镁钙碳砖应用于25tLF精炼炉包上的试验

   王 健1,刘 环2,崔雅茹2,张胜利3,余太钢3
(1.陕西省农业机械研究所,陕西咸阳712000;2.西安建筑科技大学,陕西西安710055;3.西安中星材料公司,陕西西安710055)
   摘要:介绍了镁钙碳砖在25tLF精炼炉钢包上的试验及使用情况.结果表明:镁钙碳砖的损蚀比高铝砖,镁碳砖,铬镁砖和铝镁碳砖都少,残余砖更厚.镁钙碳砖的侵蚀速度仅是原用镁铬砖的十分之一。使用该砖后使钢包使用寿命提高了2～3倍。镁钙碳砖是一种经济又实用的包衬材料。
关键词:镁钙碳砖;精炼炉;钢包;耐火材料
    国内的电弧炉炼钢技术已经进入一个新的发展时期,炉外精炼技术也方兴未艾。由于炉外精炼技术的应用和发展,对精炼炉包用耐火砖提出了更高的要求,是因为它直接影响到钢的产量,质量和成本。为此,本文采用镁钙碳砖在25tLF精炼炉钢包上进行试验。
1 镁钙碳砖的主要理化指标
    镁钙碳砖的理化性能见表1。
                                                                                     表1 25tLF精炼炉用镁钙碳砖理化性能 

2 试验及使用情况
2.1 包衬的砌筑与烘烤
    第1个试验包是在渣线部位砌4层镁钙碳砖,包底全部采用镁钙碳砖,座砖采用不烧高铝砖,其余部分是高铝砖。第2,3个试验包及正式应用是渣线和包底用镁钙碳砖砌筑,包壁渣线以下采用镁铝碳砖砌筑,渣线以上用高铝砖砌筑,座砖还是采用不烧高铝砖。砌筑时用耐火泥,并采用与砖质相同的泥料,粘结剂采用水玻璃。包衬砌好后,将钢包吊入卧式烤包器上,用煤气烘烤,烘烤时间24h,其温度为1000℃左右。在连续使用时烘烤时间约为1.5～2.0h,包红为好。
2.2 使用条件   
    经20tEF炉熔炼的钢液出钢到25tLF炉进行精炼后,将钢包吊出,进行连铸或模铸。精炼钢液25～28t/炉;渣重1.5～2.0t/炉,渣的碱度(R):2.5～3.5。精炼的吹氧强度200mL/min,时间40min左右;抽真空脱气,极限真空度76Pa,时间25min左右;钢液采用三相石墨电弧加热,电炉出钢温度1620～1640℃,模铸1520～1600℃,总精炼时间120～180min;精炼钢种有滚珠钢,低碳合金结构钢等。精炼包工作衬渣线部位厚150mm,包底工作衬厚200mm。精炼包每月4～5次更换透气砖,每7～10次更换座砖时要冷却到常温。
2.3 试验和应用结果
    第1个试验包使用10次时,由于渣线下包衬用的高铝砖部分损坏严重而停用时,渣线处的镁钙碳残余砖仍厚达130mm,说明该砖使用性能优于高铝砖。为了使包壁渣线下与渣线处的镁钙碳砖同步损坏,第1,2个包开始,包壁采用铝镁碳砖砌筑,包龄提高到12～31次,平均20次左右。钢包承受热负荷时间最长达67h46min。根据残衬厚度测量计算,渣线镁钙碳砖侵蚀速度1.5～2.0min/炉。从包底的镁钙碳砖的损蚀情况看,冲蚀比原用砖和包壁的镁钙碳砖都少,残余砖更厚,其侵蚀速度仅是原用熔粒再结合镁铬砖的1/10。
3 分析和讨论
    试验结果表明:镁钙碳钢包衬砖使用寿命比高铝砖,镁碳砖,铬镁砖和铝镁碳砖都高。它具有好的高温性能,高温氧化性好,抗渣蚀性和抗热震性好。
3.1 好的高温性能
    镁钙碳砖中的主要成分MgO(熔点2825℃)和CaO(熔点2600℃),它们都是可满足炼钢要求的高熔点氧化物[1],而CaO与MgO相比高温下蒸气压低,在与碳接触时,热动力学性质更为稳定。由热力学数据可知,MgO与CO标准生成自由能线相交于1850℃,即在1850℃的常压下,MgO与C不能共存,它们将变成一个大气压的CO,而CaO的这个温度为2180℃,比MgO高出330℃,这就注定含钙结合制品要比MgO-C砖使用温度更高。
3.2 高温氧化性能
    CaO的存在,可控制高温下MgO和C之间的氧化-还原反应,从而减缓制品破坏。MgO与C接触时,MgO+C Mg+CO的反应,在1500℃即可生成101kPa的CO和101～1013Pa的Mg蒸气,1600℃反应加剧,大于1700℃反应激烈。这一趋势由于CaO的存在有所缓解。测试数据看出,镁钙碳试样的氧化失重率低于镁碳砖的氧化失重率。证明由于CaO和加入物的存在,可控制碳的氧化反应。
3.3 优良的抗渣蚀性和抗热震性
    碱性含碳制品使用时,在氧化脱碳层中,MgO-CaO结合比MgO-MgO结合两面角大,有利于抗渣渗透,提高抗蚀性。MgO-CaO结合材料比MgO材料抗热震性好。在使用时,制品内游离CaO的存在,可与渣中的SiO2反应,生成高熔点相---C3S阿利特,2070℃不一致熔融;C2S贝利特2130℃熔化,炉渣粘度提高,延缓蚀损。对还原期渣中的氧化铁,则由镁钙碳砖中的方镁石与其共熔。因此当制品组成设计恰当时,会对各种炉渣,特别是低铁,低碳度和高碱度渣都有好的抗侵蚀效果。试验中,在LF炉精炼时取炉渣,测试了两种砖的抗渣蚀性。其炉渣碱度(R)为2.32,FeO含量4.54,可直观看出镁钙碳试样氧化层比镁碳试样氧化层薄,与炉渣反应较厚,未反应面积比较大;镁碳试样氧化脱碳层较厚,失碳量大。从样块整体看镁钙碳砖试样体积稍有膨胀,这在使用中会因此减少砖缝而降低蚀损。
4 结论
    镁钙碳砖是一种良好的钢包内衬材料,它具有良好的耐渣蚀,抗冲刷和热震稳定性。能够适应钢包的工作点,在LF炉精炼包使用后寿命比镁砖提高2～3倍。镁钙碳砖侵蚀速率仅是原砖的1/10。
参考文献
[1] 蒋明学,石 干,陈肇友.Mg-CaO-C系材料在高温真空
下的行为[J].耐火材料,1989,6:1-3.