溫度高、雜質含量低、高溫下體積穩定性好。但是,在多晶燒結狀態后,常溫下易水化,不便大量生產和貯運。波蘭和保加利亞兩個國家沒有實用的鎂質和白云石質耐火材料,也不愿進口,因此氧氣轉爐煉鋼廠普遍采用焦油石灰磚作爐襯,使用效果較好。

    從采用氧氣轉爐煉鋼以來,各國普遍用鎂質和白云石質耐火材料作爐襯,或二者混合后制磚使用。爐襯磚的質量逐步提高,品種不斷增加。下圖為日本氧氣轉爐爐襯材質的演變情況。

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    日本在氧氣轉爐投產初期,采用天然白云石砂和穩定白云石砂制造爐襯磚。前者價格低廉,仍在轉爐上使用,后者機械性能好,可防止水化,但雜質含量多,抗渣性差,早已不用了;從六十年代初期,日本研制成功了合成鎂白云石砂,其制造方法有兩種一是將細鎂砂粉與輕燒活性白云石混合粉碎、混練及壓球,經高溫煅燒,形成組織結構均勻、抗渣性強的熟料,該料也稱為富鎂白云石砂;一是向海水提取的氧氧化鎂添加適量的石灰或輕燒白云石,混練后壓球,經高溫煅燒,形成連續的MgO晶體網絡,CaO密封在當中,提高了抗渣性和高溫性能,抗水化性也得到改善。采用上述原料制成焦油結合和燒成的鎂白云石磚,應用十分普遍,并取得了良好的效果。

    另外,日本在合成鎂白云石砂中添加電熔鎂砂制磚,或者采用鎂砂、電熔鎂砂為原料制造直接結合磚及浸漬磚,采用死燒高純鎂砂和天然鱗片狀石器為原料,用合成樹脂作結合劑制造鎂碳磚等。這些磚在氣轉爐的特殊部位上使用,也取得了好效果。下表為日本氧氣轉燦磚的性能和使用部位。

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    縱觀各國氣轉爐爐襯磚的生產和使用情況,總的趨勢是朝著提高原料純度、適當增加氧化鎂含量、提高制品密度和增加殘余碳含量的方向發展,以延長爐子的使用壽命。

    目前,許多國家氧氣轉爐用耐火材料的特點是雜質含量較低,以便促進MgOCaO顆粒之間的直接結合,提高高溫性能。據報導,如果雜質總含量從8%降低到2%以下時,爐襯壽命可提高20~40%。因此,有些國家氧氣轉爐用磚的雜質總含量限制在1.5%以下。

    雜質成分主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O3B203等。這些雜質能與Mg0CaO形成次生礦物,其存在形式與CaO/SiO22的克分子比的大小有直接關系。當Ca0/SiO22的克分子比較小時,次生礦物為鈣鎂橄欖石和鎂薔薇輝石等低熔點物相,并以薄膜狀態分布于磚中,致使高溫強度降低,抗渣性能減弱;反之,次生礦物若以硅酸二鈣和硅酸三鈣等高熔點物相出現,少量的低熔物品獨立而分數狀態存在,則有利于制品保持較高的高溫性能。但是,當Fe2O3Al2O3的含量超過10%時,即使CaO/SiO2的比值比較大,其高溫性能也較差。特別是氧化硼的存在,對堿性磚高溫抗折強度的隆低是Al2O37倍,是Fe2O370倍,因此要嚴格控制氧化硼的含量。

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    上圖為磚的成分、冶煉條件與爐襯壽命的關系。從圖中看出,隨著磚中MgO含量的增加,在超高溫冶煉操作時,爐襯壽命提高;在高溫冶煉或正常操作時,爐村壽命有個最佳值,即采用MgO含量為60~80%的鎂白云石磚作爐襯時壽命最高。

    對于鎂白云石磚來說,MgO含量的增加高溫強度幾乎成直線上升,抗渣性也逐漸提高。在轉爐冶煉的條化下,磚中有CaO的存在,可以提高熔渣的粘度,減少對磚的侵蝕,即或有侵人脫碳層的硅酸鹽,也可以轉化為高熔點物質;同時,CaO還能抑制或減少FeO對方鎂石組織結構的破壞,也能抑制MgO隨著脫碳作用而揮發。

    眾所周知,隨著轉爐爐襯磚體積密度的提高,鋼水和熔渣的侵蝕能力會顯著降低,即提高了爐襯的使用壽命,如下圖所示。該圖為薩爾吉特廠200LD-AC轉爐的實際操作情況,圖中各點代表轉爐不同部位所采用的堿性磚體積密度。

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    提高轉爐爐襯磚的體積密度,應采用高純原料,經過高溫煅燒而制成燒結料;當原料達不到要求的密度時,根據品格活化理論,可采用二步煅燒的方法,制取高密度的原料。所謂二步煅燒就是先將原料輕燒一次,制得活性較大即晶格結構缺位較多的粉料,經適當處理后壓成球,再進行高溫煅燒,通過固相反應而達到死燒。這種方法,工藝雖復雜,但所得原料制磚后砌在轉爐對上,可使爐齡顯著提高。因此,各國普遍采用二步煅燒工藝制造轉爐磚用的耐火原料,從而提高了磚的體積密度及其它性能。

    在制造轉爐爐襯磚時,一般以結合劑或浸漬的方式加入碳,或者另加適量的鱗片狀石器等。常用的結合劑品種有煤焦油瀝青、石油瀝青,石蠟和樹脂等,這些物質在常溫時,能使磚坯產生暫時的結合強度,也可防止白云石質原料顆粒的粉化;在高溫時,能使耐火原料顆粒間形成碳鍵結合,提高磚的高溫性能。同時,碳不易被熔渣濕潤,可降低爐襯的蝕損速度。對于白云石磚來說,有碳素物質存在時,渣中的Fe2O3不與CaO發生反應,而是被還原成FeO,并被吸收在鎂富氏體的固熔體中。反之,兩者將發生反應,生成2CaO·Fe2O3Ca0·Fe2O3等低熔點物質,影響使用效果。

    瀝青浸漬堿性磚,其碳素均勻地分布在磚基質的全部細小氣孔中,體積密度和碳含量均有提高,高溫強度得到改善,抗渣性能有較大的提高。因此,日本和西德等國家的浸漬堿性磚的比例,有增加的趨勢。下表為西歐轉爐爐襯磚的典型性能。

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    最近一年來,西歐由于爐外精煉和連續鑄錠等技術的發展,出鋼溫度有較大提高,氣轉爐操作條件日趨步刻,因此其爐襯普遍采用能白云石磚或鎂磚與白云石磚混合砌筑,同時磚的質量也有所提高。

    下表為美國和蘇聯氧氣轉爐爐襯磚的性能。

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    綜上所述,氧氣轉爐爐襯磚材質主要是含碳的堿性耐火材料,其品種有焦油結合磚、低溫處理焦油結合磚、燒成磚、焦油瀝青浸漬磚及低溫處理浸漬磚、鎂碳磚等,性能指標普遍有所提高,見下圖所示。

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    另外,氣轉爐爐襯損毀時,各國普遍采用耐火噴涂料進行補爐,能提高爐齡,增加產鋼量。因此,氧氣轉爐用耐火噴涂料的品種和用量均有所增加,并將進一步發展。同時,耐火噴涂料的質量也有所提高,噴涂設備不斷更新。



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