能低成本地滿足鋼種脫氣提高質(zhì)量實現(xiàn)合理利潤的要求,被越來越廣泛應(yīng)用于煉鋼精煉脫氣處理。寶鋼近幾年來陸續(xù)建設(shè)了5座RH真空處理設(shè)備,國內(nèi)各鋼廠增建的大型RH設(shè)備在10座以上。RH真空精煉技術(shù)是一種操作簡單、經(jīng)濟有效的二次精煉技術(shù),其功能已發(fā)展到脫氣凈化、吹氧脫碳、造渣脫硫脫磷和合金化,精煉處理時間也從原來較普遍的10多分鐘發(fā)展到近年來的50多分鐘,相應(yīng)地,對RH精煉爐用耐火材料的要求也越來越高。RH精煉爐用耐火材料,從采用普通燒成鎂鉻質(zhì)發(fā)展到直接結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合或再結(jié)合鎂鉻磚。為應(yīng)對嚴(yán)苛的使用環(huán)境,特別是為了適應(yīng)RH脫硫工藝,在下部槽、環(huán)流管等RH關(guān)鍵部位應(yīng)用的高純再結(jié)合鎂鉻磚中Cr2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)24%以上。

　　在高溫、堿性和氧化氣氛的使用環(huán)境中,含Cr2O3的鎂鉻制品在Na2O、K2O或CaO參與作用下,三價鉻Cr3+能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶅r鉻Cr6+。Cr6+是一種致癌物,對人體有害且易溶于水,可以以氣相存在,在生產(chǎn)使用中會隨煙氣排入空中污染空氣,使用后的殘磚中Cr6+隨雨水溶解、滲入地下而造成水污染。因此幾年來歐美、日韓和臺灣等相繼出臺了禁止或限制含鉻制品生產(chǎn)使用的法規(guī),鋼鐵企業(yè)為順應(yīng)環(huán)保需求,均在積極推進RH精煉爐用耐火材料無鉻化,嘗試了各種可能的技術(shù)方法,根據(jù)未公開的交流資料,各鋼廠嘗試過如燒成鎂鋯質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)、鎂尖晶石鈦質(zhì)和鎂尖晶石鋯質(zhì)磚和不燒低碳鎂碳磚等,均未能克服壽命低、成本高的難題。寶鋼是國內(nèi)較早開展這項工作的鋼鐵企業(yè),通過實踐,最終選擇了不燒鎂尖晶石磚,使得RH爐各部位使用壽命相當(dāng),生產(chǎn)成本下降,煉鋼廠最終實現(xiàn)了耐火材料全面無鉻化。

　　耐火材料無鉻化研究

　　爐在真空和高溫的條件下，間歇性受到鋼水噴濺和沖刷作用，伴有精煉渣侵蝕及溫度波動，爐襯材料特別是浸漬管、環(huán)流管及下部槽部位，除了沖刷侵蝕外還有結(jié)構(gòu)剝落和熱震剝落，影響程度體現(xiàn)在耐火材料襯使用壽命上。從表1所示RH精煉爐各部位的壽命可知，環(huán)流管和下部槽受到?jīng)_刷侵蝕和剝落作用是最強的，經(jīng)常需要更換，一般都是3或4套浸漬管配1套下部槽磚，10套下部槽配置1套上部槽;下部槽及以下部位耐火材料消耗量大，性能要求高。而實施無鉻化應(yīng)用開發(fā)的重點在于環(huán)流管(見圖1)，據(jù)調(diào)查，RH爐內(nèi)襯修理 的原因 有80%是環(huán)流管損毀。這可能是由于環(huán)流管結(jié)構(gòu)易松動，而流動鋼水直接沖刷環(huán)流管，渦流鉆縫現(xiàn)象特點嚴(yán)重，經(jīng)常造成磚體斷裂、滲鋼和侵蝕大。環(huán)流管考驗了無鉻化開發(fā)的技術(shù)能力。

　　在寶鋼的無鉻化推進過程中,分別試用了燒成鎂尖晶石鋯磚、剛玉尖晶石預(yù)制磚或整體管和不燒鎂尖晶石磚,這三種無鉻材料都達(dá)到了同期鎂鉻磚的相當(dāng)水平。前兩種無鉻材料的制造成本高于鎂鉻磚的,更值得推廣的是不燒鎂尖晶石磚。預(yù)制成型的環(huán)流管和浸漬管具有整體性良好和更耐脫硫渣的優(yōu)點,在鋼廠處理某些鋼種的RH爐得到保留。

