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海淀鎂碳磚在轉爐上的使用,主要是砌筑轉爐爐襯。根據不同的部位、不同的侵蝕條件,選擇不同材質的海淀鎂碳磚,砌筑在轉爐的不同部位,實行綜合砌爐。
對于易損部位,如耳軸、渣線,由于經常受到氣流、鋼渣侵蝕等因素的影響,損毀嚴重,因此采用碳含量為16%~18%、并添加金屬抗氧化劑的鎂碳磚砌筑,以增強其抗侵蝕性;
在裝料側,由于經常受到鋼渣的沖刷、機械應力等作用,選用碳含量為10%~14%、并添加金屬抗氧化劑的鎂碳磚砌筑,以增強其抗沖擊能力和爐渣的涂層保護,延長爐體的壽命。
在爐帽部位,采用碳含量為14%~16%的中檔鎂碳磚,以利減少碳的汽化消失,增加襯體的嚴密性,防止掉磚、漏鋼等事故的發(fā)生。
在熔池部位,由于這是轉爐的主體,經常受到鋼水的侵蝕、氣流等作用的影響,因此采用碳含量為 16%~18%、并添加金屬抗氧化劑的鎂碳磚砌筑。
在爐底,采用不加金屬添加劑、碳含量為14%~16%的中檔鎂碳磚。總之,鎂碳磚在轉爐上的使用,主要是砌筑轉爐的爐體,實行綜合砌爐,以延長爐體的壽命,提高轉爐爐齡。
1. 鎂碳磚的損毀過程
鎂碳磚的損毀,首先是由于磚內的碳氧化,形成脫碳層,加之高溫下氧化鎂與石墨的熱膨脹率相差懸殊 (1000℃時,分別為1.4%和0.2%),導致組織結構疏松,強度降低,再經熔渣的侵蝕、機械沖刷等作用,磚中的氧化鎂顆粒逐漸被熔蝕,逐層脫落,從而造成鎂碳磚的損毀。鎂碳磚的損毀過程是:氧化→脫碳→疏松→侵蝕→沖刷→脫落→損毀。
2. 鎂碳磚的損毀機理
大量的研究工作證明,1600℃以上,如下反應是導致鎂碳磚損毀的主要原因。MgO(s) +C(s)→ Mg(g) +CO(g)鎂碳磚的損毀,首先是工作襯熱面中的碳氧化,形成一層薄的脫碳層,碳的氧化是由于不斷被爐渣中鐵的氧化物和空氣中的O2以及 CO2、SiO2等氧化物氧化的結果,以及溶解于鋼液之中或磚中的MgO對碳的汽化作用;其次是高溫液態(tài)熔渣滲入脫碳層的氣孔或由于熱力的作用產生的裂紋之中,與磚中的氧化鎂反應形成低熔點的化合物,致使磚的表面層發(fā)生質變并弱化,在強大的鋼渣攪動、機械沖刷等應力作用下逐層脫落,導致鎂碳磚的損段,如此周而復始,爐襯逐層變薄,最終補爐、修爐、停爐。
(1)碳的氧化鎂碳磚的損毀首先是磚中的碳被氧化的結果,碳的氧化是通過以下的反應進行的:
由于碳的氧化,破壞了磚中碳的網絡結構,從而使組織結構疏松,制品強度降低,同時使氣孔增加,也加劇了爐渣對磚的侵蝕。
(2)氣孔的影響鎂碳磚中的氣孔,特別是開口氣孔,對鎂碳磚的損毀具有重要的影響。鎂碳磚在使用過程中,主要是通過氣孔促使碳的氧化損毀,進而加劇爐渣對磚襯的侵蝕,從而造成鎂碳磚的損毀。存在于磚中的開口氣孔，,冷卻時從外部吸入空氣。再加熱時,空氣中的氧氣與周圍的碳反應生成CO排出,這樣的過程周而復始,使氣孔率增大。另外,存在于鎂碳磚中的結合劑,是氣孔產生的重要因素。作為鎂碳磚的結合劑,一般常使用酚醛樹脂。添加 3%~4%的酚醛樹脂,成型后的氣孔率較低，約為3%左右。但在使用過程中,酚醛樹脂加熱分解產生H2O、H2、CH4、CO、CO2等氣體蒸發(fā)排出,氣體蒸發(fā)的通路便形成氣孔,也使氣孔率增大。這樣,存在于空氣中的氧以及爐渣中的氧化物等便會通過氣孔對磚加以侵蝕,一方面促進了碳的氧化損毀,另一方面加劇了爐渣與磚中 MgO的反應,造成鎂碳磚的損毀。這樣的過程周而復始,通過碳的氧化,爐渣的侵蝕,一方面破壞了磚中碳的網絡結構,使組織結構疏松,高溫強度降低,另一方面使磚的表面形成低熔點的化合物,弱化并變質,從而在強大的鋼渣攪動、機械沖刷、熱沖擊等應力作用下逐層脫落,造成鎂碳磚的損毀。
