鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用

新陽機械人

鎂碳磚是70年代由日本九洲耐火材料公司渡邊明等開發(fā)研制成功的一種新型耐火材料,。由于該種含碳耐火制品具有耐火度高、抗渣侵性能好、耐熱振性強及高溫蠕變小等優(yōu)點，在電爐,、轉(zhuǎn)爐及精煉爐上廣泛得到應(yīng)用,，使用壽命大幅度提高,。同時，由于鎂碳磚不需高溫?zé)���,，�?jié)省能源,，制作工藝簡單，因而被日本乃至全世界許多國家迅速推廣應(yīng)用,。

我國自80年代初開始研制鎂碳磚,，經(jīng)電爐和精煉爐小批量使用后，收到較好的使用效果,。隨后,，鞍鋼三煉鋼、武鋼二煉鋼及首鋼等鋼鐵廠陸續(xù)在大,、中型轉(zhuǎn)爐上試驗鎂碳磚,，轉(zhuǎn)爐爐齡均大幅度提高。其中鞍鋼三煉鋼在轉(zhuǎn)爐上采用鎂碳磚后,，僅用一年時間就超額完成了“七·五”轉(zhuǎn)爐爐齡達(dá)千次的攻關(guān)目標(biāo),。
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本鋼煉鋼廠是于90年代開始在120t轉(zhuǎn)爐上應(yīng)用鎂碳磚的,，初次試驗就將轉(zhuǎn)爐爐齡由700次提高到1000次以上。在這以后隨著鎂碳磚的檔次不斷提高,，轉(zhuǎn)爐爐齡也有較大幅度的增加,。到2003年，本鋼轉(zhuǎn)爐爐齡已突破萬次,，接近國內(nèi)先進(jìn)水平,，為降低煉鋼成本奠定了基礎(chǔ)。

: e7 X4 Z$ ^& T3 ^* T1 鎂碳磚的研制與生產(chǎn)

1.1 原材料的選用
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研究與實踐表明,，原材料的質(zhì)量性能對鎂碳磚使用效果有較大影響,。因此，必須嚴(yán)格選用各種原材料,。

6 \9 M! y5 i$ x1.1.1 鎂砂的選擇
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鎂砂是生產(chǎn)鎂碳磚的主要原料,。要確保鎂碳磚的質(zhì)量要求，應(yīng)選用低雜質(zhì),、高純度,、經(jīng)過電爐重熔且結(jié)晶發(fā)育完好的鎂砂。
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+ J0 B) C0 Y4 t) F# f鎂碳磚在使用過程中鎂砂顆粒的蝕損過程大致為:

3 J! N% q) ~) z/ _; l+ j; V　 ①方鎂石顆粒與石墨在或高溫真空下產(chǎn)生固相反應(yīng)如下:

0 K* W- o3 j% b! c$ x　　　 MgO+C→Mg↑+CO↑
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　 生成的蒸汽和CO揮發(fā);
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( Z% A' u$ _4 ]9 r' R& @% W  U②方鎂石顆粒被熔渣化學(xué)熔損,，包括外來爐渣及鎂砂雜質(zhì)中的各類氧化物的熔損;
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% }# l; H0 _9 I( \1 S4 ?' P' ?　 ③鎂碳磚工作層基質(zhì)氧化脫碳后,，其結(jié)合強度降低.在爐渣的滲透及沖刷下，方鎂石顆粒脫離磚體被沖裹進(jìn)爐渣內(nèi),。

