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用镁钙碳砖代替镁碳砖作精炼钢包内衬 |
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newmaker 来源：中国钢铁新闻网 |
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酒钢二炼钢工序精炼钢包概况
酒钢二炼钢工序冶炼设备120吨精炼钢包，容量是一炼钢工序相应设施的2倍。此外新工序与一炼钢工序最大最重要的不同是调整转炉冶炼功能、增设钢包精炼型炉外精炼工艺，到年底精炼比计划目标为100％。
1 120吨精炼钢包的使用条件
炉外精炼按设备类型分一般可分为两大类，钢水处理型炉外精炼法和钢包精炼型炉外精炼法。酒钢二炼钢工序采用的LF埋弧精练工艺，即属于钢包精炼型炉外精炼，并且留有LF(V)工艺设置空间。LF(V)工作条件可以概括如下：
（1） 加热时间长，平均加热时间达15～30min：精炼温度高，一般在1700℃，在接近电弧的热点区的高温直接热辐射甚至高达2000℃。
（2） 熔渣侵蚀严重。以碱性渣为主，碱度波动于2～3.5之间。
（3） 底部吹氩搅拌，钢水上下激烈翻腾。对渣线和内衬冲刷严重。
（4） 冶炼时加入碳粉、铝粉、硅粉等还原剂，包内大部分时间处于较强的还原气氛。
（5） 精炼时间长，平均每炉达30多分钟。
（6） 间歇操作。热震频繁。
2 120吨LF(V)精炼钢包炉衬损毁因素
（1） 化学反应与熔蚀。高温下，钢水与熔渣向耐火内衬中扩散，同时发生熔蚀作用。渣中的CaO、SiO2以及CaF2与耐火衬发生化学反应。使衬体表面形成熔渣渗透层，而基质为硅酸盐所充填：同时颗粒边缘形成的不稳定相C2S、低熔点相C3MS2、CMS和黄长石固熔体等，则会造成内衬的不连续损毁。
（2） 高温和真空下的挥发作用。耐火材料在高温和真空下会加速解离和挥发，其挥发速度与蒸气压力和分子量、温度乘积的平方根成正比。
（3） 熔渣的侵蚀。在高温下，炉渣中的Ca0与SiO2沿着内衬基质部分的贯通气孔、裂隙及杂质所形成的液相通道迁移至凝固点，形成了以硅酸盐为主的低熔点矿相，改变了内衬的组织结构，产生了变质层。当温度急变时就形成结构剥落。通常熔渣的侵入量随气孔的孔径和熔渣的表面张力增大以及接触时间的延长而增大，随熔渣的粘度增大而减小。
（4） 物理冲击和机械冲刷。LF(V)炉底部吹氩进行强搅拌，吹氩时间长：三相电弧加热，电极至包壁距离仅0.6m；在高温下包壁遭受到强烈的机械冲刷和热冲击。
3 镁钙碳砖与镁碳砖在120吨精炼钢包上使用情况对比
（1） 120吨LF埋弧精炼钢包平均工作温度达1700℃，目前使用的镁碳砖的平均炉龄为55炉。
（2） 目前存在的问题是二炼钢工序120吨钢包耐火内衬由酒钢耐火材料生产的镁碳砖砌筑组成，虽然镁碳砖具有耐高温、抗渣性强、抗热震性好、高温强度高的特点，但是这种耐火材料的存在最大缺陷是热导太高，造成钢包外壳温度太高，钢包保温效果差，热损耗太大。
（3） 对于高碱度渣，在T.Fe含量高(Fe20330％)的条件下，镁熔点物。还因炉渣中铁的氧化物使砖中的石墨氧化脱碳。但是，对于低碱度低氧化铁含量的炉渣，镁钙碳砖中的CaO与炉渣中的SiO2反应，使炉渣的碱度提高，形成硅酸二钙高熔点反应层，抑制了炉渣的渗透和石墨氧化，使得镁钙碳砖在这种使用条件下，抗熔损性优于镁碳砖。参考酒钢120吨精炼钢包熔渣成分，熔渣碱度较高，铁的氧化物含量较低，铝氧化物含量较高，根据高温氧化物反应稳定性，适合酒钢120吨精炼钢包的镁钙碳砖，必须是低钙(Ca08～15％)镁钙碳砖。酒钢120吨LF(V)精炼钢包熔渣成分
 （4） 对于具有脱硫作业的酒钢120吨LF(V)精炼钢包，在脱硫过程中，极强还原原料会使镁钙质材料中的MgO被还原之后而使钢水中Mg含量提高时，则可获得较好的脱硫作业率。据此与镁碳质相比较，采用镁钙质材料可以降低钢水中硫化物的含量。
（5） 在600％以下时，MgO—C砖和MgO—CaO—C砖的常温抗折强度都稳定不变，而在温度超过600℃以上时，二者的常温抗折强度都下降。只是其幅度，MgO—Ca0一C砖比MgO—C砖的小。根据断裂力学理论估计，MgO—CaO—C砖的裂纹以稳定的方式扩展，而MgO—C砖内的裂纹则以不稳定的方式传播，由下图可以看出。
图1 MgO—C砖常温抗折强度与骤冷温度的关系
图2 Mg0—CaO—C砖常温抗折强度与骤冷温度的关系
