鎂鉻磚在RH爐的應(yīng)用

RH爐用鎂鉻耐火磚

高溫?zé)傻逆V鉻磚系耐火磚(如直接結(jié)合、再結(jié)合、半再結(jié)合鎂鉻磚)由于具有抗低堿度渣蝕能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精煉爐襯上。鎂鉻系耐火磚有許多不同的品種，磚的生產(chǎn)工藝、組織結(jié)構(gòu)、性能差異也很大。鎂鉻系耐火磚按按Cr2O3含量可分為鎂鉻磚(Cr2O3含量為5~20%)、鉻鎂磚(Cr2O3含量為20~35%)和鉻磚(Cr2O3含量為大于35%)，按生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和熔鑄磚等。

由于鎂鉻耐火磚的品種非常繁多，有文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了歸類總結(jié)：

(1)硅酸鹽結(jié)合鎂鉻耐火磚(普通燒成鎂鉻磚)。這種磚是由雜質(zhì)(SiO2與CaO)含量較高的普鉻礦與制磚鎂砂制做成，燒成溫度在1550℃左右。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：耐火物晶粒之間是由硅酸鹽結(jié)合的，顯氣孔率較高，抗?fàn)t渣侵蝕性較差，高溫體積穩(wěn)定性差。

(2)預(yù)反應(yīng)鎂鉻耐火磚。將鎂砂(輕燒鎂粉)與鉻礦共磨壓坯在窯內(nèi)燒成，用合成的鎂鉻砂作為原料再制磚，形成“預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚”。預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚屬硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的改進(jìn)型。

(3)直接結(jié)合鎂鉻耐火磚。直接結(jié)合鎂鉻耐火材料是由雜質(zhì)含量低的鉻精礦與較純鎂砂制作，燒成溫度在1700℃以上。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：耐火物晶粒之間多呈直接接觸，磚中方鎂石(固溶體)-方鎂石(固溶體)與方鎂石(固溶體）尖晶石(固溶體)的直接結(jié)合程度高，因此其高溫性能、抗?fàn)t渣侵蝕性好，高溫體積穩(wěn)定性都較普通鎂鉻磚好。

(4)熔粒再結(jié)合鎂鉻耐火磚(電溶再結(jié)合鎂鉻)。用電熔方法使鎂砂與鉻礦(輕燒鎂粉或菱鎂石與鉻礦)充分均勻地反應(yīng)，合成結(jié)構(gòu)更理想的方鎂石固溶體和尖晶石固溶體鎂鉻原料，再結(jié)合鎂鉻磚就是用此原料制磚稱為熔粒再結(jié)合鎂鉻磚。由于制耐火磚原料較純，都需要在1750℃以上高溫或超高溫下燒成。其顯微結(jié)構(gòu)特征是尖晶石等組元分布均勻、氣孔率低、耐火物晶粒之間為直接接觸、耐壓強(qiáng)度高、抗侵蝕性好、高溫強(qiáng)度高等，但缺點(diǎn)是熱震穩(wěn)定性較差。

(5)半再結(jié)合鎂鉻耐火磚。以人工合成原料做顆粒，以鉻精礦與鎂砂為細(xì)粉的鎂鉻磚都應(yīng)稱為半再結(jié)合鎂鉻磚。國(guó)內(nèi)將由電熔鎂鉻料作顆粒，而以共燒結(jié)料為細(xì)粉或以鉻精礦與鎂砂粉為混合細(xì)粉，制作的鎂鉻磚都稱為半再結(jié)合鎂鉻磚。其燒成溫度在1700℃以上，磚內(nèi)耐火物晶粒之間也是以直接結(jié)合為主，優(yōu)點(diǎn)是抗熱震性較好，抗侵蝕、抗沖刷也不錯(cuò)。

(6)共燒結(jié)鎂鉻耐火磚(又稱全合成鎂鉻)。用百分之百的燒結(jié)合成鎂鉻砂為制磚原料，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)伤a(chǎn)的鎂鉻磚就是共燒結(jié)鎂鉻。其特點(diǎn)是抗侵蝕性好，高溫體積穩(wěn)定性好等。

(7)不燒鎂鉻耐火磚(或稱化學(xué)結(jié)合鎂鉻)?；瘜W(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚，一般采用鎂砂與鉻礦為制磚原料，以聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉或水玻璃為結(jié)合劑壓制的鎂鉻磚。不需高溫?zé)?，只?jīng)200℃左右溫度烘烤。由于未經(jīng)高溫?zé)桑V砂會(huì)發(fā)生水化，不能長(zhǎng)期存放。

