【试验】为什么在钢包上推荐使用铝镁质致密无碳钢包砖

 前言 

随着炼钢炉外精炼技术的发展，大型钢包使用条件越来越苛刻，例如:钢水在钢包内停留时间长;钢包保温;工作层温度提高;精炼强度和比例不断提高;钢水要求良好的纯净度;钢包寿命及稳定性要求不断提高。这些对钢包工作层耐火材料提出了更高的要求。目前无碳钢包普遍采用浇注预制砖或浇注料，使用寿命比较高，可以满足钢厂对寿命及安全的要求。但浇注预制砖存在生产周期长、生产效率较低的问题，而浇注料在现场浇注不确定性因素多，施工、养护、烘烤等对钢包快速周转有所影响，如果钢包变形严重，整体浇注也不好控制。相比之下，采用机压工艺制造不烧致密砖具有生产效率高、致密性好、产品质量稳定、使用寿命高的特点，已越来越多的成为研究和应用的热点，而且在钢包上也取得了很好的应用效果。无论生产制造，还是应用过程都符合钢厂节能减排、绿色环保、高效生产的理念，是无碳钢包耐材的发展趋势之一。

试验

2.1原料及试验方案

本试验原料采用白刚玉、烧结刚玉、Al2O3微粉、铝镁尖晶石和电熔镁砂等;结合剂采用凝胶粉。主要原料化学组成列于表1。

表1主要原料的化学组成

2.2试样制备与性能检测

试验将以上原料混合均匀，加入少量水，经短时间睏料，采用摩擦压力机成型，压制成尺寸为230mm×115mm×65mm的块状试样，再将其在200℃，12～24h条件下热处理后即为成品。热处理后的试样进行抗渣侵蚀试验(坩埚法，1600℃，3h)和抗热震试验(1100℃，水冷)，并按标准制样，检测其物理技术指标。所对比试验的耐火砖为钢厂正常使用的钢包预制砖。试样编号如下:J1—机压不烧致密砖;J2—J1砖经1600℃，3h热处理后的砖;Y1—钢包预制砖;Y2—Y1砖经1600℃，3h热处理后的砖。

结果与分析

3.1物理性能

J1与Y1钢包砖同时进行物理性能测试分析，其结果列于表2。

表2  钢包砖常温物理性能实测值

由表2可见，J1机压砖致密度明显提高，显气孔率比预制砖低，这对抗渣、钢水的渗透性十分有利。机压砖在常温及烧后的耐压强度比预制砖Y1高，说明经200℃热处理后强度可以与烧成砖媲美，在运输、砌筑、应用中机压砖都能满足要求，而且更耐钢水的冲刷。

将J1、J2、Y1三种钢包砖试样进行热膨胀测定，以了解机压致密砖在初始及高温热处理后体积变化过程，并预测致密砖反复使用时体积变化情况。在进行热膨胀测定时，与现场应用的钢包预制砖进行对比，预测不同砖高温体积变化的差异。钢包砖热膨胀曲线变化示于图1。

图1  钢包砖热膨胀曲线

图1热膨胀曲线表明，J1、J2致密砖高温体积变化过程趋势是一致的，与Y1砖差异也不是太大，总体在应用中都是持续膨胀，这对防止钢包使用过程中沿着砖缝渗钢是有利的。实际膨胀的大小可以根据现场应用需求通过成分的微调来达到，因此机压致密砖不用改变砌筑方式就可以取代预制砖。

3.2热震试验与分析

钢包耐材应用中要特别注意剥落和开裂，因此对试验砖进行抗热震性试验(见图2～图5)，以判断耐材抗剥落性能的优劣。试样尺寸都为230mm×115mm×65mm。热震条件:1100℃，水冷(次)。图2热震试验可以观察到:热震4次后，J1和J2还比较完整，Y1已出现明显裂纹;热震10次后，J2、Y1端头掉落一半，J1砖表面出现裂纹但完整;热震27次后，J1还完好，只是裂纹稍有扩展，J2、Y1端头掉落一半以上。因此机压致密砖J1热震>27次，状态完好;J2热震10次;Y1热震10次。可见机压致密砖抗热震性能明显优于预制砖。因此在钢包使用中机压致密砖对烘烤、耐温度急变、抗剥落性能都具有优势。

图3  热震4次后(1100℃，水冷)

图4  热震10次后(1100℃，水冷)

图5  热震27次后(1100℃，水冷)

3.3抗侵蚀试验与分析

将机压致密砖和预制砖在1600℃，3h条件下热处理后，与原砖一起在同样条件下进行坩埚抗侵蚀试验对比(图6，图7)。坩埚尺寸:Φ26mm×30mm。采用转炉渣作为侵蚀用渣。由图6和图7可见，无论是否经过高温热处理，J1、J2的渣在坩埚内残留都比Y1、Y2多，渗透深度也浅，所以机压致密砖抗渗透性非常好;抗熔损性也比Y1、Y2预制砖好些。可以判断不烧致密砖在反复使用过程中性能更加稳定，预计寿命高、渗渣少。

图6 J1与Y1抗渣侵蚀后剖面

图7 J2与Y2抗渣侵蚀后剖面

结论

本试验在机压工艺条件下制造出了不烧的Al2O3-MgO质致密钢包砖，它在强度、致密性、抗侵蚀性、抗热震性、高温体积变化等方面均表现出了更为优异的性能，可以预测其在使用寿命、抗剥落性、抗侵蚀性、抗渗透性方面都很有优势。下一步将在300t精炼钢包上进行应用试验。机压不烧致密砖在生产制造、使用过程中更加高效、节能环保，是无碳钢包耐材发展的趋势之一。

第一作者：王涛、甘菲芳