在充分考慮上述因素后,，使用的鎂碳磚選用了方鎂石結(jié)晶晶粒大、結(jié)合力強,、雜質(zhì)少的高氧化鎂含量的鎂砂作為主要原料,，這種鎂砂不僅能降低方鎂石晶體被硅酸鹽相分割程度，減少熔渣對晶界的侵蝕速度,，還可以提高鎂砂與石墨高溫共存時的穩(wěn)定性,。此外，由于其體積密度大,、結(jié)合力強,，在鎂砂加工過程中可得到邊界棱角鮮明的顆粒，加強與基質(zhì)的鑲嵌結(jié)合,，提高鎂砂顆粒在鎂碳磚中的穩(wěn)定性,。
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電熔鎂砂與燒結(jié)鎂砂相比具有方鎂石結(jié)晶粒粗大、顆粒體積密度大等優(yōu)點,，是使用的鎂碳磚中主要選用的原材料,。考慮到使用效果與成本,，使用的鎂碳磚按不同比例選用各種級別的電熔鎂砂,。
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鎂砂的顆粒配比對鎂碳磚的使用效果影響也比較大,。粗顆粒作為骨料在配料中占有較大比例，而臨界尺寸的確定對磚的物理性能更有重要的影響,。經(jīng)過多年的實踐,，使用的鎂碳磚選用了合適的粗顆粒臨界粒度與比例。
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7 D( C, W9 W  ]2 [鎂碳磚的基質(zhì)部分由鎂砂細(xì)粉和石墨組成,，其品位對磚的使用性能有較大影響,。經(jīng)過多次調(diào)整，選用了滿足本鋼條件下使用的鎂碳磚的基質(zhì)組成部分,。
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1.1.2 碳素材料的選擇及加入方式
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* S* a7 `2 n  }0 H, p4 ~碳素材料也是生產(chǎn)鎂碳磚的主要原料,。其種類很多，本鋼使用的鎂碳磚選用天然鱗片狀石墨,。

天然鱗片石墨的熔點高達(dá)3700℃,，它具有典型的片層狀結(jié)構(gòu)、高的導(dǎo)熱率和低膨脹系數(shù)及彈性模量,，是生產(chǎn)鎂碳磚理想的碳素材料,。石墨的純度越高、鱗片越厚大,，抗氧化性能就越好.高溫失重也就越小,，但同時價格也就越高。因此,，本鋼使用的鎂碳磚在選擇石墨時將使用效果與成本綜合進(jìn)行考慮,。

6 G6 Z; Z  W$ T/ P6 b/ q  d1.1.3 結(jié)合劑的選用

結(jié)合劑是生產(chǎn)鎂碳磚的關(guān)鍵材料應(yīng)具備以下條件:

& A1 u% X! T6 f% A　 ①常溫下能保持適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有裕瑢︽V砂和石墨有良好的潤濕性和親和性,，不產(chǎn)生時效硬化;
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+ o# y" O1 g; ~( ]　 ②在熱處理過程中能進(jìn)一步聚合,，使制品有較高的強度;

2 h* O7 n9 H' g- m! a/ s  q　 ③在升溫過程中應(yīng)有較高的殘?zhí)夹裕�并與其它碳素材料聚合,，使制品有良好的高溫性能;
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　 ④性能穩(wěn)定可靠,。

, ~5 X4 N: {5 D# K根據(jù)上述要求，經(jīng)過反復(fù)實踐,，選用了熱塑性酚醛樹脂結(jié)合劑作為生產(chǎn)鎂碳磚的結(jié)合劑。

1.1.4 金屬添加物的選用

鎂碳磚的氧化脫碳是導(dǎo)致其蝕損的重要原因,。鎂碳磚脫碳后,，造成了基質(zhì)疏松、結(jié)合強度降低,，被爐渣滲透熔損,，鎂砂骨料脫落。向鎂碳磚中添加一些與氧的親和力大于碳的金屬粉末,，可大大提高鎂碳磚的抗氧化能力及高溫強度,。但由于各種金屬添加物的價格較高,，在選用時需兼顧成本和使用效果。

) r% Q. U9 ]! G8 e% u* T: Y' H1.2 鎂碳磚主要生產(chǎn)工藝參數(shù)的確定
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1.2.1 鎂砂顆粒級別的確定
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鎂砂顆粒級別配比是否合理,，決定了物料的堆積密度,，也直接影響鎂碳磚的密度和強度。

$ p  I+ X0 }* K  X' u) c實踐表明,，采用多級配比,、選用合適的細(xì)粉粒度生產(chǎn)出的鎂碳磚具有較高的密度和強度，可以滿足使用要求,。
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1.2.2 泥料混練
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7 f, Z& z% T' }& @3 P6 D: Q泥料混練的效果直接關(guān)系著制品的質(zhì)量,。因此對成型工序應(yīng)采取以下技術(shù)措施:

( l% t1 y3 `+ S3 A# P' j　 ①將鎂砂顆粒預(yù)熱至40℃左右，確�,；炀毦鶆�;
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　 ②結(jié)合劑預(yù)熱至30~40℃,，增加流動性;

