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70年代，鋼包僅作為輸送鋼水的容器，因而使用廉價(jià)的酸性耐火材料，并逐漸過(guò)渡到高鋁磚耐火材料等?，F(xiàn)在，鋼包已經(jīng)成為重要的精煉設(shè)備，因而堿性磚成為鋼包內(nèi)襯重要的耐火材料，并且以不同的施工方法配合使用，例如渣線用MgO-C磚，在包底和包壁用鋁鎂質(zhì)澆注料。渣線部位的使用條件特別苛刻，其內(nèi)襯損毀也最為嚴(yán)重。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意鋼渣對(duì)耐火材料的損毀。
鋼渣對(duì)耐火材料的損毀主要分兩個(gè)方面，一是侵蝕，二是滲透。當(dāng)渣滲入到磚中，在磚內(nèi)形成變質(zhì)層，變質(zhì)層與未變質(zhì)層在使用過(guò)程中不斷的冷熱溫度交換，膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋并出現(xiàn)結(jié)構(gòu)剝落。因此鋼包澆注料主要要強(qiáng)化基質(zhì)，減少渣的滲透，減弱變質(zhì)層的形成。
1 試驗(yàn)
1.1 原料及試驗(yàn)方案
所用骨料為粒度8～5、5～3、3～1和≤1mm的電熔白剛玉，w(AlO)=98.5%;1～0mm的板狀剛玉，w(AlO)=98.5%;≤0.074 mm鎂鋁尖晶石微粉，w(AlO)=78.5%，w(Mg O)=20%;≤0.088mm電熔鎂砂粉，w(MgO)=96.5%;≤3μm的α-Al2O微粉，w(AlO)=98.5%;純鋁酸鈣水泥，w(AlO)=70%，w(CaO)=29%。按照電熔白剛玉骨料55%(w)，板狀剛玉骨料10%(w)，剛玉細(xì)粉、鎂砂粉、鎂鋁尖晶石微粉和α-AlO微粉32%(w)，鋁酸鈣水泥3%(w)進(jìn)行配料，改變鎂砂和尖晶石的含量，詳見(jiàn)表1。表1試樣配制
1.2 試驗(yàn)過(guò)程和性能檢測(cè)
將配好的試樣振動(dòng)澆注在40mm×40mm×160mm的模具內(nèi)，自然養(yǎng)護(hù)24h脫模，經(jīng)110℃保溫24h、1000℃保溫3h、1600℃保溫3h熱處理后測(cè)定其性能，采用靜態(tài)坩堝法進(jìn)行渣蝕試驗(yàn)。沿試樣成型方向，在試樣頂面的中心鉆取深度40mm、內(nèi)徑上下分別為38mm、33mm的孔，制成坩堝，振動(dòng)成型經(jīng)110℃保溫24h烘烤后在每個(gè)坩堝中放入50g渣(渣的化學(xué)組成(w)為：FeO24.97%，AlO6.63%，CaO16.13%，SiO9.47%，TiO1.1%，MnO0.2%，NaO0.05%，KO0.01%)，放入1600℃電爐內(nèi)燒結(jié)并保溫3h，自然冷卻后沿坩堝截面切開(kāi)，測(cè)量渣蝕面積和滲透面積，分別計(jì)算渣蝕指數(shù)(渣蝕面積/原凹槽軸截面積×100%)和滲透指數(shù)(滲透面積/原凹槽軸截面積×100%)。
2 結(jié)果與分析
2.1 物理性能
不同尖晶石和鎂砂加入量澆注料的試樣在110、1000、1600℃的氣孔率、體積密度、強(qiáng)度見(jiàn)表2，各試樣抗渣侵蝕后的宏觀圖片見(jiàn)圖1，各試樣侵蝕和滲透指數(shù)見(jiàn)圖2。表2各溫度下不同試樣的物理性能。
從表2中可以看出，隨著鎂砂的增加，尖晶石微粉的減少，試樣A、B各溫度段抗折和耐壓強(qiáng)度均高于試樣C，中低溫度段三種試樣強(qiáng)度相差不大，高溫段相差較明顯。1600℃燒后線變化，三種試樣隨鎂砂含量的增大膨脹量逐漸增加，A試樣殘余膨脹0.48%最小，氣孔率較低，體積穩(wěn)定性高;而C試樣為1.13%，殘余膨脹最大。
2.2 渣侵蝕后試樣的宏觀觀察及渣蝕指數(shù)
試樣的抗渣剖面圖見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯喝N試樣渣侵蝕后外形完整，無(wú)明顯熔蝕跡象，在1600℃燒后以熔渣滲透為主，渣滲入部位由黑色變?yōu)樽厣^(guò)渡帶由內(nèi)向外逐漸變淺。剩余渣在凹槽內(nèi)稱圓柱形收縮在中間。試樣A產(chǎn)生了橫縱裂紋，高溫下渣逐漸滲透其裂紋內(nèi)部，內(nèi)部殘?jiān)坎欢?，抗侵蝕性一般。試樣B渣對(duì)坩堝的滲透相比試樣A、C的滲透層較淺，殘?jiān)枯^試樣A相比多一些。試樣C由于體積膨脹較大，內(nèi)部氣孔較高，渣通過(guò)氣孔侵入到基質(zhì)內(nèi)部，高溫下通過(guò)液相擴(kuò)散，使?jié)B透層產(chǎn)生裂紋和結(jié)構(gòu)疏松，坩堝內(nèi)部殘?jiān)枯^試樣A、B的多。
