镁碳砖在转炉各部位上的应用.pdf

3 O 陶 瓷 2 0 0 8 N o 8 镁碳砖在转 炉各部位上硇 应用 贺 东强 李建强 姜 云龙 国家轻工业陶瓷耐火材料质量监督检测宜兴站 江苏 无锡2 1 4 2 2 1 摘要镁碳 砖具 有高耐火 性 良好 的抗 热震性 抗剥落 抗渣 性 作为 炉衬材 料在转 炉上推 广使用 与别 的炉衬 材料相 比 转炉寿命大 幅提高 叙述 了镁碳 砖的生产过程 工艺 流程 以及在转炉各部位 的应 用 关键词镁碳砖转炉应用发展 趋势 Ap pl i c a tio n o f Mag n e s i a c a r b o n Br i c k i n Di ffe r e n t Pa r t s o f Co n v e r t e r H e D o n g q i a n g L i J i a n q i a n g J i a n g Y u n l o n g C e r m a i c N a t i o n a l L i g h t I n d u s t r y Q u a l i t y S u p e r v i s e T e s t Y i x i n g B r a n c h R e f r a c t o ry Ma t e r i al J i a n g s u Wu x i 2 1 4 2 2 1 Abs t r a c t Ma g n e s i a c a r b o n b r i c k h a s hi g h fir e p r o o f t h e r ma l s h o c k r e s i s t a n c e s p a U i ng r e s i s t a n c e a nd s l a g r e s i s t a n c e whi c h i s u s e d f o r t he g e n e r ali z i n g a p p l i c a t i o n i n c o n v e e r a s f u r n a c e l i n i n g ma t e r i a1 Co mp a r e d wi t h us i n g o t h e r f ur n a c e l i n i n g ma t e rials t h e c o n v e e r s l i f e s p a n wo u l d b e e n h an c e d Th i s a r t i c l e r e c i t e s t h e p r o d u c e p r o c e s s and t e c h n i c s p r o c e d u r e s o f t h e ma g n e s i a c arb o n b ric k a n d t h e a p p l i c a t i o n s i n t h e d i ffe r e n t p a r t s of c o n v e rte r Ke y wo r ds Ma g n e s i a c a r b o n b r i c k Co n v e rte r Ap p l i c a t i o n Ev e l o p me n t t r e n d 前 言 炼钢转炉是一不需要外加热源 主要 以液态生铁 为 原料 进行 炼钢 的直 立 式 圆 筒形 炉 其 主 要 特 点是 靠转炉内液态生铁的物理热 和生铁 内各组分 如碳 锰 硅 磷等 与送人炉内的氧进行化学反应所产生的 热量 使金属达到出钢要求的成 分和温度 根据炉衬 耐 火材 料 的性质 可分 为酸 性 转 炉 和 碱 性 转 炉 2种 根 据气体吹人炉内的部 位 转炉分为底 吹 顶 吹 侧吹和 顶底复合吹炼钢转炉 镁碳砖具 有耐火度高 抗渣侵 性能好 耐热震性强及高温下具有优 良稳定性能 