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南开镁碳砖在转炉上的使用,主要是砌筑转炉炉衬。根据不同的部位、不同的侵蚀条件,选择不同材质的南开镁碳砖,砌筑在转炉的不同部位,实行综合砌炉。
对于易损部位,如耳轴、渣线,由于经常受到气流、钢渣侵蚀等因素的影响,损毁严重,因此采用碳含量为16%~18%、并添加金属抗氧化剂的镁碳砖砌筑,以增强其抗侵蚀性;
在装料侧,由于经常受到钢渣的冲刷、机械应力等作用,选用碳含量为10%~14%、并添加金属抗氧化剂的镁碳砖砌筑,以增强其抗冲击能力和炉渣的涂层保护,延长炉体的寿命。
在炉帽部位,采用碳含量为14%~16%的中档镁碳砖,以利减少碳的汽化消失,增加衬体的严密性,防止掉砖、漏钢等事故的发生。
在熔池部位,由于这是转炉的主体,经常受到钢水的侵蚀、气流等作用的影响,因此采用碳含量为 16%~18%、并添加金属抗氧化剂的镁碳砖砌筑。
在炉底,采用不加金属添加剂、碳含量为14%~16%的中档镁碳砖。总之,镁碳砖在转炉上的使用,主要是砌筑转炉的炉体,实行综合砌炉,以延长炉体的寿命,提高转炉炉龄。
1. 镁碳砖的损毁过程
镁碳砖的损毁,首先是由于砖内的碳氧化,形成脱碳层,加之高温下氧化镁与石墨的热膨胀率相差悬殊 (1000℃时,分别为1.4%和0.2%),导致组织结构疏松,强度降低,再经熔渣的侵蚀、机械冲刷等作用,砖中的氧化镁颗粒逐渐被熔蚀,逐层脱落,从而造成镁碳砖的损毁。镁碳砖的损毁过程是:氧化→脱碳→疏松→侵蚀→冲刷→脱落→损毁。
2. 镁碳砖的损毁机理
大量的研究工作证明,1600℃以上,如下反应是导致镁碳砖损毁的主要原因。MgO(s) +C(s)→ Mg(g) +CO(g)镁碳砖的损毁,首先是工作衬热面中的碳氧化,形成一层薄的脱碳层,碳的氧化是由于不断被炉渣中铁的氧化物和空气中的O2以及 CO2、SiO2等氧化物氧化的结果,以及溶解于钢液之中或砖中的MgO对碳的汽化作用;其次是高温液态熔渣渗入脱碳层的气孔或由于热力的作用产生的裂纹之中,与砖中的氧化镁反应形成低熔点的化合物,致使砖的表面层发生质变并弱化,在强大的钢渣搅动、机械冲刷等应力作用下逐层脱落,导致镁碳砖的损段,如此周而复始,炉衬逐层变薄,最终补炉、修炉、停炉。
(1)碳的氧化镁碳砖的损毁首先是砖中的碳被氧化的结果,碳的氧化是通过以下的反应进行的:
由于碳的氧化,破坏了砖中碳的网络结构,从而使组织结构疏松,制品强度降低,同时使气孔增加,也加剧了炉渣对砖的侵蚀。
(2)气孔的影响镁碳砖中的气孔,特别是开口气孔,对镁碳砖的损毁具有重要的影响。镁碳砖在使用过程中,主要是通过气孔促使碳的氧化损毁,进而加剧炉渣对砖衬的侵蚀,从而造成镁碳砖的损毁。存在于砖中的开口气孔，,冷却时从外部吸入空气。再加热时,空气中的氧气与周围的碳反应生成CO排出,这样的过程周而复始,使气孔率增大。另外,存在于镁碳砖中的结合剂,是气孔产生的重要因素。作为镁碳砖的结合剂,一般常使用酚醛树脂。添加 3%~4%的酚醛树脂,成型后的气孔率较低，约为3%左右。但在使用过程中,酚醛树脂加热分解产生H2O、H2、CH4、CO、CO2等气体蒸发排出,气体蒸发的通路便形成气孔,也使气孔率增大。这样,存在于空气中的氧以及炉渣中的氧化物等便会通过气孔对砖加以侵蚀,一方面促进了碳的氧化损毁,另一方面加剧了炉渣与砖中 MgO的反应,造成镁碳砖的损毁。这样的过程周而复始,通过碳的氧化,炉渣的侵蚀,一方面破坏了砖中碳的网络结构,使组织结构疏松,高温强度降低,另一方面使砖的表面形成低熔点的化合物,弱化并变质,从而在强大的钢渣搅动、机械冲刷、热冲击等应力作用下逐层脱落,造成镁碳砖的损毁。
