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粘土砖常用的5种炉外精炼炉用耐火材料的无铬化历程

文章编辑:耐火材料 发表时间:2021-03-30 浏览次数:70次


在2021.03.30日常用的5种炉外精炼炉用耐火材料的无铬化历程
国内外企业都在逐步采用其他材质的材料进行替代,但是由于镁铬砖的污染,传统的炉外精炼主要采用镁铬耐火材料作为内衬。下文中对常用的5种炉外精炼炉用耐火材料的无铬化历程做了一个简单的介绍:

1、RH精炼炉用耐火材料的无铬化

由于镁铬质耐火材料容易污染环境,对人体有害,各钢铁企业都在试验寻找替代产品,粘土砖先后试用过烧成镁锆砖、镁尖晶石砖、镁尖晶石钛砖、镁尖晶石锆砖和不烧低碳镁碳砖,均没有克服使用寿命低、成本高的难题。

通过实践,宝钢实现了以不烧镁尖晶石砖为主体,结合部分刚玉-尖晶石浇注料整体浇注浸渍管,实现了对RH精炼炉的浸渍管、环流管、下部槽和中上部槽等部位整槽镁铬质耐火材料的替代。工业试用表明:不烧镁尖晶石砖在RH炉各部位使用寿命与镁铬砖相当,生产成本下降,宝钢所有精炼炉都采用不烧镁尖晶石砖取代镁铬砖,实现了无铬化。

RH浸渍管

首钢京唐公司通过镁尖晶石体系中引入轻烧氧化镁细粉和氧化铝微粉,并加入金属铝粉,可以有效提高不烧镁尖晶石砖的高温强度、抗钢液冲刷能力及抗剥落性能。

经过RH炉耐火材料无铬化试验证明:用不烧镁尖晶石砖,RH炉钢水氮含量控制更稳定,使用寿命超过含铬耐火材料,取得良好的经济效益和社会效益。其RH炉无铬耐火材料整体配置方案见表1。

浸渍管与环流管和下部槽受到冲击侵蚀和剥落作用最强,下部槽及以下部位耐火材料消耗量大,性能要求高,因此无铬化开发重点在于浸渍管与环流管。首钢京唐公司RH炉下部槽下线的无铬耐火材料试验,实物可见浸渍管与环流管温层浇注料完整,内层无铬的不烧高纯体系镁尖晶石砖侵蚀均匀,与镁铬砖相比,耐侵蚀能力相当,耐渣渗透能力略优,含氮过程控制相对稳定。

表1RH炉无铬耐火材料整体配置方案

无铬耐火材料——不烧镁尖晶石砖,降低了耐火材料生产能耗,提升绿色制造水平。还有一些替代的耐火制品,如Shimizu等在RH炉下部槽应用MgOY2O3砖,得出与镁铬砖相同的耐用性,开发的MgO尖晶石-Y2O3砖,有效改善了MgO-Y2O3砖的抗热震性,提高了使用寿命;Lshii等研究的由电熔镁砂、精细石墨粉和Si粉制造的石墨含量3%(w)的低碳镁碳砖,使用寿命比镁铬砖寿命提高15%;陈松林等研究镁锆砖认为,砖中的ZrO2与渣中的CaO迅速形成具有高熔点的CaZrO3,能起到阻止钢液熔渣进一步侵蚀的作用,使镁锆砖最有希望代替镁铬砖。

2、DH真空脱气炉用耐火材料的无铬化

20世纪70年代得到迅速发展,并实现了大型化、高产化。DH炉开始使用高铝砖、镁砖。后来上部槽改用直接结合镁铬砖,下部槽使用电熔再结合镁铬砖,效果良好。近年来,发展无铬化耐火材料,已改用MgO-C砖或方镁石-尖晶石砖。
 

3、AOD精炼炉用耐火材料的无铬化

AOD是氩氧脱碳法的简称。熔化好的钢液倒入AOD炉中,用一定比例的氧氩或氮混合气体,从炉体下部侧墙吹入炉内,通过降低CO分压,实现脱碳的目的,是不锈钢冶炼的标准工艺,世界上85%以上的不锈钢由该工艺生产出来。现在又增加了顶氧枪,通过顶氧枪和底侧墙复吹,使炉体侵蚀特征发生变化。

太钢是我国的不锈钢生产基地,有45t和180t的AOD炉,它们都采用顶底复吹进行不锈钢脱碳精炼。由于AOD炉各部位的工作环境不同,其侵蚀速度也不同,风口吹入大量高压气体(O2、Ar、N2),风口部位耐火材料的侵蚀速度远大于其他部位;冶炼过程要经过氧化、还原、精炼等4个时期,各期的炉渣碱度变化很大,由酸性1.0左右变到碱性3.0以上,再回落到2.0以下,渣线区耐火材料要经受不同碱度高温熔渣的化学侵蚀和机械冲刷,是炉衬使用的又一薄弱区域。

太钢原先风口采用镁铬砖,渣线区域采用镁钙砖,后来根据部位采用不同型号的全镁钙砖,不同部位采用不同厚度的炉衬的砌筑方式。通过不断的摸索与改进,太钢45tAOD炉2004年平均炉龄达150次,达189次;180tAOD炉炉龄达150次。

4、VOD炉用耐火材料的无铬化

VOD炉即精炼钢包,VOD法即真空吹氧脱碳法,即在一定的真空度下,向钢液吹氧气,降低CO分压以实现脱碳的精炼方法。

其做法是将预脱碳的钢液倒入VOD钢包中,然后吊入真空罐内,在吹氩搅拌同时开始抽真空,当真空度达到一定值时,开始吹氧脱碳,调整温度和成分后便可进入下一道工序,即连铸或LF。VOD不锈钢精炼钢包同时也是LF精炼钢包。

太钢VOD炉衬,开始包壁工作层使用镁铬砖,渣线及净空部位使用镁碳砖,炉衬平均寿命仅有8次,后改为全镁铬砖包衬,平均包龄10.9次,又将包衬改为全镁钙质砖,平均包龄18次,达23次。抚顺钢厂30tVOD炉衬渣线部位优质镁铬砖和再结合镁铬砖,使用寿命为12次。炉渣渗入镁铬砖深处,形成较厚的变质层,在温度剧变时造成剥落;镁铬砖在高温真空下蒸发损失,在还原精炼期镁铬砖中的氧化铬被还原,失去镁铬尖晶石结合基质,易遭受磨损和侵蚀。

镁钙质耐火材料使用效果比镁铬砖好,完全可以替代镁铬砖。

5、CAS精炼处理装置用耐火材料的无铬化

日本有的钢厂最初采用直接结合镁铬砖作为CAS-OB-RP隔离罩身耐火材料内衬,后改为镁碳砖代替镁铬砖。我国宝钢CAS隔离罩用耐火材料,开始使用Al2O3含量90%以上的刚玉质浇注料,后改用凝聚结合的刚玉-尖晶石浇注料。

另外,VAD精炼钢包及ASEA-SK精炼钢包,国外有的单位使用再结合镁铬砖及直接结合镁铬砖,现在也都改为镁碳砖或镁白云石砖等。


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