镁质耐火材料在钢的二次精炼炉的应用

　　­高心魁

　　­(营口青花耐火材料公司)

­ 摘 要 介绍了镁质耐火材料应用于钢的二次精炼炉的理由及高级镁铬砖和优质镁钙砖­的一般生产工艺。对RH炉蚀损严重部位的耐火材料作了改进，介绍了无铬砖的性能。对­AOD炉和VOD炉用镁钙砖与镁铬砖的性价比作了分析，提出AOD、VOD、LF—VD配置高级­镁质耐火材料的用例。

炉外精炼装置，如RH、AOD、VOD、LF—VD等是我国近年来生产洁净钢采用较多的二次­精炼设备。我国耐火材料工作者立足国内矿产资源，选用国外原料补充，研发耐火材料新产­品，改进质量，不断满足钢的二次精炼需求。­

1 钢的二次精炼炉选用镁质耐火材料的理由(1)­

1.1镁质耐火材料的高温性能好，能适应钢的二次精炼要求

­以下是耐火氧化物以及氧化镁与一些氧化物形成复合氧化物的熔点或形成二元系的情况：

­MgO 2825℃，ZrO2 2677℃，CaO2600℃，Cr2O3~2400℃，A12O3 2045℃，SiO2 1723℃;­MgO.Cr2O3 2365℃，MgO.A12O3 2135℃，2MgO.SiO2 1900℃，2MgO.TiO2 1732℃，MgO.Fe2O3 1700℃;­MgO—CaO低共熔温度2380℃，MgO—ZrO2低共熔温度2150℃，MgO—FeO固溶体。­

由此可见，在常用耐火氧化物中，氧化镁的熔点最高，氧化镁可与许多氧化物或熔渣成­分形成高熔点化合物或固溶体，氧化镁与一些氧化物或熔渣成分形成的二元系的低共熔点­温度也很高。因此，炼钢、钢的二次精炼首选耐火材料应是含氧化镁的镁质耐火材料。

1.2为防止洁净钢增氧，应选用氧势低的钙质、锆质、镁钙质和镁尖晶石质耐火材料

Al、Si、Cr、Zr在铁液中的溶解度很大，而Mg、Ca在高温下以气态存在，溶解度很低。氧­化物CaO、ZrO2、MgO与A12O3、SiO2，Cr2O3相比，在1600℃钢液中溶解平衡时的氧分比小(氧势­低)，精炼炉衬选用钙质、锆质、镁钙质耐火材料有利生产低氧钢。复合氧化物莫来石­3A12O3.2SiO2、锆英石ZrO2.SiO2、镁橄榄石2MgO.SiO2、硅酸二钙2CaO.SiO2、铝酸钙CaO.A12O3­和镁铝尖晶石MgO.A12O3在1600℃钢液中溶解平衡时，镁铝尖晶石MgO.A12O3的氧分压小­(氧势低)，选用镁尖晶石砖有利生产低氧钢，渣则以碱性渣和铝酸钙为好。

­1.3镁钙耐火材料最有利于钢液脱硫、脱磷

­脱硫反应式：

­[S]+(O2-)=(S2-)+[O]或[S]+(CaO)=(CaS)+[O]

­[]—金属熔体相，()—熔查相。

从上面反应式可知，造CaO含量高的碱度渣，减少氧在钢液中的溶解量，有利于生产低­硫钢。­

脱磷反应式：­

2[P]+5[O]+3(CaO)=Ca3(PO4)2­

2[P]+5[O]+3(MgO)=MgO(PO4)2­

可看出，采用钙、镁耐火材料有利脱磷。

­1.4炼超低碳不锈钢最适宜用镁铬质耐火材料­

炼超低碳不锈钢不宜使用含碳砖，常选用镁钙砖和镁铬砖。镁铬砖在高温真空时有脱­碳作用，还可增加钢中铬含量：

­MgO.Cr2O3(s)+4[C]=2[Cr]+Mg(g)+4CO(g)­

2 RH炉用高级镁铬砖

­2.1高级镁铬砖生产工艺

­近二十年来，我国从国外引进十多套RH真空脱气装置，高级镁铬砖(泛指直接结合镁­铬砖、半再结合镁铬砖、再结合镁铬砖)也随之进口。我国耐火材料工作者为实现镁铬砖国­产化作了不懈努力，但由于RH炉用镁铬砖要求较高，.中国千佘家耐火材料企业中，能给­RH、AOD、VOD稳定提供高级镁铬砖的厂家只有几家，青花公司是最大供货商之一。