导热 性好 耐磨损 耐剥落性好等优 良特性 已在 电炉 转 炉及精炼炉上广泛得到应用 同时 由于镁 碳砖不需 高温烧成 节省能源 制作工艺 简单 因而被世界许多 国家迅速推广应用 我 国2 0世纪 8 0年代初开始研制 镁碳砖 经电炉和精炼炉小批量使用后 收到较好的使 用效果 随后 鞍钢 武钢 首钢及宝钢等钢 铁厂陆续 在大 中型转 炉 上 试 验 镁 碳 砖 转 炉 炉 龄 均 大 幅 度 提 高 现 在 我 国已经 成 为世 界 上 最 大 的镁 碳 砖 生 产 国 随着镁碳砖的档次不断提高 转炉炉龄也有 较大幅度 的提高 为降低炼钢成本奠定了基础 1 镁碳 砖的 生产 1 1 原 材 料的 选 用 研究与实践表 明 所用原材料的质量性 能对镁碳 砖 的生产 与使 用 效 果 有较 大 影 响 因此 必 须 严 格 选 用各 种原 材 料 1 1 1 镁 砂 的选 择 镁碳砖在生产过程 中镁 砂颗粒 的大小非常关键 其蚀 损过 程 大致 为 以下 3个方 面 1 方镁石颗粒与石墨在高温真空下产生固相反应 如下 Mg O C Mg十 C O十 生成的镁蒸 汽和 C O挥发 2 方镁石颗粒被熔渣化学熔损 包括外来炉渣及 镁砂杂质 中的各类氧化物的熔损 3 镁碳砖工作层基质氧化脱碳后 其 结合强度 降 低 在炉渣的渗透及冲刷下 方镁石颗粒脱离砖体被 冲刷裹进炉渣内 近年来 有 日本学者对电熔镁砂 中的 Mg O含量与 维普资讯 2 0 0 8 N o 8 陶 瓷 3 1 侵蚀 深度 间 的关 系 以及镁碳 砖 的抗 渣性 与镁 砂 中方镁 石晶粒大小之间的关 系作 了深入的研究 其结果如图 目 V 聪 基 1 图 2所示 籁 轺 基 Mg O含量 方镁石晶粒尺寸 ta m 图 l 镁砂化学成分 与侵蚀深 度之 间的关系 图 2 镁碳砖抗渣 性与镁砂中方镁 tin粒大小之间的关 系 F i g 1 Re l a t i o n b e t we e n t h e c h e mi c a l c o mp o n e n t a n d F i g 2 Re l a t i o n b e t we e n t h e s l a g r e s i s t a n c e o f ma g n e s i a c a r b o n b ric k a n d t h e c o r r o s i v e d e e p n e s s o f ma g n e s i t e s i z e o f c r y s t a l i n ma g n e s i t e 从图 1 图 2可以明显看 出 生产镁碳砖不仅要注 意镁 砂 的纯 度 而且还 要 注意选 用 大结 晶 的电熔 镁砂 并希望 C a O S i O 2 在充分考虑上述因素后 镁碳 砖 选用方镁石结晶晶粒大 结合力强 杂质少的高氧化镁 含量 的镁砂作为主要原料 这种镁砂不仅能降低 方镁 石晶体被硅酸盐相分割程度 减少熔 渣对晶界的侵蚀 速度 还可 以提高镁砂与石 墨高温共存 时的稳 定性 此外 由于其体积密度大 结合力强 在镁砂加工过程 中可得到边界棱角鲜明的颗粒 加强与基质的镶嵌结 合 提高镁砂颗粒在镁碳砖中的稳定性 电熔镁砂 与烧 结镁砂相 比具 有方镁石结 晶粒粗 大 颗粒体积密度大等优点 是生产镁碳砖 中主要选用 的原料 化学成分见表 1 表 镁 砂 的 化 学 成 分 质 量 T a b 1 P h y s i c a l p r o p e r t i e s c h e mi c a l c o mp o s i t i o n s o f ma g n e s i t e 1 1 2石 墨 的选择 镁碳 砖 的碳源 选 用 石 墨 碳 能 防 止 炉 渣 向砖 内浸 入 有益于提高砖 的抗侵 蚀性 镁碳砖 一般选用天然 鳞片状石墨 天然鳞片石墨的熔点高达 3 7 0 0 它具 有典型的片层状结构 高 