一種新型低溫處理通氣磚的研制

一種新型低溫處理通氣磚的研制

1鋼包透氣性磚的材質(zhì)及性能為了提高鋼包的二次精煉效率，通常在鋼包底部設(shè)置土壤溶液去除磚，有效均勻地將鋼水溫分解成部分，防止韓含物順利漂浮。鋼包透氣磚是底吹氬工藝中最關(guān)鍵的功能性耐火材料,其使用條件非?？量?主要表現(xiàn)在熱應(yīng)力高度集中,工作面反復(fù)受急冷急熱作用,受到鋼水及渣的侵蝕、滲透作用,在鋼包澆鋼及氬氣對(duì)鋼水進(jìn)行攪拌時(shí),透氣磚受到高溫鋼水強(qiáng)烈的沖刷、剪切及磨損作用。因此,透氣磚是爐外精煉工藝能否順利實(shí)施的關(guān)鍵功能元件,其使用壽命的長(zhǎng)短直接影響鋼包的正常周轉(zhuǎn)和成本,提高透氣磚的使用壽命具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。目前,鋼包透氣磚的材質(zhì)主要是燒結(jié)鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)、高鋁質(zhì)、鉻鋼玉質(zhì)以及剛玉-尖晶石質(zhì)等。燒結(jié)鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)和高鋁質(zhì)透氣磚產(chǎn)能小,市場(chǎng)上大多數(shù)為鉻鋼玉質(zhì)或剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚,剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚性能稍優(yōu),所占市場(chǎng)份額較大,但它們均需要在1500℃以上燒成,能耗大,產(chǎn)品成本偏高。為此,本文研制了一種新型低溫處理鉻剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚,降低了能耗和產(chǎn)品成本,將其用于山西的鋼鐵公司,使用效果令人滿意。2測(cè)試2.1鎂鋁尖晶石的原料采用高純板狀剛玉(w(Al2O3)>99.8%,w(Na2O)<0.1%)、高純鎂鋁尖晶石(w(Al2O3)>74%,w(MgO)>2.4%)、單斜氧化鋯、球狀活性α-Al2O3、純鋁酸鈣水泥等為原料。2.2試驗(yàn)與檢測(cè)方法顆粒采用板狀剛玉,顆粒∶細(xì)粉=70∶30,試驗(yàn)配方見(jiàn)表1。表1中配方Ⅰ為燒成剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚的配方,其余均為低溫處理透氣磚的配方,試樣加水量為4.0～4.5%,振動(dòng)成型,試樣尺寸為160mm×40mm×40mm的條形試樣,成型后在常溫下養(yǎng)護(hù)48h,并在110℃下干燥24h,Ⅰ號(hào)樣在1550℃燒成3h,其余在350℃低溫處理8h。然后檢測(cè)試樣的體積密度、燒后線變化、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度、抗渣性等性能指標(biāo),以1100℃水冷出現(xiàn)大裂紋的次數(shù)來(lái)衡量試樣的抗熱震性。用靜態(tài)坩堝法測(cè)試樣的抗渣性。以坩堝底部侵蝕指數(shù)表示抗侵蝕性好壞:侵蝕性指數(shù)=熔蝕平均厚度/坩堝厚度×100%實(shí)驗(yàn)用渣的化學(xué)組成見(jiàn)表2。2.3工業(yè)試驗(yàn)綜合分析表1中各個(gè)配方的性能指標(biāo)后,從配方Ⅱ-Ⅳ中優(yōu)選出最佳的低溫處理透氣磚的配方,先后在A廠和B廠的鋼包上進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。3結(jié)果與討論3.1透氣性磚的配方設(shè)計(jì)從表3可見(jiàn):燒成透氣磚的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均略高于低溫處理透氣磚,配方Ⅱ-Ⅳ中引入單斜ZrO2后,透氣磚的體積密度、耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有所提高。3.2氧化鋯在磚體抗熱震性中的應(yīng)用從表4中可以看出,燒成透氣磚比低溫處理透氣磚的高溫抗折略高,侵蝕指數(shù)略低,但低溫處理透氣磚的抗熱震性明顯好于燒成透氣磚。就低溫處理透氣磚的三個(gè)配方相比,氧化鋯的引入明顯提高了材料的高溫抗折、抗熱震性,降低了材料的侵蝕指數(shù),改善了材料的抗侵蝕性。當(dāng)單斜氧化鋯加入量為4%,即按配方Ⅳ制成的低溫處理透氣磚,其高溫性能與燒成透氣磚的性能接近,抗熱震性明顯優(yōu)于燒成透氣磚。3.3低溫處理透氣性磚的配方設(shè)計(jì)綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,認(rèn)為配方Ⅳ的樣品性能最佳。