如何根據AOD爐的原理選擇合適長壽的耐火材料？

AOD法的基本原理是利用氣體稀釋的方法,使CO分壓降低。高壓氬氧混合氣體的吹入,使鋼水與氣泡及渣接觸機會增加,有利于碳、硫、非金屬夾雜等的快速脫除。在冶煉過程中,AOD爐爐渣組成和性質變化很大,堿度從初期的0.6左右變化到后期的4.0～4.5,耐火材料受到從強腐蝕性的酸性渣到堿性渣的侵蝕作用。引起耐火材料損毀的主要原因有:氣體攪拌產生渦流,造成鋼水和熔渣的劇烈湍動和沖刷;精煉溫度高(1700～1750℃)、波動大,引起熱剝落和結構剝落;在高溫下,堿度變化較大的爐渣導致爐襯的滲透和熔蝕。因此,AOD爐用耐火材料應具有較高的高溫強度,良好的抗熱震性、抗渣性和耐沖刷磨損性。

AOD爐內襯一般采用直接結合MgO-Cr2O3磚、再結合和半再結合MgO-Cr2O3磚砌筑。直接結合鎂鉻磚以優質高純鎂砂和精鉻礦在高溫下煅燒而成,顯微結構特征是主晶相間形成直接結合,而低熔點硅酸鹽相孤立存在。再結合鎂鉻磚是將電熔鎂鉻砂破碎后,再在高溫下燒成,其特點是抗渣性優良,使用效果比直接結合鎂鉻磚好。半再結合鎂鉻磚是直接結合鎂鉻磚和再結合鎂鉻磚的綜合,性能更優。表1為鎂鉻磚的理化性能。

AOD爐用鎂鉻磚的損毀原因,主要考慮熔渣滲入而使磚體變質引起的結構剝落。為了提高其使用性能,生產鎂鉻磚應從以下方面考慮:

(1)嚴格控制化學成分。Cr2O3含量(以質量分數計,下同)以18%～20%為佳,SiO2含量對抗侵蝕性影響最大,其含量應盡量低,以<1%為宜,同時應嚴格控制CaO的含量。

(2)制磚過程應合理控制顆粒級配,并且采用高壓成型和超高溫燒成。

鎂鈣系列耐火材料

鎂鈣系列耐火材料由于原料豐富、價格低廉而受到廣泛的重視,但易水化等缺陷限制了該材料的廣泛應用。AOD爐爐襯使用的主要品種有燒成鎂白云石磚和電熔不燒鎂白云石磚。燒成鎂白云石磚以優質燒結鎂白云石砂為主要原料,經高壓成型,1600℃以上高溫煅燒而成。電熔不燒鎂白云石磚以電熔鎂白云石砂為原料,經高壓成型,低溫干燥處理而成。由于電熔鎂白云石砂熔煉充分,晶格完整,活性較低,所以電熔鎂白云石磚具有較高的耐侵蝕性和抗水化性。燒成鎂白云石磚和電熔不燒鎂白云石磚的典型性能見表2。

鎂鉻系列耐火材料和鎂鈣系列耐火材料是AOD爐所使用的主要耐火材料。從使用不同材質耐火材料爐襯的AOD的使用壽命(表3)來看,不同材質的耐火材料各有千秋。綜合考慮,鎂鈣系列耐火材料更具有優勢,鎂鈣系列耐火材料在AOD精煉爐上應用已成為發展趨勢。

AOD爐在選擇耐火材料時，需要滿足以下標準：

1.在熱穩定性方面，必須能承受突然的高溫熱沖擊，具備良好的抗熱性、耐熱性。保證大范圍的溫度變化過程中，不發生嚴重的熱剝落、熱爆裂情況 。

2.在抗蝕性方面，必須經受住爐內各種高溫化學物質侵蝕，同時確保大大的堿度變化范圍內依然能保持良好的熱化學穩定性。

3.在機械性能方面，必須具備優良的機械抗震性、耐磨性。以抵御劇烈湍動的鋼水、爐渣混合物渦流的頻繁沖擊磨損。

傳統上以鎂鉻磚作為主要爐襯材料的美國,近幾年來也注重發展鎂鈣系列耐火材料。這是因為鎂鈣系列耐火材料具有其獨特的優勢:

(1)其主要成分MgO和CaO的熔點高(分別為2800℃和2570℃),蒸氣壓低,熱力學性質穩定。

(2)MgO-CaO結合比MgO-MgO結合的兩面角大,有利于提高抗爐渣滲透性和抗爐渣侵蝕性。鎂鈣系列材料比鎂鉻系列材料的抗熱震性好。

(3)CaO的存在,可凈化鋼水,尤其適應于冶煉純凈鋼。

(4)原料資源豐富,價格低廉,而且無鉻公害。