鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用

新陽(yáng)機(jī)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(kāi)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(qiáng)及高溫蠕變小等優(yōu)點(diǎn),，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(shí),，由于鎂碳磚不需高溫?zé)�成，�?jié)省能源,，制作工藝簡(jiǎn)單,，因而被日本乃至全世界許多國(guó)家迅速推廣應(yīng)用。
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我國(guó)自80年代初開(kāi)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(yàn)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(shí)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)。

本鋼煉鋼廠是于90年代開(kāi)始在120t轉(zhuǎn)爐上應(yīng)用鎂碳磚的,，初次試驗(yàn)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(wàn)次，接近國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平,，為降低煉鋼成本奠定了基礎(chǔ),。
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1 鎂碳磚的研制與生產(chǎn)

  ^+ I5 G. e! E1 L! e) R1.1 原材料的選用
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研究與實(shí)踐表明，原材料的質(zhì)量性能對(duì)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。
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1.1.1 鎂砂的選擇
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. }% K, [) G* o! z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(guò)電爐重熔且結(jié)晶發(fā)育完好的鎂砂,。

鎂碳磚在使用過(guò)程中鎂砂顆粒的蝕損過(guò)程大致為:

　 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:
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　　　 MgO+C→Mg↑+CO↑
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8 c/ a9 C+ ]2 t　 生成的蒸汽和CO揮發(fā);
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②方鎂石顆粒被熔渣化學(xué)熔損，包括外來(lái)爐渣及鎂砂雜質(zhì)中的各類氧化物的熔損;

! b  A3 B" ^0 H- g  n　 ③鎂碳磚工作層基質(zhì)氧化脫碳后,，其結(jié)合強(qiáng)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(qiáng)、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(duì)晶界的侵蝕速度，還可以提高鎂砂與石墨高溫共存時(shí)的穩(wěn)定性,。此外,，由于其體積密度大、結(jié)合力強(qiáng),，在鎂砂加工過(guò)程中可得到邊界棱角鮮明的顆粒,，加強(qiáng)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(diǎn)，是使用的鎂碳磚中主要選用的原材料,�,？紤]到使用效果與成本,，使用的鎂碳磚按不同比例選用各種級(jí)別的電熔鎂砂。

鎂砂的顆粒配比對(duì)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(duì)磚的物理性能更有重要的影響。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐,，使用的鎂碳磚選用了合適的粗顆粒臨界粒度與比例,。

! `" v3 \' @! }' j; [鎂碳磚的基質(zhì)部分由鎂砂細(xì)粉和石墨組成，其品位對(duì)磚的使用性能有較大影響,。經(jīng)過(guò)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

( J5 y9 L+ |" c) G6 i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,。
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) q. G7 ]5 n! O6 ?" i& C3 b9 h天然鱗片石墨的熔點(diǎn)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(shí)價(jià)格也就越高。因此,，本鋼使用的鎂碳磚在選擇石墨時(shí)將使用效果與成本綜合進(jìn)行考慮,。

; H, M& T% d# v9 n' u6 a2 `5 k7 j1.1.3 結(jié)合劑的選用
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結(jié)合劑是生產(chǎn)鎂碳磚的關(guān)鍵材料應(yīng)具備以下條件:

/ p5 U  L4 A! Q* m, w% r2 _. f2 e　 ①常溫下能保持適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃?dòng)性，對(duì)鎂砂和石墨有良好的潤(rùn)濕性和親和性,，不產(chǎn)生時(shí)效硬化;

　 ②在熱處理過(guò)程中能進(jìn)一步聚合,，使制品有較高的強(qiáng)度;

　 ③在升溫過(guò)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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, ]. Z( z' m/ d  ~( O　 ④性能穩(wěn)定可靠,。

/ i/ m+ d, \6 a3 U: w根據(jù)上述要求，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐,，選用了熱塑性酚醛樹(shù)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

7 {/ R5 ?4 D5 I8 x) n8 `" T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(qiáng)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(qiáng)度。但由于各種金屬添加物的價(jià)格較高,，在選用時(shí)需兼顧成本和使用效果,。
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% y& A5 K; f# J( G/ o& A1.2 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(jí)別的確定

鎂砂顆粒級(jí)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(qiáng)度,。
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- T5 @/ {5 J1 U$ Y/ `實(shí)踐表明，采用多級(jí)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(qiáng)度,，可以滿足使用要求。
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7 x4 ]( @! @. h+ n3 v3 b1.2.2 泥料混練

; c7 K; @" P+ F; }. k9 g( i* \* X  z泥料混練的效果直接關(guān)系著制品的質(zhì)量,。因此對(duì)成型工序應(yīng)采取以下技術(shù)措施:

( j0 g; l. B' n' E& o3 z: }( m　 ①將鎂砂顆粒預(yù)熱至40℃左右,，確保混練均勻;
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　 ②結(jié)合劑預(yù)熱至30~40℃,，增加流動(dòng)性;
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　 ③將固化劑與樹(shù)脂預(yù)先混合再加人泥料中;

' ?* `# \. ~- I2 e6 \　 ④?chē)?yán)格控制樹(shù)脂加人量,，要確保其均勻的潤(rùn)濕泥料并防止結(jié)團(tuán)，要保證捆料時(shí)間,。

