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钢包用耐火材料的种类和特点

2024.11.28 浏览量:5945

      由于各钢厂的冶炼工艺和冶炼钢种不同,钢包内衬用耐火材料的品种和类型也不同。连铸钢包和精炼钢包用耐火材料种类大致相同,只是精炼钢包功能增加,使用条件的恶化,因此会选择性能更优的耐火材料来提高服役寿命。目前,钢包内衬用耐火材料主要有Mg O-C砖、铝镁尖晶石浇注料、铝镁碳砖、Mg O-CaO-C砖、Mg O-CaO砖/白云石砖、镁铬砖、高铝砖等。在上述钢包内衬中,前三种钢包衬占绝大多数。主要钢包内衬用耐火材料的优缺点及应用范围如表1所示。与工作衬相比,钢包永久衬所用的耐火材料对耐火度、抗侵蚀性、抗热震性及耐磨性等性能要求略低,但对永久衬的保温性能要求在提高,常用的传统耐材有铝镁浇注料、铝硅质/半轻质铝硅质浇注料、轻重质复合砖、高铝砖、黏土砖等,也有开发的铝钙系新型钢包永久衬用浇注料等。 钢包耐材

c811f7ebe6f6f50e5d04118181310e34.png            钢包渣线砖


      钢包工作层熔损受出钢温度、钢种成分、精炼方式和传搁时间等影响,变化较大。日本研究人员实践证实,转炉出钢温度在1 700℃时,钢包寿命只能达到50~60炉,出钢温度在1 650℃时,钢包寿命可达到200炉以上,这时可取消专用钢包。钢包衬在实际使用过程中,损毁的主要原因是温度的剧烈波动产生的热应力、炉渣的侵蚀以及机械应力的冲刷。随着炉外精炼的发展,不少钢水精炼处理是在钢包里进行的,如吹氩和加一些合金元素、合成渣等冶金辅料。这样就使得钢包使用条件变得更恶劣,对炉衬耐火材料的要求就更高。因此钢包的使用条件不同,它们所使用的耐火材料不一样,使用寿命也不同。


精炼钢包的工作环境和普通钢包相比大大恶化,主要表现在如下几个方面:
1)与普通钢包相比
(1)精炼钢包钢水的出钢温度比普通钢包高出约50~100℃,精炼过程中温度则更高,耐火材料内衬的侵蚀速率明显加快。
(2)在精炼过程中,由于渣的碱度变化大,加渣量增多,使渣对耐火材料侵蚀作用加剧。
(3)钢液在钢包内停留的时间明显延长,内衬材料受到的损毁作用加剧,明显降低了包衬的使用寿命。

      对于高铝质或刚玉质耐火材料,渣中SiO2、CaO等氧化物易于与Al2O3反应生成低熔相进入熔渣,造成骨料脱溶;生成过多CA6产生体积膨胀,造成材料结构疏松,渣的渗透加剧。同时,更高温度下,含碳耐火材料的氧化加剧,所以要特别关注含碳耐火材料抗氧化性的提高。


      对于Mg O-C砖或Al2O3-Mg O-C砖,其侵蚀主要有两方面:一是渣中Si O2、CaO等氧化物与Mg O(或Al2O3)形成低熔物,被炉渣带走。二是炉渣中的FeO对镁碳砖中的C氧化,造成砖结构松散。对于镁钙系耐火材料,其抗渣侵蚀性更优,不仅对高碱性渣有较强的耐侵蚀性,而且当精炼初期炉渣碱度低时,游离CaO能优先与炉渣中的SiO2反应,生成高熔点(2130℃)、高黏性的硅酸二钙保护层附着在炉衬砖工作表面,能堵塞气孔,抑制炉渣向内渗透和减轻炉渣的侵蚀。

1)钢包间歇作业,并经受冷却-高温的反复热循环作用,热震加剧,耐火材料热剥落损毁更严重。
2)由于喷吹氩气、电磁搅拌和真空处理等技术的采用,钢液在精炼包内的运动加剧,钢液对耐火材料内衬的冲刷和磨损更加严重。

3)有些精炼过程是在真空条件下进行,导致内衬材料在使用过程中蒸发,使耐火材料的性能劣化,因此真空条件下材料的稳定性是非常关键的参数。


      常用材料的真空稳定性:几种常见氧化物材料的热力学性质,CaO的蒸气压更低,热力学性质稳定。CaO在高温真空下的分解压远小于Mg O的,且CaO与C在高温真空下反应的平衡压力小于Mg O与C的,前者比后者低2个数量级。因此,Mg O-CaO-C砖比Mg O-C砖在高温下更加稳定,其更适合于高温真空下的冶炼条件。高纯镁钙砖在高温真空下很稳定,质量损失速率很小,这点明显优越于镁铬砖

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