­青花公司拥有两座菱镁矿的开采权，用优选矿石生产镁质原料;采购优质进口高铬低铁­铬精矿为铬加人物;采用氧化电熔上艺合成镁铬砂;配料工艺以最大堆积密度、尖晶石分布­合理、有利于烧结为原则;采用德国EIRICH高速混练机加工泥料，来斯一布赫2000吨液压­机成型;进超高温隧道窑以1800~1850℃的高温烧成，并调节适合的烧成温度曲线和流体力­学制度。严格控制制品尺寸精度、理化性能和显微结构;根据要求对制品真空下盐浸渍和­磨、切、钻加工及预组装。青花公司RH炉用高级镁铬砖的产销量变化见图1。­

2.2 RH炉用高级镁铬砖各部位配置

青花公司根据不同用户的需求，为RH炉各部位隹产的镁铬砖牌号如下：浸渍管，下部­槽一再结合镁铬砖QDMGe—20，中部槽，加料孔一直接结合镁铬砖QZHMGe—16，半再结合­镁铬砖QBDMGe—18，上部槽一直接结合镁铬砖QZHMGe—16，半再结合镁铬砖QBDMGe—­12，永久衬，热弯瞥一直接结合镁铬砖QZHMGe—8。

­对镁铬砖在RH炉环流管上部使用后残砖进行区带化学分析表明，氧化铁和氧化硅侵­蚀是主要原因(图2)。为此研制了高铬的再结合镁铬砖QDMGe26取代原用的QDMGe20。再结合镁铬砖QDMGe26的高温抗折强度高下后者，而透气压降低到后者的二分之一,显微结­构中二次共晶石增多：再结台镁锗砖QDMGe26在B厂(主要炼IF钢)RH炉环流管上部使­用.寿命比原来提高17 4%。该砖在另一工厂RH炉(炼取向硅钢)的试验还在进行中。

­RH炉耐火材料使用寿命同冶炼钢种、冶炼条件、装备配置、耐火材料选择、修补措施等­有关。其大致使用寿命为浸靖管60~150次，下部槽120～500次(浸渍管寿命的2～3倍)，­上、中部槽1500～4000次(下部槽寿命的5～10倍)，热弯管3000～5000次。

2 4 RH炉耐火材料无铬化­

随着环保要求的提高，各剧为寅现无铬化，已经响低碳镁碳砖、镁尖晶石锆砖、镁错砖­镁铝钍砖在RH炉试验的报道。青花公司研制的镬铝尖晶石砖QMJ6和镁尖晶石错砖­QMJGl2(理化性能见表1)砌于两个工厂RH炉上部工作层大墙上，其使用寿命达到了镬铬砖­使用较好时的水平。

­3 AOD炉用镁钙砖

AOD炉是精炼不锈钢用褥最多的设备，全世界约鸯75%的不锈钢是凑AOD炉炼出来­的。离纯白云石砖、镁自云嚣砖和离级镁铬砖是AOD用得最普遍的耐火材料。

­3.1 AOD炉镁质砖配置­

太钢和上钢五厂是我国最早投运的不锈钢工厂，其18吨AOD炉曾用过直接结合镁铬­砖，随着镁钙砖的开发使用，镁铬砖的用量下降。日本钢厂AOD炉风口及风口区大多采用­高级镁铬砖砌筑。近年青花公司供货的国内几十家40吨以下的AOD炉，绝大部分采取的是­再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖砌筑风口及风口区，而镁钙砖OMG20砌筑筑其它部位。上钢­一厂、太钢和韩国埔项钢厂、日本知多钢厂等AOD炉衬则采用的是全镁钙砖方案。AOD炉­耐火材料选材的不同，主要是基于性价比的分折和考虑。

­抗渣性：对低碱度渣，镁铬砖优予镁钙砖;对高碱性度渣，镁钙砖优于镁铬砖。所谓高、低一般以CaO/SiO2≈2力界。

­高温强度：镁铬砖优于镁钙砖。1400℃保温0.5小时粒高温抗折强度。半在结合镁铬砖BDMGe18为4~8MPa，镁钙砖QMG20为2~4MPaa­ 热膨胀率与重烧收缩率:镁钙砖1600℃时的热膨胀率达到2.0%，比镁铭砖大20%;­1650℃保温2小时的重烧线收缩率前者为-0.3 ~ -0.5%，后者几乎为零，因此镁钙砖热衬应­避免降到室温的操作，否则，易出现炉衬开缝。