1. 采用优质电熔镁砂作原料优质电熔镁砂具有结晶发育完善、晶粒大、体积密度高、化学活性低、耐侵蚀性能好等优点,同时抵抗碳的还原作用强,能阻止MgO颗粒的侵蚀。其次,氧化镁含量高,杂质含量低,尤其是SiO2 含量低,结构中硅酸盐相少,抵制了其与基质中石墨的反应,阻止了碳的氧化。另外,晶体直接结合程度高,能避免高温下晶粒边界生成液相引起的熔蚀,阻止了炉渣的渗透。由于优质电熔镁砂的价格较高,所以根据镁碳砖在转炉上的不同使用部位,要配以烧结镁砂组织生产。即对于易损部位,要使用优质电熔镁砂,对于损坏不太严重的部位,要使用烧结镁砂。
2.提高石墨纯度石墨是目前已知熔点更高的单质,高达350 0℃,它的热膨胀系数小,化学稳定性好,石墨的纯度对镁碳砖的使用性能影响较大。随着石墨纯度的提高,镁碳砖的侵蚀指数急剧下降,高温抗折强度指数明显提高,一般要使用碳含量大于 95%,更好是大于 98%的石墨。因为,石墨的纯度越高,灰分就越少,所含的SiO2 也就少,而SiO2 在高温作用下,可使砖中的碳氧化,导致气孔增加,结构疏松,还能与 MgO、Fe2 O3等形成低熔物,加速镁碳砖的损毁。另外,碳的热传导性好,膨胀系数小,炉渣不易润湿,因此,可以提高制品的抗热震性,阻止炉渣透过气孔向砖体内部的侵蚀。
3. 加入金属抗氧化剂镁碳砖有两个主要弱点:
抗氧化性能差,高温强度低。为了克服这两个弱点,加入适量的金属抗氧化剂是有效的途径之一。这样既可以提高制品的抗氧化性,又可以有效地提高制品的高温强度。
由于碳的氧化,破坏了砖中碳的网络结构,从而使组织结构疏松,制品强度降低,同时使气孔增加,也加剧了炉渣对砖的侵蚀。
(2)气孔的影响镁碳砖中的气孔,特别是开口气孔,对镁碳砖的损毁具有重要的影响。镁碳砖在使用过程中,主要是通过气孔促使碳的氧化损毁,进而加剧炉渣对砖衬的侵蚀,从而造成镁碳砖的损毁。存在于砖中的开口气孔，,冷却时从外部吸入空气。再加热时,空气中的氧气与周围的碳反应生成CO排出,这样的过程周而复始,使气孔率增大。另外,存在于镁碳砖中的结合剂,是气孔产生的重要因素。作为镁碳砖的结合剂,一般常使用酚醛树脂。添加 3%~4%的酚醛树脂,成型后的气孔率较低，约为3%左右。但在使用过程中,酚醛树脂加热分解产生H2O、H2、CH4、CO、CO2等气体蒸发排出,气体蒸发的通路便形成气孔,也使气孔率增大。这样,存在于空气中的氧以及炉渣中的氧化物等便会通过气孔对砖加以侵蚀,一方面促进了碳的氧化损毁,另一方面加剧了炉渣与砖中 MgO的反应,造成镁碳砖的损毁。这样的过程周而复始,通过碳的氧化,炉渣的侵蚀,一方面破坏了砖中碳的网络结构,使组织结构疏松,高温强度降低,另一方面使砖的表面形成低熔点的化合物,弱化并变质,从而在强大的钢渣搅动、机械冲刷、热冲击等应力作用下逐层脱落,造成镁碳砖的损毁。