电熔镁钙砂的加入方式对MgO_CaO_C砖抗渣性能的影响

收稿日期:2008-12-12潘　波(1967-　),博士生/高工;100083北京市海淀区。

电熔镁钙砂的加入方式
对Mg O -Ca O -C 砖抗渣性能的影响
潘　波　王健东　孙加林
(北京科技大学材料科学与工程学院)
尹国祥　高心魁
(营口青花耐火材料股份有限公司)
摘　要　以电熔镁砂和石墨为原料制备Ca O 含量不同的Mg O -Ca O -C 砖,利用回转法对比了试样抗Ca O -Si O 2渣性能。

结果表明:电熔镁钙砂的加入方式影响抗渣侵蚀及挂渣性能,在Ca O 含量相同时,电熔镁钙砂全以骨料加入时的挂渣性能较好,而抗渣侵蚀性能较差。

只有当电熔镁钙砂骨料与粉料以一定比例加入,即当挂渣性能与抗侵蚀性能均衡时,Mg O -Ca O
-C 砖的残厚才最大。

关键词　电熔镁钙砂　抗侵蚀　挂渣
I nfluence of add iti on way of fused magnesi a 2ca lc i a on sl ag resist ance property of M g O -CaO -C br i ck
Pan Bo W ang J iandong Sun J ialin (University of Science and Technol ogy Beijing )
Yin Guoxiang Gao Xinkui
(Q ing Hua Refract ory Co .,L td .in Yingkou )
Abstract Mg O -Ca O -C s peci m ens with different Ca O content were p repared using fused magnesia and flake graphite as the starting materials .The slag resistance p r operty of the Mg O -Ca O -C s peci 2mens was studied by r otary corr osi on test .The results show that additi on way of fused magnesia 2calcia affects the p r operty of slag corr osi on resistance and slag adhesi on .Under the conditi on of the sa me Ca O content,the p r operty of slag adhesi on is better,but the p r operty of slag corr osi on resistance is worse when fused magnesia 2calcia is adding aggregate t otally .Only when the rati o of fused magnesia 2calcia aggregate t o fused magnesia 2calcia powder is op ti m al,the p r operty of slag corr osi on resistance and the p r operty of slag adhesi on is balanceable na mely,the residual thickness ofMg O -Ca O -C brick maxi 2mal .
Keywords fused magnesia -calcia slag corr osi on resistance slag adhesi on
Mg O -Ca O -C 材料具有良好的高温稳定性,
抗高碱度渣性能好,特别是其中游离的Ca O 能起到净化钢水的作用,因此Mg O -Ca O -C 材料被广泛地应用在SKF 和LF -VD 等各种精炼钢
包上,并取得了良好的效果[1-3]。

国内外研究者
关于电熔镁钙砂对Mg O -Ca O -C 砖抗Ca O -Si O 2渣性能的研究很多,但是其研究中的镁钙
砂大部分以骨料的形式引入,而以粉料形式引入的报道却很少。

为了进一步优化Mg O -Ca O -C 砖的性能,文章对比了电熔镁钙砂分别以全骨料引入和部分以粉料的形式引入对Mg O -Ca O -C 砖抗Ca O -Si O 2渣性能的影响。

4冶　金　能　源
ENERGY F OR MET ALLURGI CAL I N DUSTRY
Vol 128　No 14
July 12009
1　试验111　原料
主要原料为:电熔镁钙砂及电熔镁砂骨料(镁钙砂及镁砂骨料粒径为:5～3、3～1,≤1mm )、电熔镁钙砂与电熔镁砂细粉(≤
01088mm )、196鳞片石墨
(固定碳含量为
96121%,灰分含量为2159%)、无水热塑性酚
醛树脂、乌洛托品。

主要原料的化学成分见表1。

骨料与细粉中的电熔镁砂、电熔镁钙砂的化
学成分一致。

表1　主要原料的化学成分
w %
项目Mg O A l 2O 3Si O 2Ca O Fe 2O 3I 1L 1电熔镁砂9710701210192019301600127电熔镁钙砂
76128
0135
0188
21184
0145
0124
图2　侵蚀后的截面及侵蚀指数
112　试样制备及性能检测
按表2配料混好料后,将泥料用1000t 的摩擦压砖机成型为230×115×65的试样,在260℃热处理12h 后将其在70℃的石蜡中浸泡半
小时以防水化。

用回转炉抗渣法检测试样的抗渣侵蚀性能。

将被检测的砖切成具有梯形断面的条形试样,梯形断面的上边56,下边80,高50,长115mm 。

试验温度为1750℃,试验时间为4h,试验用LF -VD 钢包Ca O -Si O 2渣的化学组成为(w %):CaF 22149,Mg O 4119,A l 2O 30197,Si O 261142,Ca O 30146,Cr 2O 30111,Mn O 0115,
Fe 2O 3
0121,Ca O /Si O 2=015。