選用配方Ⅳ的配料組成,低溫處理透氣磚的工藝流程圖如下:表5列出了低溫處理透氣磚和剛玉-尖晶石透氣磚的理化指標(biāo)。3.4應(yīng)用3.4.1底吹吹成包齡A鋼廠的鋼包容量為50t,為全連鑄生產(chǎn),澆注鋼種主要為普碳鋼,底吹氬時(shí)間為5～10min?，F(xiàn)在正常使用剛玉-尖晶石燒成透氣磚,透氣磚為整體式(內(nèi)裝式),平均底吹率為70%,最終底吹吹成包齡平均為75次。試驗(yàn)三塊整體式低溫處理的透氣磚,按正常工藝澆注,分別為7#、25#和33#鋼包。三個(gè)鋼包使用的全過(guò)程正常。7#、25#和33#鋼包包齡分別為:86次、86次和87次。底吹率分別為82%、80%和71%,平均底吹率為77.6%。最終底吹吹成包齡分別是84次、83次和83次,平均底吹吹成包齡83次,透氣磚殘余厚度100～120mm。從使用情況看,低溫處理的透氣磚平均底吹率為77.6%,比正常使用的剛玉-尖晶石燒成透氣磚平均底吹率70%上升7.6%,平均底吹吹成包齡高8次。低溫處理透氣磚的性能明顯優(yōu)于剛玉-尖晶石燒成透氣磚。3.4.2在b鋼的使用分析中3.4.2.1試驗(yàn)條件3.4.2.1.1流程轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼→鋼包內(nèi)脫氧合金化→90噸鋼包底吹氬(LF爐外精練)→連鑄3.4.2.1.2鉻鐵的制造碳結(jié)鋼、低合金鋼、焊條鋼、20#、拉絲鋼3.4.2.1.3干燥前的鋼水溫度方坯:1620～1710℃;板坯:1590～1660℃3.4.2.1.4固定壓力和流量開(kāi)吹0.5～1.3MPa;正常工作:0.3～0.8MPa;流量:240～330L/min3.4.2.1.5干燥時(shí)間吹氬站:2～10min/爐LF爐:15～30min/爐3.4.2.1.6鋼水袋關(guān)閉35～75min3.4.2.透水磚的制作現(xiàn)在正常使用剛玉-尖晶石燒成透氣磚,透氣磚為整體式(內(nèi)裝式)。一般情況下,一塊座磚配三塊透氣磚。三塊透氣磚合計(jì)底吹吹成包齡一般為70～75次,第一塊透氣磚的底吹吹成包齡一般為30～35次,第二塊為20～30次,第三塊為5～15次,底吹率平均為90%。3.4.2.2.試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)期間共收集了6個(gè)包役的使用情況,詳情見(jiàn)表6。3.4.2.底吹率的平均試用期間平均包齡為82.8次,透氣磚的底吹吹成平均包齡第一塊為38.6次,第二塊為27.5次,第三塊為10.8次,合計(jì)為76.9次,底吹率平均為92.9%。低溫處理透氣磚的平均底吹吹成包齡和底吹率略優(yōu)于剛玉-尖晶石燒成透氣磚。3.5zro2材料特性分析低溫?zé)赏笟獯u盡管具有抗熱震性較好,節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì),但由于使用前未經(jīng)高溫?zé)?內(nèi)部沒(méi)有形成尖晶石固溶體或者六鋁酸鈣等高溫結(jié)合相,使得材料的高低溫強(qiáng)度稍低,使用過(guò)程中容易被侵蝕。為了彌補(bǔ)強(qiáng)度方面的不足,本工作將單斜ZrO2引入材料中,得到了較好的實(shí)驗(yàn)及使用結(jié)果。為了從內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)方面得到解釋,我們將用后的低溫?zé)赏笟獯u殘轉(zhuǎn)進(jìn)行了分析。低熔點(diǎn)相成分為(wt%):由此看出,在使用過(guò)程中Cr2O3已固溶到尖晶石中。同時(shí)在低熔物中存在ZrO2和Cr2O3,這些都會(huì)增加液相的粘度,使得在高溫下渣不易向磚內(nèi)部滲透,提高材料的抗侵蝕性。圖4中也發(fā)現(xiàn)有很多板狀六鋁酸鈣(由于是二維照片,圖中呈針柱狀)。亮白色的ZrO2小顆粒均勻分布在基質(zhì)中間,強(qiáng)化了材料的基質(zhì)部分,這樣的結(jié)構(gòu)使得材料在接觸渣前已經(jīng)完成了高溫結(jié)合相生成的過(guò)程,使得材料強(qiáng)度增加。而在遠(yuǎn)離工作面的材料內(nèi)部由于溫度較低,燒結(jié)程度較低,結(jié)構(gòu)較疏松,這樣的結(jié)構(gòu)反而有利于熱震性的改善,使材料不易產(chǎn)生熱剝落。4顯微顯微結(jié)構(gòu)(1)新研制的低溫處理透氣磚具有良好的抗侵蝕性,尤其是抗熱震性明顯優(yōu)于燒成剛玉-尖晶石透氣磚;(2)低溫處理透氣磚在60t以下中小鋼包上,使用次數(shù)可以達(dá)到128次,明顯優(yōu)于燒成剛玉-尖晶石質(zhì)透氣磚,在90t以上大型鋼包精煉上使用效果略優(yōu)于剛玉-尖晶石透氣磚;(3)低溫處理透氣磚生產(chǎn)過(guò)程省略了高