1.转炉耐火材料受物理冲刷损毁:
物理蚀损机理主要表现为气泡反击、水锤冲刷、凹坑熔损等几种形式。吹入熔池的气流以气泡方式进入熔池,当气泡脱离供气元件瞬间,冲击供气元件周围耐火材料后座的现象称为“气泡反击”。底吹气流量越大,反击频率越高,能量越大,对耐材侵蚀越严重。水锤冲刷指气泡脱离供气元件时引起钢水流动,冲刷供气元件周围耐火材料的现象。气流量越大,水锤现象引起的钢水冲刷侵蚀越严重。由于气体与钢水的冲刷,在供气元件周围形成凹坑。凹坑越深,对流传热越差,加剧侵蚀作用。
2.转炉耐火材料受热应力破坏:
高压复吹工艺的主要特征是底吹气体流量大幅度可调,底部供气强度较大,特别是接近终点前采用高压、大流量气体搅拌。该工艺带来的影响是:应力高度集中,供气元件工作面的耐火材料,尤其是出气口四周的耐火材料与高温钢水(1600~1700℃)直接接触,受到极高温钢水及不断流出的冷气流的影响,产生了比低压、小流量条件下更大的温度梯度。根据对供气强度为0.2m3/(min·t)供气条件下镁碳质供气元件温度场研究的情况可知,温度梯度仅在出气口四周很小范围内(约6mmx20mm)内变化较大,而其他地方温度梯度变化较小,这就是说应力高度集中在出气口四周很小范围内;由于气体流量大幅度变化以及出钢过程造成的温度急剧变化,出气口四周受到的急冷急热作用增大,热应力增大,热应力增大是容易产生裂纹的重要因素。为满足高压复吹工艺的要求,克服热应力增大带来的影响,提高材质的抗热震性能是十分必要的。
镁碳材质内部和外部的氧化还原反应如下:
MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)
2C(s)+O2(g)=2CO
炼钢温度下,氧化镁和碳之间的内部反应导致镁碳材质透气元件本身的损毁,但吹气气流对透气元件及其周围的耐火材料产生冷却作用,镁碳材质温度降低,减缓了上述反应所带来的损毁。对于碳氧外部反应来说,即使是惰性气体,其氧含量也不容忽视,在供气强度增大的情况下,气流中氧含量也随之增大,加剧镁碳材质和不锈钢通气管的氧化。
3.冶金熔液与耐火材料的反应影响:
转炉复吹炼钢前期和中期熔池中硅、锰、碳等元素的氧化,或是吹炼后期氧化物SiO2、MnO2、FeO对MgO-C质供气元件都有侵蚀作用,尤其在吹炼后期,钢液及渣中的FeO含量增大,FeO很容易与C发生反应,加速MgO-C材料中的石墨氧化。并且FeO沿方镁石晶界侵入,与氧化镁作用生成(Mg,Fe)O固溶体,FeO开始熔化温度为1380℃,FeO的侵入会显著降低液相的形成温度。
微观结构试验分析表明,MgO-C耐火材料工作面不挂渣,石墨(尤其是出气口四周的石墨)受损,金属铝消失,但裸露的氧化镁颗粒仍保留下来;距工作面6mm处,金属铝仍消失,仅留下空间,但石墨基本完好,表明此处温度已大大降低;距工作面10mm左右,组织较为致密,X射线衍射分析证实有MA尖晶石生成;在靠近不锈钢管的耐火材料基质中出现圆形“亮相”。电子探针分析证实“亮相”为金属铝。金属铝的存在表明这部分耐火材料的温度大大降低,说明大气流经过气道时,对不锈钢管和四周耐火材料起到急剧降温作用。
另外转炉底吹供气系统堵塞也是影响复吹透气元件寿命的重要因素,生产实践中多次出现开炉后短时间内因控制系统不可靠导致透气元件堵塞的现象。
目前国内转炉底吹存在底吹强度低(国内转炉低于0.1m3/(min·1))、底吹枪易堵塞、炉役中后期底吹效果差的问题,使成本加大(脱氧剂与合金消耗大),精炼时间长,非金属夹杂物增加,吹炼终点钢水氧含量高,难以适应铁水磷含量提高的形势发展。
4.转炉用耐火材料发展趋势:
转炉朝着大型、自动、高效、环保、长寿的现代化方向发展,一些先进工艺技术(溅渣护炉,复吹,动态控制,滑板挡渣,干法除尘,留渣+双渣工艺等)也在普及应用。与通常复吹转炉底吹均匀供气相比,底吹不对称供气两个支路供气的流量比在2.5:1~4:1.在熔池中形成偏心回流,可以缩短熔池混匀时间,提高复吹效率,转炉炼钢和铁水脱磷预处理的熔池混匀时间分别缩短19.2%和63%,底吹透气元件的机械磨损可减少50%。
由于在使用过程中MgO-C耐火材料向不锈钢通气管渗碳,会导致通气管的熔点降低,使用周期缩短。采用在不锈钢管表面涂防护层α-Al2O3微粉和铝螯形化合物的处理方法,能防止不锈钢管与其周围MgO-C砖内的C反应,使不锈钢管的渗碳层厚度降低,进而能提高其使用周期。
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