　 ③將固化劑與樹脂預(yù)先混合再加人泥料中;
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0 y- D) T! Q2 q8 M4 W　 ④嚴(yán)格控制樹脂加人量，要確保其均勻的潤濕泥料并防止結(jié)團(tuán),，要保證捆料時間,。
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! Y) O- A% p# B  q; U, B加料順序為:鎂砂顆粒→石墨→結(jié)合劑→筒磨細(xì)粉→瀝青,，必須確�,？偦炀殨r間。

1.2.3 成型

成型工序首先要選擇合適噸位的壓力機,。成型時要準(zhǔn)確控制泥料重量,、確保布料均勻，打擊次數(shù)及輕重需滿足要求,。

1.2.4 熱處理
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鎂碳磚不需高溫?zé)���,，但需進(jìn)行熱處理。在150~200℃環(huán)境下進(jìn)行24h烘烤后,，物料與結(jié)合劑固化,，使制品的強度達(dá)到要求。
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遠(yuǎn)紅外線加熱室具有加熱均勻的特點,，因此被廣泛用于鎂碳磚熱處理,。
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2 鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用
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' \! V1 m; k. W6 _6 D) b本鋼120t轉(zhuǎn)爐自90年代開始使用鎂碳磚砌筑爐襯，轉(zhuǎn)爐爐齡大幅度上升,，目前已達(dá)到萬次水平,。
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! F$ _/ _6 ]2 r/ @  H2.1 轉(zhuǎn)爐爐襯砌筑
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( y$ Y7 C; s$ m4 N6 ?& X轉(zhuǎn)爐爐襯由爐底、爐身(直段),、爐帽(錐段)等部位爐襯構(gòu)成,，其中爐身(直段)、爐帽(錐段)的交界處砌筑出鋼口磚,，各部位均爐襯均包括有工作層,、永久層和隔熱層,。對爐底的砌筑要求是:應(yīng)以滿足復(fù)吹及確保球型表面為原則，同時各層的所留縫隙及填料需符合使用要求,。爐身(直段),、爐帽(錐段)的砌筑方針是:橫平、豎直,、背緊,、靠實和歸圓。出鋼口的砌筑要滿足于外法蘭中心對正,。

2.2 鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐爐襯上的應(yīng)用

/ E/ K3 z. e) D) }# y盡管鎂碳磚具有耐火度高,、抗渣侵性能好、耐熱振性強及高溫蠕變小等優(yōu)點,，但使用環(huán)境對其使用效果仍有較大影響,。具體有以下幾個方面:

( B9 j' @$ F0 J　 (1)裝入制度:即確定轉(zhuǎn)爐合理的裝入量，合適的鐵水,、廢鋼比,。確定轉(zhuǎn)爐裝入量，除了考慮要有一個合適的爐容比外,，還應(yīng)保持合適的熔池深度,。為保證爐底不受氧氣射流的沖擊, 熔池深度必須超過氧流對熔池的最大穿透深度。

　 (2)爐容比:合適的爐容比對轉(zhuǎn)爐煉鋼操作有一定的影響,。爐容比過大則會增加煉鋼成本;爐容比過小則容易出現(xiàn)噴濺,，降低爐襯使用壽命，不利于提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率,。因此在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中應(yīng)保持設(shè)計時確定的爐容比,。

　 (3)供氧制度:確定科學(xué)、合理的供氧制度,，保證雜質(zhì)去除速度,、熔池升溫速度、造渣速度,、控制噴濺和去除鋼中氣體與夾雜物,，合理控制終點碳和溫度，對轉(zhuǎn)爐強化冶煉,、擴大鋼的品種,、提高鋼的質(zhì)量以及提高爐襯使用壽命都有重要影響。
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- |- G) a* f" r' y& ^- A+ k8 ?　 (4)造渣制度:轉(zhuǎn)爐爐渣狀況對爐襯侵蝕程度有較大影響,。制定合理的造渣制度不僅可以確保轉(zhuǎn)爐冶煉順行、降低原材料消耗,，還可以減緩轉(zhuǎn)爐爐渣對爐襯的侵蝕,，提高爐襯使用壽命,。
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# p7 x& M& W' Q5 y! N: c: r! u　 (5)原材料質(zhì)量:轉(zhuǎn)爐煉鋼用原材料質(zhì)量對爐襯壽命有一定影響。具體有:

6 s9 v# f' j% g+ R　 ①鐵水:鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料,。