(8)熔鑄鎂鉻制品耐火磚。采用鎂砂、鉻礦為主要原料，加入少量添加劑，經(jīng)混合、壓坯與素?zé)?，破碎成塊，進(jìn)電弧爐熔融，再注入模內(nèi)、退火，生產(chǎn)成母磚，母磚經(jīng)切、磨等冷加工制成各種特定形狀的制品。熔鑄鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是成分分布均勻，耐火物晶粒之間主要為直接接觸，硅酸鹽以孤島狀存在，磚抗熔體熔蝕、滲透與沖刷特別好，但熱震穩(wěn)定性差。

鎂鉻耐火磚是一種含三氧化二鉻的鎂質(zhì)耐火材料，氧化鉻通過(guò)固熔于方鎂石和形成低膨脹的鎂鉻尖晶石，可增大液相對(duì)耐火相的潤(rùn)濕角，提高直接結(jié)合程度，生成理想的方鎂石-鎂鉻尖晶石-微裂紋復(fù)合結(jié)構(gòu)，使鎂鉻質(zhì)耐火磚具有良好的荷重軟化溫度、高溫強(qiáng)度、抗侵蝕性、熱震穩(wěn)定性、較低的導(dǎo)熱率和較好的掛窯皮性。鎂鉻耐火磚在現(xiàn)有的燒成帶耐火材料中具有高的性能/價(jià)格比值，并由此成為一種被廣泛使用的耐火材料。

RH爐用剛玉耐火磚的種類及性能分析

RH真空脫氣爐初只是作為脫氣裝置，當(dāng)時(shí)的耐火材料內(nèi)襯主要采用粘土磚高鋁磚。現(xiàn)在，RH爐功能已經(jīng)擴(kuò)展了到了吹氧和噴粉，內(nèi)襯耐火材料的適用條件變得更為苛刻，因此選用耐火材料。特別是隨著特種鋼的產(chǎn)量增加，正在大力推廣增大環(huán)流量，大量吹入氣體的方法，以進(jìn)行超低碳鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)和高速處理。加大環(huán)流量使耐火材料內(nèi)襯磨損增加；增加冷風(fēng)吹入量造成了高溫剝落；鋼包熔渣吸入量增加又加大了結(jié)構(gòu)剝落和侵蝕，所有這些因素都將導(dǎo)致內(nèi)襯材料的損毀加劇。因此，現(xiàn)在的RH/RH-OB內(nèi)襯以直接結(jié)合剛玉磚為主流，而在RH/RH-OB內(nèi)襯吹氧口周圍使用半結(jié)合或再結(jié)合剛玉磚，一部分使用鎂碳磚。

用于RH裝置頂部和上部槽內(nèi)的耐火材料，由于不與鋼水和熔渣直接接觸，與下部相比一般損毀都較少。中間部分由于接觸鋼水和熔渣侵蝕或者由于高溫剝落，使耐火內(nèi)襯遭到損毀。下部槽包括浸漬管的耐火內(nèi)襯是RH裝置的高腐蝕區(qū)，它往往決定著RH爐的使用壽命，因此下部槽的內(nèi)襯應(yīng)選用高溫?zé)芍苯咏Y(jié)合剛玉磚。爐身下部損傷嚴(yán)重的部位是環(huán)流管，因?yàn)橐r里的結(jié)構(gòu)限制了它的厚度，而且復(fù)雜形狀的耐火制品還需經(jīng)兩次加熱，所以沒(méi)有一種耐火材料有足夠的使用壽命。此外，在RH-OB爐中，OB對(duì)耐火材料的使用也有重要的影響，在采用上部噴槍法時(shí)，耐材受到吹入的氧氣與鋼水中鐵元素生成的氧化物及高溫反應(yīng)氣體侵蝕，尤其是生成氧化物會(huì)迅速地侵蝕耐火材料工作面，因此需選用Cr2O3含量高的MgO-Cr2O3磚才會(huì)有較高的使用壽命，而暴露在高溫氣體下部選用Cr2O3含量低的MgO-Cr2O3磚會(huì)有較好綜合使用性能。

