如何延长LF炉渣线用镁碳砖寿命?

时间:2017-05-11 09:29 来源:未知 作者:admin 点击:次

LF炉是上世纪70年代初发展起来的精炼设备。由于其设备简单、投资费用低、操作灵活和精炼效果好而成为冶金行业的后起之秀,可配合电炉、转炉生产优质合金钢。此外,LF炉还是连铸车间,特别是合金钢连铸生产线上不可缺少的控制成分、温度及保存钢水的设备。因此,LF炉几乎涉及从特钢到普钢的所有钢种,生产中可视质量控制的需要,采用不同的工艺操作制度。在各种二次精炼设备中,LF炉的综合性价比高。LF炉所用衬砖主要为镁碳砖,LF炉炉渣主要成分为CaO、SiO2、A12O3和MgO,此外还有一些FeO、MnO。当镁碳砖与钢液和炉渣接触时,炉渣侵蚀镁碳砖,由此导致镁碳砖热震稳定性差,出现剥落损毁现象,缩短了渣线镁碳砖的使用寿命,影响LF炉精炼生产。为延长镁碳砖的使用寿命,研究者研究了LF炉炉渣对镁碳砖的抗侵蚀性能的影响,探讨了延长LF炉渣线用镁碳砖寿命的途径。

  实验原料与过程

  实验选用LF炉用的低铁炉渣和高铁炉渣,其成分见附表。镁碳砖选用鞍钢目前使用的渣线镁碳砖MT-14。 

  研究者将渣线镁碳砖制成内径为ф60mm×50mm,外径为ф120mm×100mm的坩埚试样后,将LF低铁渣和高铁渣分别装入制得的坩埚中,于1600℃保温3h,采用静态坩埚法进行镁碳砖的抗渣侵蚀实验。他们将两种LF炉炉渣研磨成200目细粉,以热塑性酚醛树脂作为结合剂,将其压制成ф6mm×5mm的圆柱试样,放于渣线镁碳砖制成的垫片上,将其置于耐火度检测仪DRH-III中,观察试样达到半球温度时,熔渣与镁碳砖的润湿角,以此表征熔渣对镁碳砖的润湿性能。

  实验结果及分析

  润湿角检测。根据LF炉两种炉渣对镁碳砖的润湿角示意图,研究者计算得出,铁少的LF炉渣对镁碳砖的润湿角为45°,铁多的LF炉渣对镁碳砖的润湿角为58°。由此可见,LF炉的两种熔渣均能润湿镁碳砖,且铁少的熔渣润湿现象更明显,对砖的侵蚀更明显。因此,可在一定范围内调节LF炉炉渣成分,增大熔渣对制品的润湿角度,从而提高镁碳砖的抗侵蚀性能。

  抗渣侵蚀分析。铁少和铁多的LF炉渣对镁碳砖坩埚侵蚀后的SEM形貌图显示,被LF炉渣侵蚀后,镁碳砖的表面均形成一薄薄的挂渣层,且铁少的试样挂渣层相对明显。由于侵蚀时间短,被两种熔渣侵蚀后,镁碳砖表面的侵蚀层均较薄,同时,与熔渣接触的镁碳砖表面处鳞片状石墨发生氧化,基质较疏松。而且,低铁LF炉渣对镁碳砖的侵蚀明显强于高铁LF炉渣,侵蚀层相对较深。这是由于低铁渣对镁碳砖的润湿角相对较小,相同条件下对镁碳砖的润湿速率快,从而加速了镁碳砖的熔蚀。

  研究者进一步研究发现,LF炉渣首先润湿镁碳砖表面,然后沿着石墨氧化后留下的气孔侵入镁碳砖的基质中,充填在镁砂颗粒周围,与镁砂颗粒进行化学侵蚀熔蚀,生成含有Ca、Si、Al的低熔点液相,从而逐步蚕食镁砂颗粒。由此可以推测,随着反应时间延长,镁碳砖中将形成胶结结构,镁砂颗粒将镶嵌于液相中,镁砂颗粒边角将被熔渣熔蚀,变得圆滑,从而使镁碳砖的侵蚀层和原砖层的组成与性能,特别是热膨胀系数有很大差别。当在使用过程中受到热震作用和热冲击时,镁碳砖的工作面将发生剥落掉片损毁,在LF炉外精炼的条件下,由于精炼温度高,炉渣的黏度降低,加上炉衬内部温度也较高,炉渣可以渗入到耐火材料内部更深的部位,形成更厚的反应层,这将加剧镁碳砖内衬的熔损,出现严重的剥落掉片损毁。因此,LF炉渣对镁碳砖的影响主要表现为化学侵蚀及由此产生的热震稳定性差,出现剥落损毁。

  延长渣线用镁碳砖寿命的途径

  综上所述,两种LF炉熔渣对镁碳砖的润湿角均小于90°,易于润湿镁碳砖表面,与镁碳砖接触时将加速镁碳砖的损毁速率,且低铁LF炉渣的润湿现象更明显。在侵蚀实验中,这种现象使与低铁熔渣接触的镁碳砖抗侵蚀能力降低。

  为延长LF炉镁碳砖的抗渣侵蚀寿命,可从调节熔渣的成分、增大熔渣对镁碳砖的润湿角着手,在镁碳砖表面形成稳定的挂渣层,防止表面石墨的氧化,抑制熔渣对镁碳砖表面的润湿,或者通过优化镁碳砖的基质结构,改善镁碳砖中石墨的引入形式及加入量,调节基质的配料组成,从而影响镁碳砖在使用过程中因为碳氧化形成的气孔的数量、尺寸、形状和分布,进而延长LF炉渣线镁碳砖的使用寿命。