鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐上的應用

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用，使用壽命大幅度提高。同時，由于鎂碳磚不需高溫燒成，節(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用。

5 O* _/ V' M$ Q6 @. T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)爐爐齡達千次的攻關目標。

本鋼煉鋼廠是于90年代開始在120t轉(zhuǎn)爐上應用鎂碳磚的，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)先進水平，為降低煉鋼成本奠定了基礎。
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8 v- W- s) B- J) H1 鎂碳磚的研制與生產(chǎn)

/ g7 }% s. ]: p- v4 c8 }) _1.1 原材料的選用
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& h/ [/ v* s7 h) p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，必須嚴格選用各種原材料。
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1.1.1 鎂砂的選擇

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。

鎂碳磚在使用過程中鎂砂顆粒的蝕損過程大致為:
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4 T# N. R) @9 \* ~/ S7 m$ n　 ①方鎂石顆粒與石墨在或高溫真空下產(chǎn)生固相反應如下:

　　　 MgO+C→Mg↑+CO↑
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　 生成的蒸汽和CO揮發(fā);
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8 b! P/ i6 s( H' B②方鎂石顆粒被熔渣化學熔損，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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+ N2 n. g* q" Y+ q　 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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- z: ?' ^+ I1 u2 m. L& L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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鎂碳磚的基質(zhì)部分由鎂砂細粉和石墨組成，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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- a5 l4 O% x- V1.1.2 碳素材料的選擇及加入方式
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8 g* F* S  a$ {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3700℃，它具有典型的片層狀結(jié)構、高的導熱率和低膨脹系數(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行考慮。

1.1.3 結(jié)合劑的選用
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結(jié)合劑是生產(chǎn)鎂碳磚的關鍵材料應具備以下條件:
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　 ①常溫下能保持適當?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;

' m: U  |% T0 a2 l0 M% h! f　 ②在熱處理過程中能進一步聚合，使制品有較高的強度;

9 c) I% K% K$ `9 I　 ③在升溫過程中應有較高的殘?zhí)夹裕⑴c其它碳素材料聚合，使制品有良好的高溫性能;

　 ④性能穩(wěn)定可靠。
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根據(jù)上述要求，經(jīng)過反復實踐，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。
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1.1.4 金屬添加物的選用
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0 c! |6 P! A  c. n1 j3 i# ~鎂碳磚的氧化脫碳是導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。
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6 g6 y, }5 ?4 N/ y/ b' f  `$ n1.2 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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. I* [/ R! G0 a& P6 ~, [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。

' G! {' l) s( f  e6 @實踐表明，采用多級配比、選用合適的細粉粒度生產(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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) u# ~7 s6 G4 `' D. P1 q1.2.2 泥料混練
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. l4 R5 U5 P! \9 K: m泥料混練的效果直接關系著制品的質(zhì)量。因此對成型工序應采取以下技術措施:
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　 ①將鎂砂顆粒預熱至40℃左右，確保混練均勻;

　 ②結(jié)合劑預熱至30~40℃，增加流動性;

6 f! Q7 a- j& s) `3 K# D* d　 ③將固化劑與樹脂預先混合再加人泥料中;

% {+ C& \! t6 K/ d+ A; O4 e( N　 ④嚴格控制樹脂加人量，要確保其均勻的潤濕泥料并防止結(jié)團，要保證捆料時間。
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加料順序為:鎂砂顆粒→石墨→結(jié)合劑→筒磨細粉→瀝青，必須確保總混練時間。

* D* |8 `% s; B8 O/ n1.2.3 成型

9 B7 {9 b: [$ S9 x4 y# k, |成型工序首先要選擇合適噸位的壓力機。成型時要準確控制泥料重量、確保布料均勻，打擊次數(shù)及輕重需滿足要求。
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1.2.4 熱處理

) g% g# J) d: L+ g) k鎂碳磚不需高溫燒成，但需進行熱處理。在150~200℃環(huán)境下進行24h烘烤后，物料與結(jié)合劑固化，使制品的強度達到要求。
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遠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)爐上的應用
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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，目前已達到萬次水平。

7 E( r! {, @& C5 a$ {( Z/ W2.1 轉(zhuǎn)爐爐襯砌筑
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轉(zhuǎn)爐爐襯由爐底、爐身(直段)、爐帽(錐段)等部位爐襯構成，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:應以滿足復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。
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1 C$ u8 V6 R8 ?- H% d/ N/ f( s/ X4 @2.2 鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐爐襯上的應用
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4 e  P# s6 @8 u3 N; i4 I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:

　 (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。
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　 (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)過程中應保持設計時確定的爐容比。
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7 {7 o+ `7 m8 W. R  b  O% v　 (3)供氧制度:確定科學、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。

　 (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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; @7 i; w6 z4 h* g" N! N　 (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:

　 ①鐵水:鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料。
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, v& v  ]: j4 ^8 z5 ^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。

　 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。

　 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對使用效果有很大影響，必須符合規(guī)定要求;
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* `" w# r& D' Q7 }　 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。

3 w  A. n) p/ F5 F6 f　 (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

! ?# L* c. ?3 J- ^　 ①濺渣護爐

  @3 L& H+ [& z1 J: y3 K* X( x, X　 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。
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　 ②及時修補爐襯
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  P! N; q% H& p3 F5 j8 ?, R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行修補。修補原則是:及時修補，在爐襯侵蝕不嚴重進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，必須及時進行更換。
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3 x7 o# {. ^' t" g' Y6 T6 [　 (8)生產(chǎn)組織

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、保證轉(zhuǎn)爐濺渣護爐、提高設備運轉(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)爐爐襯維護有較大影響。
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3 結(jié)論
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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)過不斷進行改進，轉(zhuǎn)爐平均爐齡已從最初的千次左右提高到2003年的9425次，最高爐齡達到10328次。
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5 F; x# D$ Y& p8 i. L3 Q7 |轉(zhuǎn)爐爐齡是衡量煉鋼廠管理水平的一項綜合技術指標，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。