为了加大渣对试样侵蚀
的严酷性,每隔半小时将回转炉的渣倒掉换新渣,每次加渣016kg 。

试验后将试样的工作面沿中心线切开测量截面的残厚,测量示意图如图1所示。

测量点选择从试样临近烧嘴侧10mm 开始,每隔15mm 测量一个点,并计算侵蚀指数,侵蚀指数=(L 0-L 1)
/L 0×100(L 0为试验前试样厚度,L 1为试
验后试样残厚),分别计算每个试样的平均侵蚀指数及最大侵蚀指数。

最后,将残砖侵蚀最严重处用环氧树脂固化,磨成光片后进行SE M 分析。

表2　试样的配料组成
w %
项 目S1
S2S3S4S01S02S03S04电熔镁砂骨料403015-62523722电熔镁钙砂骨料304055708183348电熔镁砂粉22222222----电熔镁钙粉----22222222196鳞片石墨88888888无水树脂(外加)44444444乌洛托品(外加)014014014014014014014014总CaO 含量6
8
11
14
6
8
11
14
图1　侵蚀试验结果的计算
2　结果与讨论
试样S1～S04受Ca O -Si O 2渣侵蚀后的截面及侵蚀指数见图2。

可以看出:电熔镁钙砂不论以何种形式加入,随着Ca O 含量的增加,Mg O -Ca O -C 砖的平均侵蚀指数与最大侵蚀指
数皆减小,即抗渣侵蚀性能皆逐渐增加。

其中,
1
4Vol 128　No 14
July 12009
冶　金　能　源E NERGY F OR MET ALLURGI CAL I N DUST RY
电熔镁钙砂全以骨料的形式加入时,抗渣侵蚀性
能随着Ca O 含量的增加变化不大。

在Ca O 含量相同的情况下,当Ca O 的含量小于14%时,电熔镁钙砂全以骨料的形式加入时的残厚较大;而当Ca O 的含量为14%时,电熔镁钙砂部分以粉料的形式加入时的残厚较大。

图3　试样S2～S04受Ca O -Si O 2渣侵蚀后的SE M
(下转第46页)
试样S2～S04残砖的SE M 照片如图3所示,可见当电熔镁钙砂全以骨料的形式加入时,随着Ca O 含量的增加,渣层的厚度逐渐增加,渣层越厚,挂渣性能越好。

当电熔镁钙砂部分以粉料的形式加入时,随着Ca O 含量的增加,渣层的厚度先增加后减小。

在Ca O 含量相同的情况下,电熔镁钙砂全以骨料的形式加入比其部分以粉料的形式加入时的渣层的厚度要大,可见电熔镁钙砂的挂渣性能要好于电熔镁钙粉。

研究表明,图3中各渣层的主要化学成分(w %):Mg O 27113,Si O 243105,Ca O 29182,将其与渣的原始组成进行对比可以发现,Mg O 的含量大大增加,而Ca O 、Si O 2的含量减小,其中Ca O 的含量变化不大,这说明对低碱度CaO -Si O 2渣来说,Mg O -Ca O -C 砖的蚀损主要是Mg O 与Ca O -Si O 2渣反应生成Mg O -Ca O -Si O 2低熔物而溶于渣中。

在图3中,渣层处镁钙砂周边的裂纹是由于石墨被钢渣氧化脱碳形成的。

对于含碳耐材来说,石墨抗渣性能优于其它组分,但是一旦石墨
被氧化,试样的抗渣性能就会急剧下降,因为脱碳后,渣会沿着脱碳形成的裂纹向试样内部渗透而加速对试样的侵蚀。

因此,脱碳程度越大,抗渣蚀损能力就越差。

当CaO 含量小于14%,电熔镁钙砂全以骨料的形式引入时,脱碳程度较小,因此抗渣蚀损性能较强,而当Ca O 含量为14%时,脱碳程度却较大,因此抗渣蚀损性能较差。

由S2、S02残砖的面扫描元素分布图可知,渣层主要富含Ca O -Si O 2化合物,S2、S02渣层处的电熔镁钙砂颗粒完整,从渣层处Si O 2、Ca O 的面分布来看,电熔镁钙砂的Ca O 分布处没有Si O 2,可见Si O 2对渣层处的电熔镁钙砂基本上没有渗透,因此,电熔Mg O -Ca O -C 砖有着良好的抗低碱度Ca O -Si O 2渣侵蚀性能。

这主要是因为电熔镁钙砂与Ca O -Si O 2渣接触时,游离的Ca O 优先与Si O 2反应生成高熔点的Ca 2Si O 4(2130℃),增加了渣的粘度,从而阻止渣进一步向试样内部渗透。