加料順序?yàn)?鎂砂顆�,！�石墨→結(jié)合劑→筒磨細(xì)粉→瀝青，必須確�,？偦炀殨r(shí)間,。
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1.2.3 成型
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, C8 s7 y* v1 H2 R3 U- w$ D- M成型工序首先要選擇合適噸位的壓力機(jī)。成型時(shí)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。
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+ Q& J* x# _, ?1.2.4 熱處理

9 E& `6 ^: ~  l% l7 u% u8 r4 I1 [6 R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(qiáng)度達(dá)到要求,。

5 F% F; J1 U0 l4 f遠(yuǎn)紅外線加熱室具有加熱均勻的特點(diǎn)，因此被廣泛用于鎂碳磚熱處理,。

, l7 _0 G* v9 ]8 E2 鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用
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本鋼120t轉(zhuǎn)爐自90年代開(kāi)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(wàn)次水平,。
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* k2 ~4 R4 F. O2.1 轉(zhuǎn)爐爐襯砌筑
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$ p* T( E9 E* J- g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(duì)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(shí)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(shí)和歸圓,。出鋼口的砌筑要滿足于外法蘭中心對(duì)正。
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2.2 鎂碳磚在轉(zhuǎn)爐爐襯上的應(yīng)用

盡管鎂碳磚具有耐火度高,、抗渣侵性能好,、耐熱振性強(qiáng)及高溫蠕變小等優(yōu)點(diǎn)，但使用環(huán)境對(duì)其使用效果仍有較大影響,。具體有以下幾個(gè)方面:
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　 (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(gè)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(guò)氧流對(duì)熔池的最大穿透深度。
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; e7 H! Z. X8 m# i) P2 p: s3 E　 (2)爐容比:合適的爐容比對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼操作有一定的影響,。爐容比過(guò)大則會(huì)增加煉鋼成本;爐容比過(guò)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(guò)程中應(yīng)保持設(shè)計(jì)時(shí)確定的爐容比,。
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　 (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(diǎn)碳和溫度，對(duì)轉(zhuǎn)爐強(qiáng)化冶煉,、擴(kuò)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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　 (4)造渣制度:轉(zhuǎn)爐爐渣狀況對(duì)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(duì)爐襯的侵蝕，提高爐襯使用壽命,。
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& E+ X) x$ u4 m! ~3 v　 (5)原材料質(zhì)量:轉(zhuǎn)爐煉鋼用原材料質(zhì)量對(duì)爐襯壽命有一定影響,。具體有:

$ T+ h' h/ _0 l. g　 ①鐵水:鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料。

! \' S# d" l1 P% F+ W6 B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(duì)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,。
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　 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(duì)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(guò)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,。

& g6 c' f! v7 {+ B% S: y- W# p' J　 ③造渣材料:石灰是煉鋼主要造渣材料,，其有效氧化鈣、生過(guò)燒率以及活性度指標(biāo)對(duì)使用效果有很大影響,，必須符合規(guī)定要求;

, C6 j& J! {0 _* ^0 h) D* u　 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(guò)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(shí)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(shí)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(guò)程溫度控制和終點(diǎn)溫度控制對(duì)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(guò)程溫度控制和終點(diǎn)溫度越低對(duì)提高爐襯壽命就越有利,。
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　 (7)轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)

　 ①濺渣護(hù)爐
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　 濺渣所用的終點(diǎn)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(dòng)性，濺渣時(shí)需采用合適的槍位、壓力及流量,，要保證有充足的濺渣時(shí)間,。
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　 ②及時(shí)修補(bǔ)爐襯

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(guò)程中必須進(jìn)行修補(bǔ),。修補(bǔ)原則是:及時(shí)修補(bǔ),，在爐襯侵蝕不嚴(yán)重進(jìn)行修補(bǔ)可提高補(bǔ)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(bǔ)爐或噴補(bǔ),，則會(huì)大大降低補(bǔ)爐效果。出鋼口狀況不僅影響其使用安全,，同時(shí)也影響鋼水質(zhì)量,，必須及時(shí)進(jìn)行更換。
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) B/ F3 P( F, v' i　 (8)生產(chǎn)組織
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生產(chǎn)組織是否合理對(duì)轉(zhuǎn)爐爐齡也產(chǎn)生一定影響:減少鐵水或鋼水的泡爐時(shí)間,、及時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)率以減少轉(zhuǎn)爐熱停時(shí)間,、根據(jù)品種計(jì)劃合理安排生產(chǎn)等等,。這些因素都對(duì)轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)有較大影響。

3 結(jié)論

7 t- m  a! v4 z$ Z& p& s; h鎂碳磚具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,、理化性能優(yōu)良,、對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染、施工方法簡(jiǎn)便的特點(diǎn),，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(guò)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。
) C) g' A, I% G( ^. T3 P( B. ^
: e$ X" `6 r9 x; c" j轉(zhuǎn)爐爐齡是衡量煉鋼廠管理水平的一項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo),，影響因素多且互相牽連。不僅對(duì)煉鋼成本產(chǎn)生直接影響,，同時(shí)也對(duì)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(duì)降低煉鋼成本,、提高煉鋼生產(chǎn)效率具有重大意義,。