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電爐鎂炭磚的研制和應用

2020-08-19 11:19:40

電爐鎂炭磚煉鋼,是利用石墨電極間產生的電弧為熱源進行煉鋼的設備,分直流電爐和交流電爐,其中交流電爐占大多數。本工作根據電爐的損毀機理研制并生產了適庸電爐要求的鎂炭磚。

1電爐襯損毀情況分析

經過對各種電爐進行實際跟蹤調查發現,其渣線部位是Z薄弱區域.一般下爐后渣線區在島度方向有100~200Ⅻ,深度100∞左右的嚴重侵蝕環溝(見圖1),交流電爐襯靠近2”電極處渣線磚侵蝕Z嚴重。經分析認為主要是在煉鋼形成的爐渣上下波動,加上吹氧的攪拌作用.使鋸渣對爐襯造成根大的渣的侵蝕。一般渣中含有大量的Fe0,具有很強的氧化性。此處的渣線鎂炭磚很容易被氧化。同時大部分渣中的M90含量偏低,一般在5%以下.未達到飽和狀態.一般爐渣中的Mgo控制在8~12%之間才可能達到飽和,由此造成鎂炭磚中的氧化鎂溶解進入爐渣中從而造成鎂炭磚的蝕損。爐渣中還含有較多的si0二.酸性很強.煉鋼時要加入大量的c80和caF:作為造渣劑.此種爐渣很稀,與鎂炭磚中的M90極易形成低熔點的鈣鎂橄欖石cMs(熔點1490℃)和鎂薔薇輝石c。Ms:。(熔點1580℃)且粘度很稀,極易在鎂炭磚氣孔中滲透,加一弋=二二]

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大了侵蝕速度。在電爐鎂炭磚砌筑時一般坡度很?。以诔鲣摶蜓a爐時無法將侵蝕面通過搖爐擗平,因此在侵蝕嚴重的渣線部托就無法用普通的補爐磚或補爐料進行修補.噴補效果也小如轉爐明顯,山于以上幾個方面原因,造成一般電爐襯的壽命較低。在2ooD年初,山東省內的幾家30噸以下小電爐使用壽命一般在l00爐左右。而其中一座小電爐。其屬于國家“863計劃”粉末冶金丁程的主要設備,冶煉溫度高達l820℃,爐齡一直徘徊在平均26爐左右.成為困擾該企業和項目的一大難題。

2研制部分工作總結

針塒電爐襯的損毀特點.我們重點塒渣線鎂炭磚的耐沖刷、耐侵蝕性進行了攻關。熔池部位由于受渣的侵蝕程度較低,因此分析認為只要保證其良好的熱震穩定性和一般的抗侵蝕性能就可咀了。我們通過分析影響渣線鎂炭磚壽命較短的原因開展了研制攻關工作.并Z終使研制的產品——優質電爐用鎂炭磚滿足了電爐煉鋼的要求,總結如下。

2.1炭含量的選擇

通過使用情況的調查分析.石墨含量塒鎂炭磚的使用壽命有著決定性的作用

石墨.特別是鱗片石墨是電的良導體,在渣線部位.按照陳肇友的分析.其鎂炭磚的蝕損奉質上是由腐蝕電池的短路電流過大引起的。通過以下實驗證明這一理論:采用電爐渣作電解質,在N:保護條件下把其加熱到1450℃后.將炭電極與鐵電極同時插入溶渣中,并用粗銅線將_電極相連,可以發現在熔池中炭電極處有氣泡冒出,而鐵電極處卻十分平靜,十幾分鐘后石墨電極侵蝕嚴重,而鐵電極沒有變化。同樣實驗條件但在Fe、c電極上分別與一外加約1.0v電池的正負極相連,1450℃熔渣中Fe、c電極處均無氣泡冒出.炭電極也未出現侵蝕現象。