电熔Mg O -Ca O -C 砖的使用寿命取决其抗侵蚀性能及挂渣性能。

对于含碳材料来说,其使用寿命,不能单单地以抗侵蚀性能来进行评价,如果只是抗侵蚀性能好而挂渣性能差,会使碳曝露在钢渣中而被氧化,从而使结构变得疏松,为
钢渣的进一步侵蚀和渗透提供了“通道”[4-5]
,从而导致其使用寿命不高。

对于抗渣侵蚀来说,基质部分(粉料部分)是薄弱环节,由前面的
和蒸汽余热发电站,利用冷却其高温的副生气体产生蒸汽带动蒸汽轮机发电。

该系统以一炼钢4台25t转炉的转炉烟道汽化冷却系统产生的蒸汽为热源。

因转炉炼钢是间断性的,其烟道废热产生也是间断性的,致使蒸汽的产生也为间断性,但通过使用蓄能器可使其变成稳定的常压蒸汽,然后再进入常压汽轮机做功。

作完功的蒸汽进入空气冷却凝汽器冷凝成水,冷凝水由凝结水泵打进冷凝水池,再由两台给水泵分别打进转炉烟道汽化冷却系统的汽包中。

7　结语
钢铁工业节能措施,不能只对单个设备、单一工艺进行节能,而应从企业整体出发,进行全流程综合考虑和系统节能。

这样才能以较少的投入,达到最大的节能效果,产生较大的经济效益。

参考文献
[1]编写组1钢铁工业可持续发展支撑技术[M]1北
京:中国钢铁工业协会,20041
[2]田敬龙11997年度大中型钢铁企业能源消耗及节约
情况[J]1冶金能源,1998,17(4):3-41 [3]李桂田1我国钢铁工业余热资源利用大有潜力
[J].冶金信息工作,1997,(1):16-201
万　雪　编辑
(上接第42页)
分析可知,Mg O容易与低碱度Ca O-Si O
2
渣形
成低熔物。

因此当基质部分的电熔镁砂被电熔镁
钙砂取代时,Mg O-Ca O-C砖抗Ca O-Si O
2
渣蚀损性能理应有所提高。

但事实上,只有当电熔镁钙砂与电熔镁钙粉的比例达到一定值之后,其残厚才有所增加。

因此不能笼统地说,当CaO 含量一定时,镁钙砂部分以粉料的形式加入时,
其抗Ca O-Si O
2
的侵蚀性能强,使用寿命增加。

当Ca O的含量小于14%时,在Ca O含量相同的情况下,虽然基质部分以镁钙粉的形式引入,其抗侵蚀性能有所增强,但其骨料中的电熔镁钙砂含量却较小,挂渣性能却较差,因此其脱碳程度较大,残厚较小。

综上分析,电熔镁钙砂的加入形式直接影响Mg O-Ca O-C砖抗渣侵蚀性能与挂渣性能,只有当电熔镁钙砂颗粒与其粉料成一定比例加入时,即在抗渣侵蚀性能与挂渣性能均衡的条件下,Mg O-Ca O-C砖的使用寿命才最长。

3　结论
(1)随着电熔镁钙砂含量的增加,Mg O-Ca O-C砖抗Ca O-Si O2渣侵蚀性能逐渐增强,电熔镁钙砂全以骨料的形式引入比其部分以粉料的形式引入时的挂渣性能好。

(2)Mg O-Ca O-C砖抗Ca O-Si O
2
渣蚀损的残厚取决于其抗侵蚀性能及挂渣性能。

由于电熔镁砂粉作为基质易与渣反应生成低熔物,因此其被电熔镁钙砂取代时抗侵蚀性能会有所增加,但是在Ca O含量一定时电熔镁钙砂在骨料中的比例下降,导致其挂渣性能降低,脱碳程度增加,从而加速渣对试样的侵蚀。

当抗侵蚀性能与挂渣性能均衡时,Mg O-Ca O-C砖的残厚最大。

参考文献
[1]张兴业,李宗英1我国钢包用耐火材料的品种及应
用[J]1山东冶金,2007,29(2):11-151 [2]刘建辉,苏树红,陶绍平等1钢包内衬用Mg O-
Ca O-C砖的开发与应用[J]1耐火材料,2002,
36(4):221-2231
[3]王　健,刘　环,崔雅茹等1镁钙碳砖应用于
25t L F精炼炉包上的试验[J]1铸造技术,2005,
26(8):689-6901
[4]王庆贤译1对镁钙碳砖耐蚀性及挂渣性的评价
[J].国外耐火材料,1997,22(2):62-631 [5]崔学正译1M g O-Ca O-C砖的抗侵蚀性及炉渣涂层
性的评价[J]1国外耐火材料,1998,23(2):
23-251
万　雪　编辑。