圖1 不同試樣抗渣試驗(yàn)剖面
試樣對(duì)渣蝕與滲透的影響見(jiàn)圖2。
圖2 不同試樣對(duì)渣蝕與滲透的影響
從圖2中可以看出，隨著鎂砂的增加，抗侵蝕指數(shù)逐漸增加，抗?jié)B透指數(shù)先減少后增加。一方面是鎂砂中的MgO與AlO反應(yīng)原位生成尖晶石產(chǎn)生體積膨脹，過(guò)量的鎂砂MgO固溶到尖晶石中。1600℃燒后C試樣鎂砂含量高，合成尖晶石產(chǎn)生的膨脹最大，過(guò)量的膨脹卻會(huì)導(dǎo)致澆注體的高氣孔率、低強(qiáng)度，造成渣很容易滲入基質(zhì)中產(chǎn)生熱剝落;另一方面渣中的FeO、MnO可以與尖晶石形成固溶體：FeO+MnO+MA→(Fe，Mn，Mg)O·(Fe，Al)O。使熔渣中的SiO富余而變得非常粘稠。由于渣滲透深度(L)取決于方程式：式中，σ為熔渣表面張力，為澆注體氣孔半徑，t為渣滲透時(shí)間，為澆注體與渣之間的接觸角，為熔渣粘度。由此可以推斷L與成反比?；|(zhì)中的AlO能捕捉渣中的CaO，尖晶石加入到澆注料中，能固溶渣中的FeO和MnO，這可提高熔渣粘度和熔點(diǎn)，抑制熔渣滲透，這兩種作用可使抗熔渣滲透性的下降抑制在最小的程度之內(nèi);另外，隨著MgO含量增加，合成鎂鋁尖晶石中MgO、AlO比值越大，其抗侵蝕能力就越高，所以試樣C抗侵蝕指數(shù)較試樣A、B的高。試樣C中的MgO含量較高，膨脹較大，適量的膨脹產(chǎn)生微裂紋可以組織裂紋的擴(kuò)展，但過(guò)量的膨脹產(chǎn)生體積增加，會(huì)失去控制熔渣滲透的作用，造成熔渣滲入基質(zhì)中產(chǎn)生熱剝落，導(dǎo)致試樣C的滲透指數(shù)高。
通過(guò)蝕損機(jī)制研究得出，由于熔渣與鋼包工作襯反應(yīng)形成了一個(gè)保護(hù)帶，可使內(nèi)襯不再被熔渣所侵蝕。在這個(gè)保護(hù)層帶中，與內(nèi)襯接觸的熔渣中大部分氧化鐵和氧化錳固溶到尖晶石晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)形成固溶體。熔渣中的氧化鐵同AlO反應(yīng)生成鐵鋁尖晶石所引起的膨脹并不顯著。雖然由于渣中的CaO同AlO反應(yīng)生成CA6會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹，但卻被熔渣中的CaO和SiO同AlO反應(yīng)生成鈣鋁黃長(zhǎng)石或鈣長(zhǎng)石等低熔點(diǎn)的礦物反應(yīng)給均衡了。因此，鋼包工作襯同熔渣反應(yīng)生成高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)礦物的這種結(jié)合，為鋼包工作襯提供了一個(gè)熱面保護(hù)層，從而使鋼包工作襯的進(jìn)一步侵蝕減至最少。
此外，當(dāng)熔渣的化學(xué)成分滲透入耐火材料中并與之反應(yīng)式，被滲透的區(qū)域主晶體結(jié)合下降，而且很容易被沖擊流所沖蝕，這就會(huì)導(dǎo)致耐火材料進(jìn)一步暴露，而使未被滲透部分受到化學(xué)侵蝕。相反，在沒(méi)有機(jī)械作用消除被滲透部分，由于熱溫度梯度，化學(xué)侵蝕將逐漸變得緩慢并停止。在熱循環(huán)過(guò)程中卻會(huì)導(dǎo)致滲透層從未被滲透層剝落，因此鋼包澆注料結(jié)構(gòu)剝落會(huì)受滲透深度的限制。鋼包澆注料不同的部位要求也不同，包壁澆注料受到金屬包殼的控制，實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)發(fā)生自由膨脹為了較高的使用壽命，要選用高溫處理后線膨脹率低的AlO-MgO質(zhì)澆注料，同時(shí)不剝落、耐侵蝕。包底與包壁不同，包底的約束力小，高膨脹材料由于存在膨脹上浮的缺點(diǎn)，難以應(yīng)用于此處。為了防止拱起和抑制熔渣滲透，體積穩(wěn)定性高、熱震性好的剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料成為包底應(yīng)用的首選材料。目前B組配方已成功應(yīng)用于某國(guó)內(nèi)大型鋼廠110t鋼包包壁部位，平均使用壽命為180～200爐，其中LF精煉30爐，包壁殘厚70mm。
3 結(jié)論
澆注料的抗渣侵蝕性與抗?jié)B透性往往是相互矛盾的，要根據(jù)具體的使用條件權(quán)衡抗侵蝕性和抗?jié)B透性。在本試驗(yàn)中，電熔鎂砂粉加入量為4%(w)，電熔鎂鋁尖晶石微粉加入量8%(w)時(shí)，鋁鎂質(zhì)鋼包澆注料的抗渣效果較好。
評(píng)論區(qū)
