炉外精炼用耐火材料介绍

发布时间：2019-10-15 06:44:43 作者：admin 浏览：501

精炼炉用耐火材料对保证精炼过程的正常进行和精炼钢的质量十分重要。尽管精炼方法多样、操作各异，但钢包内衬所处条件却有许多共同之处,下面请看详细介绍。

炉外精炼是获得高质量连铸钢水的重要环节。现在转炉一炉外精炼一连铸或电炉一炉外精炼一连铸已成了较普遍采用的模式。
由于炉外精炼用耐火材料所处的工作环境十分恶劣，因此,要求其必须具有下列性能：
(1)在高温和真空下，耐火材料自身的挥发性要小。
(2)在真空下，耐沸腾的钢水的侵蚀和冲刷。
(3)具有较高的热机械性能。
(4)具有良好的抗热震性。
目前在国内常见的炉外精炼装置主要有：RH、DH真空脱气装置、LF、VAD、AOD和ASEA、SKF精炼包等。它们所用的耐火材料主要有：高铝砖、镁铬砖、刚玉浇注料、镁碳砖和白云石砖等。
1、镁铬系耐火砖镁铬系耐火砖分直接结合镁铬耐火砖、再结合和半再结合镁铬耐火砖。镁铬耐火砖在炉外精炼炉如VOD、AOD以及RH浸渍管、真空室使用效果较好。镁铬耐火砖的损毁原因主要考虑熔渣渗入而使耐火砖体变质引起的结构剥落。目前，大部分国家限制使用镁铬耐火砖，一方面是由于其中的铬会造成环境污染，另一方面价格相对镁尖晶石砖或刚玉尖晶石浇注料更高，再有我国《产业结构调整指导目录》（2007年本）也将“含铬质耐火砖生产线”列限制类生产项目。
2、镁锆系耐火砖
镁锆系耐火砖主要为烧成镁锆耐火砖。镁锆砖在炉外精炼炉如RH浸渍管、真空室使用效果较好。镁锆砖的损毁原因主要考虑熔渣渗入而使耐火砖砖体变质引起的结构剥落。目前，镁锆砖没有大量使用，一方面是由于其中的锆会偏析，产品质量稳定性不好，另一方面价格相对镁尖晶石砖或刚玉尖晶石浇注料更高。
3、尖晶石系列耐火砖尖晶石系耐火砖分为富镁尖晶石系耐火砖和富铝尖晶石系耐火砖两大类。其中的富镁尖晶石系列耐火砖在精炼炉如VOD、AOD以及RH真空室和底部使用效果较好。镁尖晶石砖的损毁原因主要考虑熔渣渗入而使砖体变质引起的结构剥落。其中的富铝尖晶石系列耐火砖在精炼炉如RH真空室下部和底部、浸渍管外部使用效果较好。
铝尖晶石耐火砖的损毁原因主要考虑熔损和结构剥落。目前，尖晶石系列耐火砖逐步得到推广应用，一方面是由于原耐火砖指标稳定可靠，产品质量可控性好，尖晶石本身具有的抗热震性好、抗渣性好、强度高、高温体积稳定性好等优点,明显提高了耐火砖的性能，另一方面价格相对镁铬砖或镁锆砖更低，尤其是不烧耐火砖，节能减排效果好。
真空高温范围大，与碱度变化大的炉渣接触反应，并经受钢水一熔渣一气流的剧烈冲击，以及电弧辐射热和激烈的热震作用。
为此，研制能耐高温、抗侵蚀、耐冲刷、抗热震、在高温真空下较稳定的优质耐火材料，对延长炉衬寿命、冶炼洁净钢，降低成本是至关重要的。
选择耐火材料的依据
A温度一般精炼温度高达1550-1700℃甚至1800℃。对AOD炉曾进行测定，当最高温度提高l0℃，耐火材料寿命则降低30％。要求耐火材料具有高的耐火性能，能经受最高精炼温度和局部过热的冲击，且在该温度下出现的液相量较少，能抵抗低粘度炉渣的侵蚀。因此，应选择纯度和直接结合率高的碱性砖。间歇操作又会引起温度波动，造成炉衬剥落，温度波动当然越小越好，一般采用中间烘烤和缩短炉次间停歇时间，减小钢包温度变化以提高炉衬寿命。
在冶炼允许条件下，采用抗热震性最优的镁碳砖或用镁铬砖为好，若温度急变虽大，但间歇时间较短，使用镁白云石砖较好。如LF(V)钢包，渣线部位用MgO-C或MgO-Cr203砌筑，侧壁用MgO-GaO系或MgO-Cr203砌筑，底部一般采用优质高铝砖。
