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电炉镁炭砖的研制和应用

2020-08-19 11:19:40

电炉镁炭砖炼钢,是利用石墨电极间产生的电弧为热源进行炼钢的设备,分直流电炉和交流电炉,其中交流电炉占大多数。本工作根据电炉的损毁机理研制并生产了适庸电炉要求的镁炭砖。

1电炉衬损毁情况分析

经过对各种电炉进行实际跟踪调查发现,其渣线部位是Z薄弱区域.一般下炉后渣线区在岛度方向有100~200Ⅻ,深度100∞左右的严重侵蚀环沟(见图1),交流电炉衬靠近2”电极处渣线砖侵蚀Z严重。经分析认为主要是在炼钢形成的炉渣上下波动,加上吹氧的搅拌作用.使锯渣对炉衬造成根大的渣的侵蚀。一般渣中含有大量的Fe0,具有很强的氧化性。此处的渣线镁炭砖很容易被氧化。同时大部分渣中的M90含量偏低,一般在5%以下.未达到饱和状态.一般炉渣中的Mgo控制在8~12%之间才可能达到饱和,由此造成镁炭砖中的氧化镁溶解进入炉渣中从而造成镁炭砖的蚀损。炉渣中还含有较多的si0二.酸性很强.炼钢时要加入大量的c80和caF:作为造渣剂.此种炉渣很稀,与镁炭砖中的M90极易形成低熔点的钙镁橄榄石cMs(熔点1490℃)和镁蔷薇辉石c。Ms:。(熔点1580℃)且粘度很稀,极易在镁炭砖气孔中渗透,加一弋=二二]

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大了侵蚀速度。在电炉镁炭砖砌筑时一般坡度很小.且在出钢或补炉时无法将侵蚀面通过摇炉擗平,因此在侵蚀严重的渣线部托就无法用普通的补炉砖或补炉料进行修补.喷补效果也小如转炉明显,山于以上几个方面原因,造成一般电炉衬的寿命较低。在2ooD年初,山东省内的几家30吨以下小电炉使用寿命一般在l00炉左右。而其中一座小电炉。其属于国家“863计划”粉末冶金丁程的主要设备,冶炼温度高达l820℃,炉龄一直徘徊在平均26炉左右.成为困扰该企业和项目的一大难题。

2研制部分工作总结

针埘电炉衬的损毁特点.我们重点埘渣线镁炭砖的耐冲刷、耐侵蚀性进行了攻关。熔池部位由于受渣的侵蚀程度较低,因此分析认为只要保证其良好的热震稳定性和一般的抗侵蚀性能就可咀了。我们通过分析影响渣线镁炭砖寿命较短的原因开展了研制攻关工作.并Z终使研制的产品——优质电炉用镁炭砖满足了电炉炼钢的要求,总结如下。

2.1炭含量的选择

通过使用情况的调查分析.石墨含量埘镁炭砖的使用寿命有着决定性的作用

石墨.特别是鳞片石墨是电的良导体,在渣线部位.按照陈肇友的分析.其镁炭砖的蚀损奉质上是由腐蚀电池的短路电流过大引起的。通过以下实验证明这一理论:采用电炉渣作电解质,在N:保护条件下把其加热到1450℃后.将炭电极与铁电极同时插入溶渣中,并用粗铜线将_电极相连,可以发现在熔池中炭电极处有气泡冒出,而铁电极处却十分平静,十几分钟后石墨电极侵蚀严重,而铁电极没有变化。同样实验条件但在Fe、c电极上分别与一外加约1.0v电池的正负极相连,1450℃熔渣中Fe、c电极处均无气泡冒出.炭电极也未出现侵蚀现象。

