RH插入管刚玉-尖晶石浇注料研制与应用.doc

RH插入管刚玉-尖晶石浇注料研制与应用朱伯铨祝洪喜蒋春华帅汉舟摘要：针对插入管的使用条件、性能要求及损毁机理,合理选择MgO、uf-SiO2、MA的加入量,研制开发了微粉凝聚结合的刚玉-尖晶石浇注料,该浇注料可处理无取向硅钢和高牌号品种钢。关键词：刚玉尖晶石凝聚结合RH插入管Development and Application of Corundum-SpinelPouring Material for RH Inserting TubeZhu BoquanZhu Hongxi(University of Science & Technology Wuhan)Jiang ChunhuaShuai Hanzhou(Wuhan Ruisheng Technology Research Institute)Abstract：For working conditions, requirement for performance and destruction mechanism of RH inserting tube, the quantities of added MgO, uf-SiO2 and MA are appropriately selected, and corundum-spirel pouring material coacervated and compounded in particle shape are developped. This kind of pouring material can be used to treat non-oriented silicon steel and high-grade steel.Keywords：corundum spinelcoacervation-compoundingRH inserting tube1前言RH真空处理技术是一种操作简单,能有效提高钢质量而又十分经济的二次精炼方法,该技术的实施要求相关耐火材料必须能够经受急冷急热、钢水湍流冲刷、高真空条件及各种碱度的渣、合金成份的强烈化学作用。1插入管由于其特殊的使用功能(长时间浸渍钢水及渣液中),对内衬耐材要求更为苛刻。目前,插管内衬大都采用优质镁铬砖,镁铬砖与外壳及通气管道的固定依赖于浇注料,而该浇注料的寿命直接影响到插入管的使用寿命。武钢二炼钢厂由于新炼品种钢居大多数,尤其炼高牌号硅钢时,脱硫剂加入量较大,渣的碱度提高,对耐材侵蚀加剧,再加之插入管中浇注管尺寸较小,插入管大多数因为浇注料结构剥落、侵蚀而损毁,鉴于此,我们针对上述问题,做了大量实验工作,力图提高浇注料的抗结构剥落能力,研制了刚玉-尖晶石浇注料,经现场试用结果表明,该产品基本满足现场使用需求。2试验过程2.1试验原料本试验采用的主要原料有电熔白刚玉、电熔致密刚玉、电熔镁砂、尖晶石A、尖晶石B、硅微粉、钢纤维等。所用主要原材料的理化指标如表1。表1主要原材料的理化指标原料名称Al2O3(w)/%SiO2(w)/%Fe2O3(w)/%MgO(w)/%体密/kg。m-3显气孔率/%电熔白刚玉98.900.560.253.701034.5电熔致密刚玉98.500.720.283.891033.0电熔镁砂0.9597.503.45103uf-SiO292.302.2材质系统的选择 刚玉-莫来石质、铬刚玉质等高档浇注料的性能。全面考察各类浇注料在不同温度处理(11024h,11003h,15003h)后的常温强度、线膨胀、气孔率、体密等常规指标。结果表明,几种浇注料上述指标都相当好,又进一步考察热震稳定性及抗渣性。热震稳定性是通过检测1100水冷后试样抗折强度残余率作比较。其结果见图1。图1热震稳定性实验1.刚玉浇注料2.刚玉-尖晶石浇注料3.刚玉-莫来石浇注料4.铬刚玉浇注料显然,刚玉浇注料热震稳定性最差,其它3种浇注料相当,其中以刚玉莫来石质热震稳定性稍优。抗渣性实验是采用坩埚法进行,准确称量磨碎的50g钢包渣放入25/3025mm的圆台形坩埚中,15003h烧后,切开分析其变质层及侵蚀层厚度。钢包渣的主要化学成分见表2(以下抗渣实验均用此渣)。