真空循環(huán)脫氣（RH）爐用耐火材料

鋼液真空循環(huán)脫氣法（RH法）是西德魯爾公司（Ruhrstal）和海拉斯公司（Heraeus）于1957年共同研制成功的，取兩公司名稱的字頭，稱作RH法。RH裝置的工作原理是：鋼液在一個(gè)砌有耐火材料內(nèi)襯的真空室內(nèi)進(jìn)行脫氣。真空脫氣室下部有兩根插人管，即鋼液上升管和下降管。進(jìn)行真空處理時(shí)，將這兩根管子插到鋼液內(nèi)，由 于真空室內(nèi)已被抽成真空，鋼液將從兩根管子內(nèi)上升到壓差高度。同時(shí)，從上升管下部的三分之一處吹人驅(qū)動(dòng)氣體（氬氣或氮?dú)猓?，由于湍流作用，上升管?nèi)會(huì)形成大量氣泡核，鋼液中的氣體向氬氣（或氮?dú)猓┡輧?nèi)擴(kuò)散，體積會(huì)成百倍地增大，鋼液以5m/s左右的速度呈噴泉狀噴入真空室，脫氣進(jìn)程加速。脫氣后的鋼液匯到真空室底部，以1-2m/s的速度經(jīng)下降管返回到鋼包內(nèi)。未脫氣的鋼液會(huì)不斷地從上升管進(jìn)人到真空室脫氣。這樣，鋼液連續(xù)循環(huán)幾次后，脫氣過(guò)程結(jié)束。RH裝置工作原理圖如圖12-54所示。RH法主要設(shè)備有真空脫氣室、升降裝置、加熱裝置、抽氣裝置主要設(shè)備有真空脫氣室、升降裝置、加熱裝置、抽氣裝置和鐵合金添加裝置等，如圖12-55所示。真空脫氣室呈細(xì)長(zhǎng)狀，兩根插人管一般是平行的，其形狀取決于脫氣效率、鋼液攪拌的情況、 成分調(diào)整的準(zhǔn)確性、室內(nèi)鋼液面上升狀況和熔滴飛濺的高度等方面。

真空脫氣室的支持方式有：
（1）脫氣室上下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式。
（2）脫氣室上下升降式。
（3）脫氣室固定式等。 目前，普遍采用脫氣室固定方式。升降裝置一般采用液壓裝置來(lái)升降鋼包，以使鋼包在脫氣室下面垂直升起，鋼包一般用臺(tái)車運(yùn)送到脫氣室下面。加熱裝置用于預(yù)熱真空脫氣室，以減少真空處理中鋼液的溫降，和防止飛濺液滴粘附到室內(nèi) 耐火材料上?？梢葬娪酶鞣N氣體（焦?fàn)t煤氣、高爐 煤氣、天然氣等）或液體燃料（重油、煤油等）通過(guò)預(yù)熱孔噴人燃燒的方式進(jìn)行加熱，還可釆用在真空脫氣室內(nèi)插入電加熱器的方式進(jìn)行輻射加熱。

抽氣裝置采用普通蒸氣噴射泵方式。鐵合金添加裝置一 般安裝在真空脫氣室的上部，用密封料斗和振動(dòng)加料器等加入合金料。RH脫氣法與其他精煉處理方法相比有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）脫氣效果較好。由于輸入驅(qū)動(dòng)氣體，形成了大量氣泡核，進(jìn)人真空室的鋼液會(huì)噴射成非常細(xì)小的液滴，使鋼液脫氣面積大大增加，因此有利于脫氣的進(jìn)行。
（2）鋼液溫降小。一般一次處理后鋼液溫降只有30-50℃左右，而且在脫氣過(guò)程中還可加熱。
（3）脫氣室適用范圍較大?？稍谕辉O(shè)備處理不同容量的鋼液，也可在電爐和感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行處理。
（4）可處理的鋼種多。有鍛造用鋼、高強(qiáng)度鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹鋼、電工鋼、深沖鋼等。
（5）設(shè)備操作靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。RH裝置是在高溫與真空條件下工作的，上升管中吹入驅(qū)動(dòng)氣體，鋼液連續(xù)不斷地向上噴濺。真空脫氣室的中、下部耐火材料，承受著鋼液噴濺和鋼液環(huán)流的沖刷作用，損毀較為嚴(yán)重。插

入管的耐火材料，內(nèi)壁會(huì)受到高速氣流（流速高達(dá)每秒數(shù)米）和鋼液的沖刷作用，外壁和底部受到鋼水的劇烈沖擊，熔渣的化學(xué)侵蝕以及急冷急熱作用，也械性損耗嚴(yán)重，易產(chǎn)生熱剝落。與其他脫氣法相比，RH法耐火材料的侵蝕較為嚴(yán)重，其中插入管的耐火材料的工作環(huán)境特別惡劣，是RH裝置薄弱的環(huán)節(jié)。裝置采用的耐火材料有：高鋁耐火磚、鎂白云石磚、方鎂石尖晶石磚、鎂磚、鎂鉻磚及耐火搗打料和耐火澆注料等。目前，各國(guó)趨向于采用直接結(jié)合鎂鉻磚作真空室內(nèi)襯，插人管襯體一般用高鋁質(zhì)耐火搗打料或耐火澆注料，也有用堿性散狀料進(jìn)行制作。