阳极反应为:C+o2。一Co+2e

|ilj极反府为:Fe2++2e—Fe

总反应为:C+(Feo、一cO+Fe

电池为:cI熔渣fFe

由此腐蚀电池可知,为了减轻镁炭砖在钢液一炉渣—镁炭砖三相交界处的侵蚀,可以从以下四个方面解决:①增大腐蚀电池内电阻,具体措施是相应减少石墨含量(因石墨是电的良导体):②在镁炭砖中加入比石墨电极标准电位更低的金属,例如si、Al、Mg、ca等金属,以阻止腐蚀电池的产生.这些金属可大量中和石墨正电性,造成内部短路,减少腐蚀电流:③将镁炭砖直接接到直流电源负电极上,进行阴极保护;④加入能增大炉渣内电阻的造渣剂。由于第③、④两条需要由钢厂来做,我们只能为其提出建议,很多情况我们无能为力,因此我们重点实掩了第①、②两条措施。

98年初我们在某5吨电炉渣线部位使用18A镁炭砖,结果使用寿命只有79炉。按照腐蚀’电池理论,降低炭含量,增加了内电阻,用14A镁炭砖使用寿命达到90次。

我们在生产中,通过不同工艺配比的调整,确定了根据不同的炉温和其他使用条件,把渣线镁炭砖的炭含量控制在12~14%之间。而对于熔池部位和来被钢水及熔渣浸泡部位的镁炭砖,炭含量一般控制在6~10%之间,且石墨选用低档产品.固定炭含量不大于92%;渣线用石墨则选用固定炭含量太于96%的产品。

石墨粒度是一个很重要因素,粒度越细越易氧化。如某厂所作的某种鳞片石墨粒度与氧化温度关系如下表:

l石墨粒度mm0.28~0.20.J25~0.1540.06S~o.0760.04S~0.054<o.0385

l显著氯化温度℃67265863761758l

I氧化峰值温度℃779768745乍3l699

我们通过多年实践,并综合抗氧化性能、成型性能和产品原料成本等几个方面因素,选择100目的鳞片石墨作为石墨加入粒度,通过以上措施的实施.在镁炭砖的使用中取得了较好的效果,

2.2添加剂选择(印添加剂对耐侵蚀能力和抗氧化能力分析)

镁炭砖中为了防止炭的氧化和产生腐蚀电池,均要加入部分Al、Mg、si、ca等金属粉末作为抗氧化剂。由于电炉渣具有很强的渗透、侵蚀、冲刷、氧化作用,因此各种添加剂在镁炭

金属AJ在镁炭砖中形成A14cj,呈晶须状,生成温度一般为900℃;AI+N2一AIN,生成温度?264?砖抗侵蚀过程中所起的作用大不一样。

一般为800℃:而金属硅在镁炭砖中形成B_一sic,~般形成温度为1100℃以上。当AI和si共同作为抗氧化剂时,则A】4c3形成温度为800℃,I卜sjc形成温度为7帅℃。这3个反应可大大提高镁炭砖强度起到防氧化作用,特别是低温时,si与AI共同作为抗氧化剂时,si与Al在577℃形成了共熔体.因此可降低A14cj和B—sic的形成温度。AI|c3于1400℃以上逐渐消失大部分形成A12饥和MA,而f卜sic被c0氧化成si02,在1600℃咀上Abc3与B—sjc已全部形成了A12qb、si02、MA等。由此分析,如果纯作为抗氧化剂来说,在镁炭砖中应AI+si复合的形式效果好于单独加入,但考虑到高温时Aba形成MA和A】203,sic形成sjq,si02又会与M90?cao(存在于渣中)形成低熔点的钙镁橄榄石cMs(熔点1490℃)、镁蔷薇橄榄石c3Ms3(熔点1580℃)。因此加Al作为抗氧化剂比用si抗氧化剂的镁炭砖耐侵蚀性能要高,特别是在存在大景熔渣的渣线部位。

金属铝加^后在各温度下产生的物相由P威拉斯所作的‘在含金属AL的镁炭砖中理想的反应物相的产生顺序与热梯度的关系图》(P威拉斯(w枷ams)等.1991年)可以看出Al粉在高温时以MA形式存在,其熔点为2130℃,属高温相。