表2钢包渣化学成分%成分CaOMgOSiO2Al2O3C/S钢包渣43.107.3212.8425.733.36结果表明:抗侵蚀性:(4)、(2)(1)(3)抗渗透性:(4)(2)(1)、(3)因此初步选定铬刚玉质、刚玉尖晶石质,但考虑到环保(6价铬污染)及市场价格因素,最终选定刚玉-尖晶石质浇注料。 2.3基本配比的确定2.3.1结合系统的确定刚玉-尖晶石浇注料,一般有两种结合系统:低水泥结合系统、MgO-SiO2-H2O结合系统。针对两种结合系统,主要对比浇注料的强度指标及抗渣性能。结果表明,MgO-SiO2-H2O系统结合的浇注料,不但中温烧后强度比低水泥结合系统浇注料要高,而且抗渣侵蚀性能明显比后者强,抗渣渗透能力相当。因此选定MgO-SiO2-H2O结合系统浇注料,浇注料作深入研究。2.3.2镁砂及硅微粉加入量的确定镁砂及硅微粉的加入量对浇注料的各项性能影响较为显著,尤其对高温体积稳定性的影响较大,而高温体积稳定性是插入管安全使用的重要保障之一。因此,我们较为详细地比较二者不同加入量下材料的线变化及组织均一性(高、中温烧后强度比),实验结果见图2、3。图2试样线变化与MgO加入量关系图3试样线变化与uf-SiO2加入量关系由线变化结果,我们初步选定w(MgO)加入量为2a%、3a%,uf-SiO2加入量为2b%、3b%(线变化均在0.5%之间),进一步考察试样高中温11003h,15003h烧后强度比。结果如表3。表3试样高中温烧后强度比w(MgO)/%2a3a2a3aw(uf-SiO2)%2b2b3b3b高中温烧后耐压强度比1.321.131.431.56高中温烧后抗折强度比1.541.211.921.82综合考虑线变化及组织均一性,最终选定w(MgO)加入量为3a%,uf-SiO2加入量为2b%。2.3.3尖晶石的加入浇注料中仅仅依赖MgO与Al2O3形成MA对性能的改善还远远不够(因为MgO的加入量是有限的),因此,我们为进一步提高浇注料的性能,直接加入预合成尖晶石细粉。尖晶石的加入不但可以产生一定的高温收缩,抑制MgO的异常膨胀,而且预合成尖晶石的加入可以降低MgO生成的MA的温度。尖晶石的品位和牌号较多,化学成分区别较大,而尖晶石的牌号及加入量直接影响基质中MA/M及A/M,据文献2报导合适的MA/M,A/M比对浇注料性能的影响,最终选A、B两种尖晶石细粉复合加入,总加入量为6%10%(质量百分数)。2.3.4钢纤维的加入实验结果表明,添加适量的不锈钢纤维,不但可以增加浇注料各温度下的强度,而且还可以降低热应力,提高材料的热震稳定性及抗剥落性能。 2.4施工性能调整插入管内部结构较复杂,武钢二炼钢厂RH插入管中浇注料尺寸较小(见图4)。图4插入管横断面示意图处浇注料平均厚度仅25mm,一旦安装过程中造成镁铬组合砖偏心误差,最小厚度仅为10mm左右。浇注料的流动性能好坏直接关系到浇注质量及使用寿命,而且浇注料的临界颗粒亦不宜太大,否则处是无法打结得致密,势必导致镁铬组合砖松动而造成插入管损毁。因此,最终选定浇注料临界粒度为8mm,选择复合减水剂,减少浇注料的加水量,并且对不同产地的硅微粉进行比较,对颗粒级配比进一步调整,确定浇注料的最终配比。该浇注料加水量在4.2%4.5%之间,用跳桌法检测其流动值时,跳动10次流动值可达到190mm,跳动15次即可达到210mm。3工业试验研制的刚玉尖晶石质浇注料于1999年4月在武钢二炼钢RH上进行工业试验。工艺条件为:环流速度为30t/min,环流气流量为600L/min,真空度为66.7Pa(以上均为设计值,实际操作中,有少量出入)。钢液温度为16001700,处理时间为835min,其中无取向钢等品种钢处理时间一般在2535min。试验结果如下:试验每对插入管的平均寿命为41次;平均总处理时间为968min;处理钢种50%以上是无取向硅钢,另外还有一部分高牌号品种钢。4结论(1)通过调整浇注料中MgO粉、uf-SiO2、MA的加入量,研制开发了用于插入管的微粉凝聚结合的刚玉尖晶石浇注料。(2)在浇注料中加入适量的钢纤维,其热稳定性能优良、组织均一性好、抗渣性能良好。(3)研制出的刚玉尖晶石浇注料用于RH插入管的平均使用寿命为41次,平均总处理时间为968min,