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剛玉-尖晶石無碳鋼包磚的研發(fā)與應(yīng)用
來源：易耐網(wǎng)編輯：易耐網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2023/9/8
摘 要：為了滿足生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼的技術(shù)要求，以棕剛玉、板狀剛玉、電熔鎂鋁尖晶石粉為原料，電熔鎂砂粉和α-氧化鋁微粉為添加劑，絡(luò)合鎂鋁溶膠為結(jié)合劑，研制出了機(jī)壓成型免燒剛玉-尖晶石無碳磚，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)電熔鎂砂粉和α-氧化鋁微粉加入量分別為3%和8%時(shí)，試驗(yàn)磚的性能最佳。該磚在太鋼90 t LF鋼包熔池及包底部位使用，其壽命達(dá)到105爐。
1 前言
隨著近些年?duì)t外精煉技術(shù)的飛速發(fā)展，鋼包已不再是單一的盛裝鋼水的容器和轉(zhuǎn)運(yùn)工具，而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾臓t外精煉設(shè)備。鎂碳磚、鎂鋁碳磚因具有優(yōu)異的抗?jié)B透和侵蝕等性能而被長期作為鋼包的內(nèi)襯材料使用。近年來低碳鋼和超低碳鋼需求日益增加，然而含碳制品的使用將導(dǎo)致鋼水中碳含量的增加，高熱導(dǎo)率也會(huì)造成鋼包中鋼水溫度下降快以及鋼殼溫度高易變形等問題[1,2]，這迫切需要開發(fā)對(duì)鋼水無污染、壽命高、環(huán)保的無碳鋼包內(nèi)襯材料。
根據(jù)陳敏[3]、萬紅玲[4]等人研究成果，目前無碳鋼包內(nèi)襯根據(jù)成型方式及砌筑形式主要分為機(jī)壓磚、預(yù)制件及整體澆注。由于預(yù)制件需要大量模具，成型需要耗費(fèi)大量時(shí)間，且質(zhì)量難以控制，穩(wěn)定性有一定缺陷。整體澆注的優(yōu)勢在于砌筑方便，且沒有縫隙，爐齡具有一定的優(yōu)勢，但整體澆注對(duì)烘烤制度要求嚴(yán)格，烘烤不到位會(huì)出現(xiàn)澆注料炸裂情況。而機(jī)壓磚具有成型方便、密度高、抗侵蝕、抗沖刷等優(yōu)點(diǎn)，故選擇采用機(jī)壓成型的方式生產(chǎn)免燒無碳鋼包磚進(jìn)行試驗(yàn)。
2 試驗(yàn)
2.1 原料
棕剛玉體積密度大，強(qiáng)度高，抗沖刷性能優(yōu)越且價(jià)格相對(duì)低廉，因此骨料5～3 mm、3～1 mm采用棕剛玉?？紤]到棕剛玉中少量TiO2會(huì)影響高溫強(qiáng)度，而板狀剛玉純度高、抗沖刷性和抗熱震性好，因此粒度1～0 mm及部分基質(zhì)采用板狀剛玉?；|(zhì)部分主要加入電熔鎂砂粉及活性α-氧化鋁微粉，通過反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石并產(chǎn)生膨脹，減少不燒磚在使用過程中因高溫?zé)Y(jié)收縮造成鋼包渣沿磚縫侵蝕，影響其使用壽命，同時(shí)基質(zhì)部分加入適量電熔76尖晶石粉作為晶種，可促進(jìn)鎂鋁尖晶石化的進(jìn)行。結(jié)合劑采用無煙環(huán)保的絡(luò)合鎂鋁溶膠，進(jìn)行免燒無碳鋼包磚試驗(yàn)。試驗(yàn)原料如表1所列。
表1 主要原料的理化指標(biāo)
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2.2 試驗(yàn)過程與檢測
根據(jù)表2配比進(jìn)行配料，采用低速水泥砂漿攪拌器攪拌均勻后，放入φ50 mm×50 mm模具中，采用液壓機(jī)以500kN壓力成型，成型后試樣放入烘箱中于200℃干燥并保溫24 h。干燥后的試樣分別以1 000℃和1 500℃熱處理，保溫3 h，待試樣自然冷卻后，分別檢測試樣的體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強(qiáng)度及燒后線變化率。
3 結(jié)果與分析
表3所列為研制的不燒剛玉-尖晶石無碳鋼包磚的物理性能。由表3可知，4組配方試樣均具有較高的成型強(qiáng)度，能夠滿足運(yùn)輸及現(xiàn)場砌筑要求。這主要是由于絡(luò)合鎂鋁溶膠結(jié)合劑與水反應(yīng)干燥后形成穿插式結(jié)構(gòu)鑲嵌在顆粒與細(xì)粉之間，使免燒磚具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。該結(jié)合劑在干燥過程中無煙無毒，是理想的環(huán)保型結(jié)合劑。
4組配方試樣經(jīng)1 000℃熱處理后其體積密度和耐壓強(qiáng)度均有所下降，而顯氣孔率均有所提高，其中3#試樣耐壓強(qiáng)度最高。1 000℃熱處理后結(jié)合劑中結(jié)合水蒸發(fā)，結(jié)合劑起到的結(jié)合強(qiáng)度遭到破壞，而在此溫度下試樣還未完全燒結(jié)，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，顯氣孔率提高。
在1 500℃熱處理后4組配方試樣的體積密度都顯著增大，顯氣孔率都有所降低，其中1#試樣熱處理后產(chǎn)生了收縮，其他3組配方試樣均產(chǎn)生了膨脹，其中3#試樣物理性能最佳，且產(chǎn)生1.24%的微膨脹。在此溫度下棕剛玉[5]中雜質(zhì)相從晶界處向顆粒表面遷移與基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)促進(jìn)燒結(jié)進(jìn)行，同時(shí)基質(zhì)中電熔鎂砂粉與活性α-氧化鋁微粉反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，產(chǎn)生8%的體積膨脹。適當(dāng)?shù)捏w積膨脹可以防止磚縫滲鋼，有益冶煉，但過高的膨脹會(huì)導(dǎo)致磚內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂紋影響磚的強(qiáng)度。
綜合各項(xiàng)指標(biāo)認(rèn)為，3#配方試樣更具有優(yōu)勢的性能，故選取3#配方試樣進(jìn)行工業(yè)試用。
表2 試樣配比
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表3 試驗(yàn)磚的物理性能
4 工業(yè)試用
采用3#配方機(jī)壓成型的無碳剛玉-尖晶石試驗(yàn)磚自2021年12月在太鋼80 tLF鋼包上進(jìn)行試用，其中渣線部分采用鎂碳磚，熔池及包底區(qū)域采用無碳剛玉-尖晶石試驗(yàn)磚。試驗(yàn)磚共計(jì)冶煉105次下線，能夠達(dá)到鋁鎂碳磚的使用壽命，下線鋼包磚表面光滑，沒有剝落掉磚等情況產(chǎn)生，能夠滿足鋼廠的使用要求。
5 結(jié)論
(1）不燒剛玉-尖晶石無碳鋼包磚具有良好的物理性能和抗沖刷性能等優(yōu)勢，能夠滿足現(xiàn)場使用要求，具有更好的應(yīng)用前景。
(2）不燒剛玉-尖晶石無碳鋼包磚不使用酚醛樹脂為結(jié)合劑，而使用絡(luò)合鎂鋁溶膠為結(jié)合劑，烘烤過程無煙無毒，是理想的環(huán)保型結(jié)合劑。
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