# O* O9 v( t- S' V. h合適的硅含量,、低硫含量、具有高而穩(wěn)定的溫度,、帶渣量少的鐵水對保證轉(zhuǎn)爐冶煉操作穩(wěn)定,、減少爐襯侵蝕速度具有重要作用。

6 Z* h9 Q0 Z  q% R7 Y& p" d　 ②廢鋼:廢鋼是用于平衡轉(zhuǎn)爐熱量的材料,。其塊度,、各種元素含量及清潔程度直接影響轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕速度。一般對廢鋼的要求有:塊度大小應(yīng)保證能從爐口順利加入,，不能過重,，不得混入鐵合金，不能帶入任何雜質(zhì),，各種成分含量需符合規(guī)定要求,。

4 ]: f; X% `$ r8 P3 r　 ③造渣材料:石灰是煉鋼主要造渣材料，其有效氧化鈣,、生過燒率以及活性度指標(biāo)對使用效果有很大影響,，必須符合規(guī)定要求;
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9 O& _" _; W  L$ R$ d　 ④調(diào)渣劑:為確保爐渣中保持一定的氧化鎂含量，減少爐襯鎂含量的流失,，在造渣過程中需加入一定的調(diào)渣劑,。因此要求調(diào)渣劑中要具有一定的鎂含量，同時雜質(zhì)含量要符合規(guī)定要求,。⑤助熔劑:由于螢石供應(yīng)原因及使用時的副作用,，因此現(xiàn)在一般采用鐵錳礦石、氧化鐵皮或鐵礦石作為助熔劑,。
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　 (6)溫度制度:煉鋼過程溫度控制和終點溫度控制對轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕速度影響也比較大,。因此，在滿足鋼水澆鑄的前提下,，煉鋼過程溫度控制和終點溫度越低對提高爐襯壽命就越有利,。

　 (7)轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)

# e: ^2 ?" `4 u( |6 \　 ①濺渣護(hù)爐

" z: Z4 H; O0 B8 P; M5 N! \; f　 濺渣所用的終點爐渣要“濺得起、粘得住,、耐侵蝕”,。故首先要調(diào)整好爐渣的成分、溫度和流動性,，濺渣時需采用合適的槍位,、壓力及流量，要保證有充足的濺渣時間。

1 K% p/ I& J- f: E9 A+ i+ \9 Z1 [+ W% h　 ②及時修補爐襯

3 S; Y; }& m/ h轉(zhuǎn)爐前,、后大面及兩側(cè)耳軸是易損部位.在轉(zhuǎn)爐服役過程中必須進(jìn)行修補,。修補原則是:及時修補，在爐襯侵蝕不嚴(yán)重進(jìn)行修補可提高補爐效果,，包括前后大面和兩側(cè)耳軸,。如果侵蝕嚴(yán)重了再補爐或噴補，則會大大降低補爐效果,。出鋼口狀況不僅影響其使用安全,，同時也影響鋼水質(zhì)量，必須及時進(jìn)行更換,。
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　 (8)生產(chǎn)組織

7 @0 Y5 T  O6 y4 |5 P* _生產(chǎn)組織是否合理對轉(zhuǎn)爐爐齡也產(chǎn)生一定影響:減少鐵水或鋼水的泡爐時間,、及時安排轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)、保證轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐,、提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率以減少轉(zhuǎn)爐熱停時間,、根據(jù)品種計劃合理安排生產(chǎn)等等。這些因素都對轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)有較大影響,。

3 M4 Y; K' P8 `( ]; k3 結(jié)論
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' \) s! K* q0 c. \6 f: j5 K鎂碳磚具有生產(chǎn)工藝簡單,、理化性能優(yōu)良、對環(huán)境沒有任何污染,、施工方法簡便的特點,，被廣泛用于各種冶金爐窯。本鋼煉鋼廠于90年代初期將鎂碳磚用于轉(zhuǎn)爐砌筑,，經(jīng)過不斷進(jìn)行改進(jìn),，轉(zhuǎn)爐平均爐齡已從最初的千次左右提高到2003年的9425次，最高爐齡達(dá)到10328次,。
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轉(zhuǎn)爐爐齡是衡量煉鋼廠管理水平的一項綜合技術(shù)指標(biāo),，影響因素多且互相牽連。不僅對煉鋼成本產(chǎn)生直接影響,，同時也對煉鋼廠的生產(chǎn)效率有較大的影響,。轉(zhuǎn)爐爐齡的大幅度提高，對降低煉鋼成本,、提高煉鋼生產(chǎn)效率具有重大意義,。