­对钢的洁净度影响:镁钙砖有利于避免钢液增氧，有利于脱疏、脱磷，镁铬砖对脱碳有­利，而且增铬(l}。­

防水化性:镁铬砖好。

­防污染性:镁钙砖好。­

总耐蚀损性:镁铬砖优于镁钙砖。­

价格:镁钙砖便宜，镁铬砖高，后者约是前者的I.5—2.5估。­

3.2镁钙砖的生产工艺要点­

镁钙砖由于其成分中有较多的游离CaO，所以其生产工艺同一般烧成砖比有较大的区­别，其主要点有:整个工艺过程的防水化措施;选择杂质(SiO2 ,Fe2O3、Al2O3)少的原料:镁砂­及合成砂的死烧程度高，体积密度大，矿物成分均匀;最佳配料选定;无水结合剂的使用;适­宜的泥料混练利成型制度;高温烧成，保证制品尽量致密和透气度小，保证制品外型精度，防止出现开裂、变形废品，是制定烧成制度的基点;强化制品的防水化处理及包装。­

配料工艺的主要内容之一是确定适宜的Ca0tMg0比。理论白云石的CaO/MgO比为­1.39，当砖中CaO/MgO比小于1.39，时，即可称为富镁白云石砖，或称镁白云石砖、镁钙砖。­在一定的原料基础和配种条件下，CaO/MgO比对制品的相关性能有以下影响: CaO/MgO比­高，即GaO含量越高时，镁钙砖的抗高砖渣能力强，抗渗透性和抗剥落性好，且有利于脱硫和­脱磷，但抗氧化铁的侵蚀性降低，高温压蠕变和重烧线变化大，耐水化性变差:Ca0/M夕比­低，MgO含量高时，镁钙砖的抗氧化铁侵蚀能力提高，高温压蠕变和重烧线变化变小，耐水化­性变强，但抗渗透性和抗剥落性变差。当选料和配料的差别大时，即使CaO/MgO比相同，镁­钙砖的性能也会有较大的变化(图3)。应根据使用条件的不同调整CaO/MgO比。 AOD炉风­口及风口区镁钙砖，青花公司产品为QMG30, CaO含量30% ,国外某公司产品CaO含量­36 %。图4示出青花公司近十年来镁钙砖产销量的变化。由于冶炼钢种和作业条件的不­同,AOD炉龄差别较大，除太钢外，国内大部分AOD炉炉龄不到100次，国外大多在10~­250次之间。­

3.4 VOD与VD真空精炼炉镁质砖­

我国的真空梢炼炉，阶RH外，VOD和VD较多，对超低碳，超低氮等特种不锈钢，通常采­用VOD炉精炼。由于VOD炉作业环境苛刻，冶炼周期长、高温、气体搅拌，特别是间歇操作，­使得VOD炉炉龄在所有精炼炉中最低。国内几家VOD炉炉龄多在20次以下，炉衬采用镁­钙砖和镁铬砖为多。­

VOD炉镁质砖例:太钢75吨VOD-渣线镁钙砖QMG30T，包壁包底QMG20T，包龄16-­20次;大钢24吨VOD—镁钙砖QMG20，包龄8次;半再结合镁铬砖QBDMGe18，包龄10—13­次;抚钢30吨VOD—半再结合QBDMGe 18，包龄12次;日本日新周南80吨VOD-渣线镁钙­砖QMG30 , Q包壁包底镁钙砖QMG20，包龄40-50次。­

LF - VD通常采用含碳耐火材料，根据用户需要，青花公司提供的含碳制品有镁碳砖、铝­镁碳砖，镁铝碳砖和镁钙碳砖。一般钢厂的耐火材料配置如下:渣线—镁碳砖QMT16A或QMT14A或QMT12A;包壁—铝镁碳砖QAMC70或QAMC65、镁钙碳砖QMGT3或镁碳砖QMT6A;包壁自由部—铝镁碳砖QAMC65或镁碳砖QMT6;包底—铝镁碳砖QAMC70或镁碳­砖QMT6;包底冲击区—镁碳砖QAMC80。

使用寿命:俄罗斯北方钢厂400吨转炉钢包，底吹氮，化学加热，VD占20%左右，包龄­100-120次;130吨电炉钢包，LF-VD30%左右，包龄80-100次;武钢100吨转炉钢包， VD20-30 %，包龄80-100次。­

结 语 镁质耐火材料适宜用于洁净钢生产。我国有丰富优质的镁矿资源，适当引进国­外先进耐火材料工业设备和特定原科，可生产出满足我国真空精炼和AOD精炼需要的镁质­耐火材料。随着我国洁净钢的快速发展和对耐火材料日益苛刻的要求，耐火材料工作者应­同冶金厂作者一道，开展更有针对性的开发研究工作。

参考文献

(1)陈肇友，田守信，耐火材料与洁净钢的关系，耐火材料.2004/4,219—225.­­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】