炉外精炼工艺是钢铁冶炼过程中非常重要的一环,而透气砖是这一工艺最关键的功能元件,其使用性能对精炼工艺的顺利实施,保证钢的质量以及产量相当重要。钢包透气砖的损毁主要有两种,一是熔损和剥落所引起的物理蚀损,二是渣和钢水渗进透气砖中所造成的化学侵蚀。目前,我国大多数透气砖的材质还是铬刚玉质,但其性能不能大幅度提高,另外铬还会对环境造成污染。为此,研制了以电熔刚玉和尖晶石等主要原料制成的刚玉-尖晶石透气砖。
实验
采用电熔白刚玉(w(Al₂O₃)>98.5%,w(Na2O)<0.6%)、尖晶石(w(Al ₂ O ₃ )>90%,w(MgO)>8%)、镁砂(w(MgO)>99%)、α-Al ₂ O ₃ 微粉(w(Al ₂ O ₃ )>99%,Dv50=1.64μm)、CA80水泥(开封汴河)、硅微粉(挪威983)和锆英石微粉等为原料。 在颗粒部分不变的条件下,改变基质中部分成分的含量,振动成型为160mm×40mm×40mm的条形试样,在室温下养护24h并在110℃下干燥24h后,在1550℃下保温3h烧成。 测定试样的体积密度和显气孔率,用静态坩埚法测试样的抗渣性。 实验用渣的化学组成(w)为:Al ₂ O ₃ 45.01%,SiO ₂ 14.56%,Fe ₂ O ₃ 1.30%,CaO 21.55%,MgO 13.32%,FeO 2.66%,MFe 1.16%,S 0.03%,P 0.17%。 热震稳定性用条形试样进行1100℃水冷循环试验来测定。
结果与讨论
2.1 基质中MgO含量对试样性能的影响
表1示出了基质中MgO含量对试样性能的影响。
表1 基质中MgO含量对试样性能的影响
由表1可见,随着基质中MgO含量的增加,试样的体积密度降低,显气孔率增大。主要原因是基质中的MgO与刚玉细粉反应生成镁铝尖晶石,产生膨胀;随着MgO含量的增加,线收缩逐渐减小;当MgO含量为5%时,试样中镁铝尖晶石(结合相)增多,因而常温抗折强度增高;基质中MgO含量在3%～5%范围内,试样的热震稳定性和抗钢包精炼渣的侵蚀变化不很明显。
2.2 铬刚玉砖和刚玉-尖晶石砖性能比较
铬刚玉砖和刚玉-尖晶石砖的性能比较见表2。可以看出,两种砖的性能有些差异。一般说来,在粒度级配相同的条件下,刚玉-尖晶石砖的体积密度要比铬刚玉砖的小。从表2还可以看出,刚玉-尖晶石砖的气孔率比铬刚玉砖的要低,可能是因为在烧成过程中,生成尖晶石的膨胀抵消了细粉的收缩。另外,刚玉-尖晶石砖的线收缩率要比铬刚玉砖的大,也就是说刚玉-尖晶石砖的体积稳定性不如铬刚玉砖,主要是因为烧成过程中生成了镁铝尖晶石,这一点必须要注意。由于狭缝式透气砖芯的条缝比较窄(一般为200μm左右),如果透气砖在烧成过程中体积变化较大,将会影响条缝的尺寸,最终会影响透气量,导致透气砖的使用性能下降,甚至吹不通。刚玉-尖晶石砖的热震稳定性要比铬刚玉砖的好,原因可能是尖晶石的热震稳定性要优于刚玉。两者的侵蚀指数相同,但铬刚玉砖的抗渣渗透性要比刚玉-尖晶石砖的要强,这一点文献有详细报道。
工业试验
3.1 试制工艺
将透气砖砖芯和座砖分别制成刚玉-尖晶石质和棕刚玉-尖晶石质。用于制砖芯的刚玉-尖晶石料成型性能良好,排气迟缓,振动时间较铬刚玉质的长,流动值为110～120mm(跳桌法),不分层。脱模后,感觉砖芯的强度高,边角保持完好。砖芯干燥养护后于1580℃烧成,座砖干燥养护后,在烘窑中于450℃下烘烤。
3.2 使用
以高纯刚玉-尖晶石为砖芯和铬刚玉为座砖组成一套,以铬刚玉为砖芯和棕刚玉-尖晶石为座砖组成另一套,分别在武汉钢铁公司第二炼钢厂钢包上使用。武钢第二炼钢厂的钢包不是专用钢包,一个钢包冶炼的钢种变化较大,对透气砖的使用造成较大影响。因而,将试用砖分成两组并和铬刚玉透气砖进行对比。刚玉-尖晶石座砖的平均蚀损速度为最低,其抗侵蚀能力较原座砖有显著的提高,透气砖的砖芯底吹率超过98%。
结论
(1)基质中MgO含量对刚玉-尖晶石透气砖(砖芯和座砖)的性能影响比较大。
(2)研制的刚玉-尖晶石砖的热震稳定性优于传统的铬刚玉砖,但其体积稳定性不如铬刚玉砖,工业生产中控制必须严格。
(3)工业试验表明,刚玉-尖晶石透气砖的使用效果不亚于传统的铬刚玉。
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