陽極反應為:C+o2。一Co+2e

|ilj極反府為:Fe2++2e—Fe

總反應為:C+(Feo、一cO+Fe

電池為:cI熔渣fFe

由此腐蝕電池可知,為了減輕鎂炭磚在鋼液一爐渣—鎂炭磚三相交界處的侵蝕,可以從以下四個方面解決:①增大腐蝕電池內電阻,具體措施是相應減少石墨含量(因石墨是電的良導體):②在鎂炭磚中加入比石墨電極標準電位更低的金屬,例如si、Al、Mg、ca等金屬,以阻止腐蝕電池的產生.這些金屬可大量中和石墨正電性,造成內部短路,減少腐蝕電流:③將鎂炭磚直接接到直流電源負電極上,進行陰極保護;④加入能增大爐渣內電阻的造渣劑。由于第③、④兩條需要由鋼廠來做,我們只能為其提出建議,很多情況我們無能為力,因此我們重點實掩了第①、②兩條措施。

98年初我們在某5噸電爐渣線部位使用18A鎂炭磚,結果使用壽命只有79爐。按照腐蝕’電池理論,降低炭含量,增加了內電阻,用14A鎂炭磚使用壽命達到90次。

我們在生產中,通過不同工藝配比的調整,確定了根據不同的爐溫和其他使用條件,把渣線鎂炭磚的炭含量控制在12~14%之間。而對于熔池部位和來被鋼水及熔渣浸泡部位的鎂炭磚,炭含量一般控制在6~10%之間,且石墨選用低檔產品.固定炭含量不大于92%;渣線用石墨則選用固定炭含量太于96%的產品。

石墨粒度是一個很重要因素,粒度越細越易氧化。如某廠所作的某種鱗片石墨粒度與氧化溫度關系如下表:

l石墨粒度mm0.28~0.20.J25~0.1540.06S~o.0760.04S~0.054<o.0385

l顯著氯化溫度℃67265863761758l

I氧化峰值溫度℃779768745乍3l699

我們通過多年實踐,并綜合抗氧化性能、成型性能和產品原料成本等幾個方面因素,選擇100目的鱗片石墨作為石墨加入粒度,通過以上措施的實施.在鎂炭磚的使用中取得了較好的效果,

2.2添加劑選擇(印添加劑對耐侵蝕能力和抗氧化能力分析)

鎂炭磚中為了防止炭的氧化和產生腐蝕電池,均要加入部分Al、Mg、si、ca等金屬粉末作為抗氧化劑。由于電爐渣具有很強的滲透、侵蝕、沖刷、氧化作用,因此各種添加劑在鎂炭

金屬AJ在鎂炭磚中形成A14cj,呈晶須狀,生成溫度一般為900℃;AI+N2一AIN,生成溫度?264?磚抗侵蝕過程中所起的作用大不一樣。

一般為800℃:而金屬硅在鎂炭磚中形成B_一sic,~般形成溫度為1100℃以上。當AI和si共同作為抗氧化劑時,則A】4c3形成溫度為800℃,I卜sjc形成溫度為7帥℃。這3個反應可大大提高鎂炭磚強度起到防氧化作用,特別是低溫時,si與AI共同作為抗氧化劑時,si與Al在577℃形成了共熔體.因此可降低A14cj和B—sic的形成溫度。AI|c3于1400℃以上逐漸消失大部分形成A12饑和MA,而f卜sic被c0氧化成si02,在1600℃咀上Abc3與B—sjc已全部形成了A12qb、si02、MA等。由此分析,如果純作為抗氧化劑來說,在鎂炭磚中應AI+si復合的形式效果好于單獨加入,但考慮到高溫時Aba形成MA和A】203,sic形成sjq,si02又會與M90?cao(存在于渣中)形成低熔點的鈣鎂橄欖石cMs(熔點1490℃)、鎂薔薇橄欖石c3Ms3(熔點1580℃)。因此加Al作為抗氧化劑比用si抗氧化劑的鎂炭磚耐侵蝕性能要高,特別是在存在大景熔渣的渣線部位。

金屬鋁加^后在各溫度下產生的物相由P威拉斯所作的‘在含金屬AL的鎂炭磚中理想的反應物相的產生順序與熱梯度的關系圖》(P威拉斯(w枷ams)等.1991年)可以看出Al粉在高溫時以MA形式存在,其熔點為2130℃,屬高溫相。