（6）对比MgO—C砖与MgO—CaO—C砖在加热过程中的热应力变化，当温度高于700℃时，MgO—C砖比MgO—CaO—C砖大，但在低于700℃时，二者的热应力变化几乎接近，如下图。
图3 MgO—C与Mg0—CaO—C砖热应力变化图
镁钙碳砖在酒钢耐材公司生产的可能性
镁碳质材料的防氧化措施在具有十年生产镁碳砖的企业已经具有很好的措施。镁钙质耐火材料最大的问题是水化，其根源是原料和制品中含有游离CaO。解决这一问题的途径一是减少原料中游离CaO，二是防止已带入的CaO发生水化反应。利用Ca020％的合成镁钙砂作为增钙来源，原料带入的CaO水化已从源头上受到有效的控制。其三，采用千吨压机成型属高压成型，可以有效减少制品气孔率，同时成型干燥后还进行浸油处理，使制品中CaO受到包裹和隔离。进一步防止水化发生。其四，本地气候干燥、空气湿度小，而且我们是本地生产本地使用、现生产现用，从而也避免了因长途运输和长期贮存造成产品受潮水化的可能。其四。镁钙碳砖虽然在酒钢属于空白，但在国内外已经时非常成熟的技术，许多企业和单位都具有成功生产和使用的经验，例如。天津钢管公司150tLF—VD炉上使用由淄博鑫达耐火材料厂、鞍山焦化厂共同开发得镁钙碳砖，采用干法砌筑。真空处理后的钢水温度约1580℃，VD处理率约为57％，从电炉出钢开始到VD处理结束，全程吹氩。到浇铸完毕钢包总受钢时间3～5h。炉渣C/S为4～5，C/A为1.15～1.45。砖在使用过程中。性状良好、运行安全。整个炉衬侵蚀均匀平坦、无炸裂、掉片、脱落、过早侵蚀渗钢现象。因此我们自主研制开发不烧镁钙碳砖是可行。
酒钢120吨精炼钢包用镁钙碳砖的设计
1 精炼钢包用镁钙碳砖的研制必须突破的三个主要问题：
（1） 镁钙碳砖的抗氧化问题
氧化失碳是含碳耐火材料损毁的主要原因之一，这已成为耐火材料开发和使用工作者的共识。解决含碳耐火材料抗氧化措施是添加诸如金属Al、Si、Mg，碳化物B4C、SiC，合金Al—Mg、Ca—Si，氮化物BN、Si3N4等。
（2） 钙质耐火材料的防水化问题
镁钙碳砖中CaO易于水化。针对镁钙碳砖中CaO易水化的技术难题，参照材料的性能指标，在分析损毁机理的基础上，优选原料，保持制品的直接结合结构，加入一定量的添加剂来防止CaO的水化，所选用的原料也要经过特殊的处理，处理方式一为用磷酸或磷酸二氢铝配制的溶液进行浸泡，以形成包裹膜，二为将镁钙砂进行电熔处理，在MgO和CaO之间形成特殊的结构，降低CaO的活性。从而解决镁钙砖的防水化问题。具体到镁钙碳砖的生产过程也要采取特殊的工艺措施。如采用无水树脂做结合剂、产品进行浸油措施等，以防止CaO的水化。
（3） 提高制品高温性能和抗渣蚀、抗热震性能问题
通过选材保证MgO—CaO—C砖的优异的高温性能；通过强化制砖工艺。采用等高压成型、真空加压油浸降低制品的气孔率，提高体积密度，达到提高制品在高温下抗炉渣渗透、抗侵蚀性能的目的：合理使用碳素材料，进一步改善制品的抗侵蚀性能和热震稳定性。
2 酒钢120吨精炼钢包用镁钙碳砖的组成结构设计
（1） 以纯度较高的电熔镁砂、合成镁钙砂、天然鳞片石墨为主要原料。
（2） 采用无水树脂作结合剂，并加入强化树脂性能的加入物，解决制砖过程中易水化问题，实现高质量的碳结合。半成品经过高温干燥，真空加压浸油，防止Ca0的水化，填充气孔率，提高密度，增加砖中残碳量。
（3） 选用CaO含量不大于20％的MgO-CaO砂作为MgO—CaO—C砖中的CaO来源。
3 120吨精炼钢包用镁钙碳砖的生产工艺设计
图4 生产工艺设计
以纯度较高的电熔镁砂、合成镁钙砂、天然鳞片石墨为主要原料，以无水树脂作结合剂，采用强制搅拌机搅拌。千吨摩擦压砖机成型(高压)，在制砖过程中，为保证砖坯成型合格率，混练后困料12h。然后在200℃将半成品置于油浸罐中进行加压浸油处理，处理完毕即为成品。
结束语
(1) 通过MgO—CaO—C砖与MgO—C砖的热应力、常温抗折强度稳定性、熔渣抗侵蚀性等方面的对比，可以看出，MgO—CaO—C砖更适合于酒钢120吨LF(V)精炼钢包的使用条件。
(2) 通过结构组成和采用不烧真空加压油浸工艺，可以解决MgO—CaO—C砖的抗氧化、抗水化、抗渣蚀等问题。
(3) 酒钢耐材公司具备不烧镁钙碳砖的生产条件。(end)
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(8/10/2007) |
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