1. 采用優(yōu)質電熔鎂砂作原料優(yōu)質電熔鎂砂具有結晶發(fā)育完善、晶粒大、體積密度高、化學活性低、耐侵蝕性能好等優(yōu)點,同時抵抗碳的還原作用強,能阻止MgO顆粒的侵蝕。其次,氧化鎂含量高,雜質含量低,尤其是SiO2 含量低,結構中硅酸鹽相少,抵制了其與基質中石墨的反應,阻止了碳的氧化。另外,晶體直接結合程度高,能避免高溫下晶粒邊界生成液相引起的熔蝕,阻止了爐渣的滲透。由于優(yōu)質電熔鎂砂的價格較高,所以根據鎂碳磚在轉爐上的不同使用部位,要配以燒結鎂砂組織生產。即對于易損部位,要使用優(yōu)質電熔鎂砂,對于損壞不太嚴重的部位,要使用燒結鎂砂。
2.提高石墨純度石墨是目前已知熔點更高的單質,高達350 0℃,它的熱膨脹系數小,化學穩(wěn)定性好,石墨的純度對鎂碳磚的使用性能影響較大。隨著石墨純度的提高,鎂碳磚的侵蝕指數急劇下降,高溫抗折強度指數明顯提高,一般要使用碳含量大于 95%,更好是大于 98%的石墨。因為,石墨的純度越高,灰分就越少,所含的SiO2 也就少,而SiO2 在高溫作用下,可使磚中的碳氧化,導致氣孔增加,結構疏松,還能與 MgO、Fe2 O3等形成低熔物,加速鎂碳磚的損毀。另外,碳的熱傳導性好,膨脹系數小,爐渣不易潤濕,因此,可以提高制品的抗熱震性,阻止爐渣透過氣孔向磚體內部的侵蝕。
3. 加入金屬抗氧化劑鎂碳磚有兩個主要弱點:
抗氧化性能差,高溫強度低。為了克服這兩個弱點,加入適量的金屬抗氧化劑是有效的途徑之一。這樣既可以提高制品的抗氧化性,又可以有效地提高制品的高溫強度。
由于碳的氧化,破壞了磚中碳的網絡結構,從而使組織結構疏松,制品強度降低,同時使氣孔增加,也加劇了爐渣對磚的侵蝕。
(2)氣孔的影響鎂碳磚中的氣孔,特別是開口氣孔,對鎂碳磚的損毀具有重要的影響。鎂碳磚在使用過程中,主要是通過氣孔促使碳的氧化損毀,進而加劇爐渣對磚襯的侵蝕,從而造成鎂碳磚的損毀。存在于磚中的開口氣孔，,冷卻時從外部吸入空氣。再加熱時,空氣中的氧氣與周圍的碳反應生成CO排出,這樣的過程周而復始,使氣孔率增大。另外,存在于鎂碳磚中的結合劑,是氣孔產生的重要因素。作為鎂碳磚的結合劑,一般常使用酚醛樹脂。添加 3%~4%的酚醛樹脂,成型后的氣孔率較低，約為3%左右。但在使用過程中,酚醛樹脂加熱分解產生H2O、H2、CH4、CO、CO2等氣體蒸發(fā)排出,氣體蒸發(fā)的通路便形成氣孔,也使氣孔率增大。這樣,存在于空氣中的氧以及爐渣中的氧化物等便會通過氣孔對磚加以侵蝕,一方面促進了碳的氧化損毀,另一方面加劇了爐渣與磚中 MgO的反應,造成鎂碳磚的損毀。這樣的過程周而復始,通過碳的氧化,爐渣的侵蝕,一方面破壞了磚中碳的網絡結構,使組織結構疏松,高溫強度降低,另一方面使磚的表面形成低熔點的化合物,弱化并變質,從而在強大的鋼渣攪動、機械沖刷、熱沖擊等應力作用下逐層脫落,造成鎂碳磚的損毀。