的导热率和低 膨胀系数及弹 性模量 是生产镁碳砖理想的碳素材料 石 墨的纯度 越高 鳞片越厚大 抗氧化性能就越好 高温失重也就 越小 选用的石墨应分为两个档次 易损部位如耳轴 渣线 装料侧的加长砖宜选用 L 1 9 7牌号石 墨 其他部 位宜选用 L 1 9 5牌号石墨 对石墨 中 S i O 含量应控制 在最低 范 围 1 1 3 结合剂的选用 结合剂是生产镁碳砖 的关键材料 要求应 具备 以 下条件 1 常温下能保持 适当的粘度和流动性 对镁砂和 石墨有 良好的润湿性和亲和性 不产生时效硬化 2 在热处理过程 中能进一步聚合 使制品具有较 高 的强度 维普资讯 3 2 陶 瓷 2 0 0 8 N o 8 3 在升温过程 中应有较高的残碳性 并与其他碳 素材料聚合 使制品有良好的高温性能 4 性能稳定可靠 根据上述要求 经过反复实践 选用酚醛树脂或沥 青 结合 剂作 为生 产镁 碳砖 的结 合 剂 1 1 4 防 氧化剂 的选 用 镁碳砖的氧化脱碳是导致其蚀损的重要原因 镁 碳砖脱碳后 造成 了基质疏松 结合强度降低 被炉渣 渗透熔损 镁砂骨料脱 落 因此向镁碳砖 中添加一些 与氧 的亲和 力 大于碳 的 粉末 可 大 大提 高 镁 碳砖 的抗 氧化能力及高温强度 1 硅粉 有 良好 的 防氧化 效果 硅粉 本身 氧化 生成 二氧化硅 熔点较低 对镁碳砖的使用会带来一些负面 影 响 所 以 一 般 使 用 在 不 接 触 渣 的部 位 比 如 转 炉 包 底 转 炉炉 口 炉帽 等 2 碳化硅 该原料防氧化效果与硅粉相同 使用部 位 也 相 同 3 铝 粉 防 氧 化 效 果 良好 主要 用 在 转 炉 渣 线 部 位 4 碳化硼 该原料防氧化效果 良好 主要使用在转 炉 的出钢 口部位 以上几种防氧化剂在使用过程中都有 自己的优势 和劣势 比如铝粉 使用在转炉耳轴部位就会降低该部 位 产 品的抗剥 落 性 能 在 很 多 情 况 下 会将 几 种 防氧 化剂配合使用 比如在转炉整体 出钢 口就会 同时使用 铝粉 硅粉 碳化硼 另外 防氧化剂的使用不单单考 虑其防氧化性能 有时还要考虑与其他性能 的反应与 使用效果 比如在包 底制 品中加入适量的铝粉能大幅 度的提高该部位制品的高温强度 从 而大幅提高了该 制 品的抗 冲击性 能 2生产 工艺流程 2 1 泥料 的配 比 电熔 烧结 镁砂 为 7 0 8 5 鳞 片状石 墨 为 1 5 2 0 添加剂为 5 1 0 酚醛树脂 外加 为 5 7 固化 剂适 量 实验表明 采用多级配比 选用合适的细粉粒度生 产出的镁碳砖具有较高的密度 和强度 可 以满足使用 要求 以产 品的原 料质量来 划分 镁碳 砖可分为高 中 低 3档 如表 2所 示 镁 碳 砖 的生产 工艺 流程 如 图 3所示 回压 口 叵圃 一 豳 匝圃 回匝 臣 亟 圆 一 一 由 图 3镁碳砖的生产 i 艺流程 Fi g 3 P r o c e s s d i a g r a m o f p r o du c t i o n ma g n e s i a c a r b o n b r i c k 表 2镁碳砖的划分 Ta b 2 C l a s s if i c a t i o n o f ma g ne s i a c a r b o n b r i c k s 品种 主要原 料 高档镁碳砖 中档镁碳砖 低档镁碳砖 大结晶 电熔镁砂 9 8电熔镁砂 9 6以上 天然磷片石墨 9 7电熔镁砂 9 4以上天然磷 片石墨 重烧 镁砂 高纯镁砂 9 0以上天 然磷 片石墨 2 2泥料 混练 泥料混练的效果直接关系着制品的质量 因此对 成形工序应采取以下技术措施 1 将镁砂颗粒预热至 4 0 左右 确保混练均匀 2 结合 剂预 热至 3 0 4 0 增 加 流动 性 3 将固化剂与树脂预先混合再加人泥料中 4 严格控制树脂加人量 要确保其均匀的润 湿泥 料并防止结团 要保证泥料 的陈腐时间 