B搅拌所有炉外精炼法都装有钢水搅拌装置。VOD、VHD(VAD)、AOD等是氩气搅拌，一般在炉底吹氩处和距吹氩较近的炉壁损毁较严重。电磁感应搅拌(SKF)，一般则在搅拌器位置和搅拌器对称位置炉衬损毁较重。由于搅拌作用造成钢水及渣的剧烈沸腾，加速炉衬的损毁。
因此，受冲刷严重侵蚀区应采用高温强度大的优质耐火材料如镁铬质、高纯镁质、铬刚玉质等。
C处理时间精炼时间可长达1-4h，钢水在钢包中处理时间越长，炉衬损毁越严重。因此，应采用抗渣性好、高温蠕变小的耐火材料。
D真空耐火材料的挥发速度随温度和真空度的提高而加大，炉渣渗透速度和数量也随之加大。如LF(V)在高温真空下的真空度可达67Pa以上，从而加速炉衬的损毁。耐火氧化物在真空中的稳定度与其蒸气压解离能、结合相活化能有关。在常用耐火材料的几种氧化物中，以Al203和CaO最稳定。设若在MgO砖中或镁铬砖中加入A1203可显著降低砖的挥发速度。在1700℃，10-1Pa，A1203挥发速度仅为MgO的l／100，MA尖晶石为MK尖晶石的l／44。
仅从真空挥发性考虑，采用高CaO的镁白云石砖和含A1203的镁铬砖更好。
E正电弧加热ASEA-SKF、VHD(VAD)、LF等精炼炉都用电弧加热，前者用电磁搅拌、后者用氩气搅拌。接近电弧的热点区，高温直接热辐射甚至高达2000℃，加之渣的喷溅，使炉衬损毁速度急剧增大。工作电压越大，电弧越长，电极与炉衬之间的距离越小，则炉衬损毁越严重。因此，尽量使用较低的电压、大电流、短弧操作，控制电极极心圆越小越好。
F精炼的钢种镁铬质砖在还原气氛的碱性炉渣下操作，砖中Cr203容易被还原成Cr。因此，精炼无铬或低铬钢种时，不宜采用镁铬质砖衬，而应使用镁白云石砖或镁砖。
精炼超低碳钢时，为了避免可能性增碳，不宜采用镁碳砖，应用镁铬质砖或镁白云石砖为好。
G渣的性质选择熔渣的最佳组成，并在处理钢水的过程中对熔渣进行控制。
在精炼过程中，渣的变化范围大，渣组成取决于多种情况的影响，渣的化学组分不一样，单独处理的方法也不一样。
a碱度耐火材料应尽可能与炉渣相适应，最大限度降低侵蚀速率，提高炉衬寿命。当C／S>2.0时，尖晶石就不稳定，纯镁砖比镁铬砖抗渣蚀性好，选用镁砖、镁白云石砖和镁碳砖。当C／S<2.0时，应采用镁铬砖或镁白云石砖。
b流动性炉衬的渣蚀取决于渣和耐火制品的接触面积，接触面越大渣蚀越严重。
在制品显气孔率一定的条件下，渣的流动性越好，渗透砖中的量越大，渣蚀越严重。渣的粘度决定于其组成和温度，一般酸性渣粘度大于碱性渣。
控制熔剂如CaF2的加入量将有利于减轻炉衬的侵蚀。但碱度太小的渣又影响脱硫，还须二者兼顾。渣的温度越高，粘度越小，流动性越大，渣蚀越严重。随着连铸和炉外精炼技术的发展，部分精炼过程从炼钢炉转移到钢包中进行，钢包不仅是储运钢水的容器，还担负炉后钢水的精炼处理。
由于钢水温度提高，在钢包内停留时间延长，加上精炼过程的搅拌和熔渣的侵蚀作用，对钢包用耐火材料提出了更高的要求：
(1)高温作用下能形成半熔融状态的致密层，并减少粘渣；
(2)使用过程略有膨胀性，砖衬能形成一个整体，不开裂、不剥落；
(3)钢包为间歇作业，经受冷却F<高温的反复热循环作用，砖衬必须有良好的抗热震性；
(4)为保持钢水的清洁度，要求钢包衬有良好的耐侵蚀性，高温下耐火材料尽量少熔入钢水，
(5)从经济效益出发，要求钢包衬有好的施工性能和价格适当。钢包用耐火材料，已从定形制品向不定形材料演变，并向全不定形化发展。

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