电炉用优质镁碳砖的研制和应用

电炉用优质镁碳砖的研制和应用

张继国

济南钢铁集团总公司耐火材料厂技术质量科

摘要根据电炉的使用条件分析影响其使用寿命的主要原因，并据此制定了可行的针对性措施．生产的镁碳砖克分满足了电炉使用要求．

关键词腐蚀电池抗氧化性渣线镁碳砖

电炉炼钢，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碳砖。

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，其渣线部位是最薄弱区域．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”电极处渣线砖侵蚀最严重。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。此处的渣线镁碳砖很容易被氧化。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，由此造成镁碳砖中的氧化镁溶解进入炉渣中从而造成镁碳砖的蚀损。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，与镁碳砖中的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，极易在镁碳砖气孔中渗透，加一弋＝二二］

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大了侵蚀速度。在电炉镁碳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．我们重点埘渣线镁碳砖的耐冲刷、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碳砖寿命较短的原因开展了研制攻关工作．并最终使研制的产品——优质电炉用镁碳砖满足了电炉炼钢的要求，总结如下。

２．１碳含量的选择

通过使用情况的调查分析．石墨含量埘镁碳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．其镁碳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．将碳电极与铁电极同时插入溶渣中，并用粗铜线将＿电极相连，可以发现在熔池中碳电极处有气泡冒出，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．碳电极也未出现侵蚀现象。

图２腐蚀电池实验装置示意图

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，为了减轻镁碳砖在钢液一炉渣—镁碳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在镁碳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将镁碳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镁碳砖，结果使用寿命只有７９炉。按照腐蚀’电池理论，降低碳含量，增加了内电阻，用１４Ａ镁碳砖使用寿命达到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，把渣线镁碳砖的碳含量控制在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碳砖，碳含量一般控制在６～１０％之间，且石墨选用低档产品．固定碳含量不大于９２％；渣线用石墨则选用固定碳含量太于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．在镁碳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）

镁碳砖中为了防止碳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碳砖抗侵蚀过程中所起的作用大不一样。

金属ＡＪ在镁碳砖中形成Ａ１４ｃｊ，呈晶须状，生成温度一般为９００℃；ＡＩ＋Ｎ２一ＡＩＮ，生成温度・２６４・

一般为８００℃：而金属硅在镁碳砖中形成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碳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，在镁碳砖中应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抗氧化剂的镁碳砖耐侵蚀性能要高，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的镁碳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吨电炉用渣线镁碳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的镁碳砖耐侵蚀性能都好。因此我们在生产渣线镁碳砖时以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，因此电炉渣线镁碳砖的致密程度、显气孔率对砖的耐侵蚀渗透性有

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