某钢厂20吨电炉用渣线镁炭砖通过使用两种抗氧化剂,A】2%及Al+s吐%(各半),具体指标为:

体积密度,

M20,%C.%显气孔率,%常温耐压,MPI高温抗折.MPI备注

g,cm3

12~15A12%

76~S213~152.96~3.021.5~3.040~60

】0~12Al+Si2%

侵蚀速度明显不同,Al+翻2%的产品使用寿命在55—75炉之间.而A心%的产品则可使用到100炉以上。分析认为主要原因除了以上已分析到的原因外,Ab仉与炉渣形成cA6(熔点ls50℃)因此其表现了较好的耐侵蚀性能。而si形成的sj02与炉渣形成低共熔物cMs(1490℃),c3M&(1580℃).所以综合结论为:单独加AI比A】+si复合和单独加si的镁炭砖耐侵蚀性能都好。因此我们在生产渣线镁炭砖时以AI作为添加剂。

2.3严格控制较低的显气孔率和较高的体积密度

根据陶友祥的研究,熔渣在耐火材料中的渗透速度与耐材气孔孔径的四次方成正比,电炉渣线由于不能像转炉的溅渣护炉那样始终被高牯度高耐火度的炉渣所保护,而是始终浸泡在很稀且渗透性很强的炉渣中,因此电炉渣线镁炭砖的致密程度、显气孔率对砖的耐侵蚀渗透性有着至关重要的作用。从电炉渣线残砖观察发现,侵蚀行为主要形成反应带和脱炭带而挂渣层非常薄。反应带是脱炭后熔渣渗入镁炭砖的侵蚀区域,在该区域内,炉渣中的Feon被还原为Fe。熔渣渗入砖中的深度主要决定于脱炭层的厚度。减少脱炭层厚度一是用抗氧化剂.二是提高致密度降低显气孔率增大熔渣渗透阻力。

在2000年初为某厂生产的2套渣线镁炭砖,材质丁艺相同,只是在生产套砖时阿某方面原因造成气孔率稍高,但使用寿命相著很多.指标为:

『M窖o,%C.%体积密度,g,cm3显气孔率,%常温耐肛.MPa高温抗折,MPa格注1I78.914.52.974.’4St3.2第套砖1I77.714.62.973.44313.1弟_套砖l砖比第二套砖使用寿命减少l/10,而指标中只有显气孔率超了l。3%。现很多f’家为达到降低显气孔率的目的,把成型后的镁炭砖经过400~600℃熟处理屑再用中温沥青浸浈,效果较好。使用寿命较长。但生产工艺繁琐,可是可【;【降低原料成本。作者于2000年专门对镁炭砖显气孔率的影响因素进行了研究并制定了许多相应的针对措施,使生产的渣线砖的显气孔率降到了2%以下。

因此为了保证产品的使用性能,我们把渣线镁炭砖的体积密度一般控制在3.oo~3.08g,cm3之间,显气孔率一般控制在O.5~2.s%之间。为了保证这一指括的稳定我们主要利用三个方面的措施来解决:

2.3.1调整树赠性能

现镁炭砖用的结台剂主要是热塑性和热同性树脂,我J用的是自产热期性树脂。一般热塑性树脂为保证较高的粘接强度而要求其具有较高的周含揖.溶剂加入孱少,其粘度随环境温度的影响而变化很大,特别是冬季.因此一般在使用前都要水浴加热,镁砂也要加热。山于T艺条件的限制,在泥料的存放.工序衔接时温度较难控制,造成泥料温度降低。每个镁砂颗粒均形成了一个很硬的粘有细粉的球,流动性变差,成型非常困难,制品因此也显气孔率升高,体积密度降低,产品质量无法保证。设备性能也损坏严重。

针对此项问题,在专家指导下,找出了热塑性树脂的粘度的影响囡素:

q=,(x—y.T)

n一~树腊粘度

x——苯酚和甲醛的摩尔比

y——树脂固含量

T——温度


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