加料顺序为 镁砂颗粒一石墨一结合剂一 筒磨细 粉一沥青 必须确保总混练时间 2 3成形 成形工序首先要选择合适 吨位的压砖机 成形时 要准确控制泥料重量 确保布料均匀 加压次数及轻重 需满 足要 求 2 4热处理 镁碳砖不需高温烧成 但 需进 行热处理 在 1 5 0 2 0 0 o C 环境下进行 2 4 h烘烤后 物料与结合剂固化 使制品的强度达到要求 2 5 镁碳 砖 的分类 Y B T 4 0 7 4 1 9 9 1 黑色 冶 金 行 业 标 准 中规 定 镁 碳 砖按碳含量分为 3类 每类又分为 3个牌号 镁碳砖的 器 维普资讯 2 0 0 8 N o 8 陶 瓷 3 3 3 镁碳 砖在转 炉炉衬上的应 用 3 1转炉 的结构 1 4 1 一炉身2 一炉膛3 一炉帽4一出钢 口 5 一炉底 图 4 转炉结构示 意图 ng 4 Sk e t c h o f c o n v e r t e r s s t r u c t u r e 3 2 镁 碳砖在 转 炉上 的应 用 转炉各部位炉衬的工作条 件见表 4 转炉结构示 意图见图 4 炉 口 炉帽部位温度变化剧烈 受渣蚀较 严重 应选用抗热震性好 抗渣性强的镁碳砖 耳轴区 两侧除受吹炼时损毁作用外 表面无保护渣层覆盖 不 易修补 砖 中碳易氧化 应砌筑抗渣性优 良 抗氧化性 好 的优 质镁 碳砖 渣线 部位 与 熔 渣 长期 接 触 受 渣 蚀 严重 需砌筑具有 优 良抗渣性的镁碳砖 装料侧吹气 时炉渣和锵水 的喷溅作用容易造成化学侵蚀 磨损 冲 刷以及装人废钢和铁水 时的直接撞 击和冲蚀 应选用 具有抗渣性强 高温强度高 抗热震性好的镁碳砖 炉 缸 炉底与其 他部位相 比侵蚀较轻 可选用普通镁 碳 砖 当采用顶底复合吹炼技术时 尤其是底吹 C O 0 等气体时 损毁更为严重 应选用抗氧化性和抗热震性 好 高温强度高 抗渣性强的高级镁碳砖 根据转炉炉 体部位损毁 的特点 使用不同品级的镁碳砖配合砌筑 形成均衡损毁的综合炉衬 某钢厂转炉各部位用镁碳 砖 的性 能见 表 5 表 4转炉各部位炉衬 的工作条件 Ta b 4 Th e wo r k c o n di t i o n s f o r f u r n a c e l i n i n g i n d i ffe r e n t p a r t s o f t h e c o n v e r t e r 部位 炉衬工作条件 炉 口 炉 帽 装料 吹炼 出钢 倒渣时温度变化大 炉渣侵蚀 携尘废气 冲刷 装料及清钢渣时受机械撞击 取样及 出钢时受炉 渣侵 蚀 温度变化大 空炉时砖 中碳素易被氧化 受废 气及粉尘的侵蚀与磨损 装料侧 出钢 侧 炉身 耳轴 区 渣 线 炉 底 受废钢 及铁水 的撞击与 冲刷 温度变化大 受炉渣及钢水 的侵蚀与磨损 出钢 时受炉渣及钢水 的热冲击 与冲刷 炉衬挂 渣少 空炉 时砖中碳 素被氧化 炉子倾动时受异常力 的作 用 炉渣侵蚀 受钢水剧烈冲刷与磨损 维普资讯 3 4 陶 瓷 2 0 0 8 N o 8 续 表 4 部位 炉衬工 作条件 顶底 复合吹炼转 炉炉底供 气砖 出钢 口 受钢水 及炉渣化学侵蚀与剧烈 冲刷 温度 骤变及氧化作用 受钢水 冲刷 炉渣侵蚀 及温 度变化剧烈 表 5 某厂转炉各部位用镁碳砖的性能及 特征 T a b 5 T he p e r f o r ma n c e a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f ma g n e s i a c a r b o n b ric k u s e d i nd i ff e r e n t p a r t s o f t h e c o nv e r t e r 4 镁碳砖技术发展 趋势 1 纳米技术在镁碳砖 中的应用 日本某研究机构 已经应用 纳米 技 术 生 产 镁碳 砖 在 R H炉 上 试 验 使 用 但是 该