从高铝砖到铝镁系耐火材料,回看钢包内衬50年发展历程

编辑:admin 日期:2020-05-09 12:43:16 / 人气:

在钢铁冶炼中,钢包是炼钢的重要热工设备,承担着钢水运输以及精炼的双重任务。因此,钢包工作衬材料的选择非常重要,其使用性能的优劣不仅影响到耐火材料的吨钢消耗及钢铁冶炼成本,而且对钢材的产量与质量也会造成很大影响。
钢包
钢铁冶炼技术的发展推动了耐火材料的不断改进,钢包用耐火材料的发展大致经历了以下四个阶段:
(1)20世纪70年代以前
我国钢包的内衬材料主要采用黏土砖、高铝砖等。欧美各国因其黏土资源较为丰富,开发了黏土砖、黏土结合的半硅质砖。连铸技术的应用使得钢包的工作条件也发生了变化,又发展了红柱石砖、高铝砖等。为了提高抗碱性渣侵蚀的能力,含碳耐火材料得以出现,前苏联和美国使用过低档铝镁碳砖。但这段时期仍然以高铝砖为主。
(2)70年代
我国研究开发了磷酸结合的高铝质捣打料及高铝质浇注料,使小型钢包寿命大幅提高,但多数厂家的内衬仍然使用高铝砖。80年代,我国先后研制了水玻璃结合的铝镁质浇注料、矾土-尖晶石浇注料。70-80年代欧美各国则主要使用中、低档的铝镁碳砖。采用二次精炼技术后,高铝砖或高铝浇注料难以满足钢包的使用要求,欧美各国开始采用镁砖、白云石砖等碱性材料。与此同时,日本研制了高硅酸质砖,其主要是利用叶腊石砖中加入锆英石来提高叶腊石砖的抗侵蚀性,一些钢包渣线部位使用了锆质砖,效果很好。
高铝砖
(3)90年代初
我国耐材科研人员相继开展了矾土-尖晶石浇注料、矾土刚玉-尖晶石浇注料的研究和应用,并取得了不错的成果。90年代后期武汉科技大学研制了高性能Al2O3-MgO浇注料,其具有不含碳、施工省力、耐侵蚀、高温体积稳定性好等特点。
(4)如今
钢包衬用耐火材料的研究与应用仍然主要集中在铝镁系,包括铝镁浇注料、刚玉-尖晶石浇注料以及铝镁尖晶石浇注料及其预制块。通过添加超微粉或者采用高纯原料等制得的高性能铝镁浇注料的各方面性能都得到很大改善,使炉外精炼钢包寿命大幅度提高。
铝镁尖晶石浇注料
近年来,随着建筑、机械制造等行业对高品质钢的需求量持续增长,以及钢水精炼和连铸工艺的提升,钢包内衬的工作条件越趋恶劣,对所用耐火材料性能的要求也越来越高,见表1,这对耐火材料的发展提出了更加艰巨的挑战。
表1钢包精炼工艺改进对耐火材料的要求
目前钢包耐火材料较多使用铝镁系浇注料和镁碳砖,因刚包不同部位所受钢水侵蚀冲刷情况不同,它们常搭配使用,且应该对包底、包壁、渣线使用的耐火材料综合平衡,力求在考虑经济因素和精炼技术的基础上达到最优化设计。较为典型的钢包内衬用耐火材料设计方案见表2。
表2钢包内衬设计典型方案
其中,镁碳砖中碳含量一般在10~15%之间;高铝砖中Al2O3含量一般为65%~85%,铝碳砖中的Al2O3含量为65%~91%。日本目前广泛采用刚玉-尖晶石浇注料作为钢包侧壁衬。另外,有研究认为铝镁浇注料比刚玉-尖晶石浇注料具有更为良好的抗渣侵蚀渗透性能和抗热震性能。
新一代高性能铝镁系浇注料,以特级矾土、电熔刚玉、板状刚玉或电熔尖晶石为原料,优化了基质,以高纯水泥作为结合剂,并且加入α-Al2O3微粉和高效减水剂,浇注料的施工性能得到改善,高温性能和耐剥落性能也得到了提高。

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