某鋼廠20噸電爐用渣線鎂炭磚通過使用兩種抗氧化劑,A】2%及Al+s吐%(各半),具體指標為:

體積密度,

M20,%C.%顯氣孔率,%常溫耐壓,MPI高溫抗折.MPI備注

g,cm3

12~15A12%

76~S213~152.96~3.021.5~3.040~60

】0~12Al+Si2%

侵蝕速度明顯不同,Al+翻2%的產品使用壽命在55—75爐之間.而A心%的產品則可使用到100爐以上。分析認為主要原因除了以上已分析到的原因外,Ab仉與爐渣形成cA6(熔點ls50℃)因此其表現了較好的耐侵蝕性能。而si形成的sj02與爐渣形成低共熔物cMs(1490℃),c3M&(1580℃).所以綜合結論為:單獨加AI比A】+si復合和單獨加si的鎂炭磚耐侵蝕性能都好。因此我們在生產渣線鎂炭磚時以AI作為添加劑。

2.3嚴格控制較低的顯氣孔率和較高的體積密度

根據陶友祥的研究,熔渣在耐火材料中的滲透速度與耐材氣孔孔徑的四次方成正比,電爐渣線由于不能像轉爐的濺渣護爐那樣始終被高牯度高耐火度的爐渣所保護,而是始終浸泡在很稀且滲透性很強的爐渣中,因此電爐渣線鎂炭磚的致密程度、顯氣孔率對磚的耐侵蝕滲透性有著至關重要的作用。從電爐渣線殘磚觀察發現,侵蝕行為主要形成反應帶和脫炭帶而掛渣層非常薄。反應帶是脫炭后熔渣滲入鎂炭磚的侵蝕區域,在該區域內,爐渣中的Feon被還原為Fe。熔渣滲入磚中的深度主要決定于脫炭層的厚度。減少脫炭層厚度一是用抗氧化劑.二是提高致密度降低顯氣孔率增大熔渣滲透阻力。

在2000年初為某廠生產的2套渣線鎂炭磚,材質丁藝相同,只是在生產套磚時阿某方面原因造成氣孔率稍高,但使用壽命相著很多.指標為:

『M窖o,%C.%體積密度,g,cm3顯氣孔率,%常溫耐肛.MPa高溫抗折,MPa格注1I78.914.52.974.’4St3.2第套磚1I77.714.62.973.44313.1弟_套磚l磚比第二套磚使用壽命減少l/10,而指標中只有顯氣孔率超了l。3%?,F很多f’家為達到降低顯氣孔率的目的,把成型后的鎂炭磚經過400~600℃熟處理屑再用中溫瀝青浸湞,效果較好。使用壽命較長。但生產工藝繁瑣,可是可【;【降低原料成本。作者于2000年專門對鎂炭磚顯氣孔率的影響因素進行了研究并制定了許多相應的針對措施,使生產的渣線磚的顯氣孔率降到了2%以下。

因此為了保證產品的使用性能,我們把渣線鎂炭磚的體積密度一般控制在3.oo~3.08g,cm3之間,顯氣孔率一般控制在O.5~2.s%之間。為了保證這一指括的穩定我們主要利用三個方面的措施來解決:

2.3.1調整樹贈性能

現鎂炭磚用的結臺劑主要是熱塑性和熱同性樹脂,我J用的是自產熱期性樹脂。一般熱塑性樹脂為保證較高的粘接強度而要求其具有較高的周含揖.溶劑加入孱少,其粘度隨環境溫度的影響而變化很大,特別是冬季.因此一般在使用前都要水浴加熱,鎂砂也要加熱。山于T藝條件的限制,在泥料的存放.工序銜接時溫度較難控制,造成泥料溫度降低。每個鎂砂顆粒均形成了一個很硬的粘有細粉的球,流動性變差,成型非常困難,制品因此也顯氣孔率升高,體積密度降低,產品質量無法保證。設備性能也損壞嚴重。

針對此項問題,在專家指導下,找出了熱塑性樹脂的粘度的影響囡素:

q=,(x—y.T)

n一~樹臘粘度

x——苯酚和甲醛的摩爾比

y——樹脂固含量

T——溫度


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