第31卷第3期2008年6月山东陶瓷SHAN DONG CERAMICSVol.31No.3J un.2008·综述·文章编号:1005-0639(2008)03-0003-05镁碳砖在转炉各部位上的应用贺东强(国家轻工业陶瓷耐火材料质量监督检测宜兴站,宜兴214221)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。

本文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;发展趋势中图分类号:TQ175.7文献标识码:A前言炼钢转炉是不需要外加热源,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)与送入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两种;根据气体吹入炉内的部位,转炉分为底吹、顶吹、侧吹和顶底复合吹炼转炉。

镁碳砖耐火度高、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。

在电炉、转炉及精炼炉上广泛得到应用,使用寿命大幅度提高。

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。

我国自上世纪80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,原材料的质量性能对镁碳砖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使用过程中镁砂颗粒的蚀损过程大致为:①方镁石颗粒与石墨在高温真空下产生固相反应如下:MgO+C→Mg↑+CO↑生成的蒸汽和CO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裹进炉渣内。

日本学者对电熔镁砂中MgO含量与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,其结果见图1、图2。

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CaO/SiO2≥2。

在充分考虑上述因素后,使用的镁碳砖选用了方镁石结晶晶粒大、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收稿日期:2008205208 表1镁砂的理化指标(wt%)名称MgO≥CaO≤SiO2≤Al2O3≤Fe2O3≤I.L 体积密度g/cm3≥电熔镁砂98.5 1.00.40.20.4 3.5097.0 1.5 1.50.30.8 3.45烧结镁砂97.50.40.3 3.3095.0 1.6 2.20.3 3.20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,是镁碳砖中主要选用的原材料,成分见表1。

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3700℃,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L197牌号石墨,其他部位宜选择L195牌号石墨,对石墨中SiO2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,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,使制品有较高的强度;③在升温过程中应有较高的残碳性,并与其它碳素材料聚合,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。

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。

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。

碳化硅:防氧化效果与硅粉相同,使用部位也相同。

铝粉:防氧化效果良好,主要使用在转炉渣线部位。

碳化硼:防氧化效果良好,主要使用在转炉出钢口部位。

以上防氧化剂在使用上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4山东陶瓷第31卷　图3　生产工艺流程表2镁碳砖分类品种主要原料高档镁碳砖大结晶电熔镁砂、98电熔镁砂、96以上天然磷片石墨中档镁碳砖97电熔镁砂、94以上天然磷片石墨低档镁碳砖重烧镁砂、高纯镁砂、90以上天然磷片石墨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,有时还要考虑其对其他性能的贡献,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,从而提高该制品的抗冲击性能。

2　生产工艺流程镁碳砖的生产工艺流程见图3。

2.1　泥料的配比(%)电熔烧结镁砂70～85,鳞片状石墨15～20。

添加剂5～10;酚醛树脂(外加)5～7,固化剂适量。

实践表明,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、低三档,见表2。

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40℃左右,确保混练均匀;②结合剂预热至30～40℃,增加流动性;③将固化剂与树脂预先混合再加入泥料中;④严格控制树脂加入量,要确保其均匀的润湿泥料并防止结团,要保证困料时间。

加料顺序为:镁砂颗粒→石墨→结合剂→筒磨细粉→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力机。

成形时要准确控制泥料重量、确保布料均匀,打击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150～200℃环境下进行24h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/T4074-1991黑色冶金行业标准中规定:砖按碳含量分为三类,每类又分为三个牌号,理化指标应符合表3。

3　镁碳砖在转炉炉衬上的应用3.1　转炉各部位炉衬的工作条件转炉各部位炉衬的工作条件见表4。

3.2　镁碳砖在转炉上的应用炉口、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钢水的喷溅作用容易造成化学侵蚀、磨损、冲刷以及装入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CO2、O2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。

4　镁碳砖技术发展趋势4.1　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5　第3期 贺东强:镁碳砖在转炉各部位上的应用 表3镁碳砖的理化指标项目M T10A M T10B M T10C M T14A M T14B M T14C M T18A M T18B M T18C MgO%≥807876767474727070C%≥101010141414181818显气孔率%≤456456345体积密度g/cm≥3 2.90 2.85 2.80 2.90 2.82 2.77 2.90 2.82 2.77常温耐压强度MPa≥403530403525403525高温抗折强度MPa≥1400℃30min65412851074 表4转炉各部位炉衬的工作条件部位炉衬工作条件炉口装料、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、渣时受机械撞击炉帽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炉身装料侧受废钢及铁水的撞击与冲刷,温度变化大出钢侧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耳轴区炉衬挂渣少,空炉时砖中碳素被氧化;炉子倾动时受异常力的作用渣　线炉渣侵蚀炉　底受钢水剧烈冲刷与磨损顶底复合吹炼转炉底供气砖受钢水及炉渣化学侵蚀与剧烈冲刷,温度骤变及氧化作用出钢口受钢水冲刷,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使用部位化学成分%MgO固定碳显气孔率%体积密度g/cm3常温耐压强度MPa1400℃×30min高温抗折强度MPa砖的特征炉口80.112.1 2.4 3.065514　低碳镁碳砖炉帽75.117.5 1.9 3.004614～15　中碳镁碳砖炉帽73.218.9 2.5 2.994316　高碳镁碳砖用优质镁砂石墨装料侧77.217.1 1.8 3.025216　以优质镁砂石墨为原料炉身74.216.9 1.8 2.994614耳轴77.216.8 1.8 2.994516～18　添加新型抗氧化剂风口周围75.318.6 2.2 2.984419　大结晶镁砂并添加新型氧化剂炉底75.617.2 2.0 2.984214验使用,使用效果基本能达到镁铬砖的使用效果,但是该镁碳砖成本惊人。

纳米技术能否在镁碳砖生产上得到推广,现在还不乐观。

4.2　超低碳镁碳砖:在冶炼超低碳钢和不锈钢时,对镁碳砖中碳含量提出了新的要求,要求制品具有高碳镁碳砖的性能的同时,碳含量尽可能低,目前碳含量在5%以下的低碳镁碳砖已经是比较成熟的制品,进一步研发碳含量在3%以下的镁碳砖是某些生产商正在进行的任务。