　　燒成鎂尖晶石鋯磚

　　尖晶石能賦予制品良好的抗剝落性能,同時ZrO2與侵入的CaO生成高溫相鋯酸鈣,在晶間起到了阻止組織劣化的作用,能夠提高抗沖刷性及抗渣侵蝕性能,因此,鎂尖晶石鋯磚具有良好的抗沖刷、抗剝落及抗渣侵蝕性能。

　? 用燒成鎂尖晶石鋯磚砌筑的下部槽和環(huán)流管,其試用過的壽命分別是200爐和100爐,與同期的鎂鉻磚相當(dāng)。觀察使用后燒成鎂尖晶石鋯殘磚的外觀,發(fā)現(xiàn)無鉻磚的渣滲透層很薄,;同時在無鉻磚的表面還觀察到明顯的熱震裂縫。鎂鋯磚在下部槽或環(huán)流管的損毀很大程度上是因為其抗剝落性差。

　　剛玉-尖晶石澆注料

　　澆注料作為預(yù)制塊,在浸漬管上日本有過應(yīng)用。采用澆注料的優(yōu)勢是可以整體制作大型預(yù)制件的管體,從結(jié)構(gòu)上消除砌筑磚縫,從而杜絕管體工作層滲鋼,減少浸漬管下端口掉磚等。寶鋼開發(fā)的整體澆注技術(shù)已擴展到環(huán)流管。

　　剛玉-尖晶石無鉻澆注料主原料為白剛玉、富鋁尖晶石超微粉和尖晶石。采用富鋁尖晶石超微粉作基質(zhì)結(jié)合材料促進燒結(jié),加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于7%,使材料的抗鋼水沖刷性、抗熱震性和耐鋼渣侵蝕性良好;且具有極低的線變化率,高溫體積穩(wěn)定,因此預(yù)制件在實際使用中無明顯開裂或剝落。剛玉-尖晶石預(yù)制件的耐脫硫處理能力強于鎂鉻磚的,在其他情況下的壽命與鎂鉻磚相當(dāng)。

　　采用剛玉-尖晶石澆注料預(yù)制件砌筑下部槽側(cè)壁進行試驗,發(fā)現(xiàn)除下降管正面的鋼水沖擊處熔蝕外,無鉻材料的損速率略大于鎂鉻磚,其他各部位相當(dāng);而且用后的無鉻材料熱面平整,無結(jié)構(gòu)剝落或熱剝落,變質(zhì)層薄。

　　爐襯用鎂尖晶石無鉻磚,其主原料是鎂砂(占85%~92%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))和富鋁尖晶石(占8%~15%,質(zhì)量分?jǐn)?shù)),采用壓磚機壓制成型,生產(chǎn)工藝類似于鎂碳磚。富鋁尖晶石以超微粉的形式加入,超細(xì)粉表面活性高,具有結(jié)合作用,替代常規(guī)的無機結(jié)合劑;又可利用超微粉的活性燒結(jié)和富余Al2O3的反應(yīng)燒結(jié)特性,使材料在高溫使用過程中逐步燒結(jié)形成致密的組織結(jié)構(gòu)和良好的使用特性。

　　鎂尖晶石無鉻磚和鎂鉻磚的熱膨脹性能差異不大,因此作為整槽砌筑的無鉻磚襯在結(jié)構(gòu)上是穩(wěn)定的。鎂尖晶石磚與鎂鉻磚相比,其主要不足之處是Al2O3成分向渣中熔入速度較快;其次是當(dāng)選用高純合成鎂砂生產(chǎn)鎂尖晶石磚時,基質(zhì)需采用超微粉,否則難以獲得良好的結(jié)合組織。從圖6中可看出渣蝕面積隨磚中Al2O3含量的增加而增大。

　　不燒鎂尖晶石隨著使用次數(shù)增加,磚體經(jīng)高溫?zé)Y(jié)使組織結(jié)構(gòu)致密化,熔損速率趨于穩(wěn)定并下降。鎂鉻磚具有良好的性能和耐渣蝕性,適合于作為RH真空精煉裝置內(nèi)襯,但它們損毀是熔渣滲透導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落,隨使用次數(shù)增加而結(jié)構(gòu)剝落會加劇。通過對比120爐使用以后下部槽沖擊區(qū)殘磚的厚度發(fā)現(xiàn),無鉻磚殘厚略大于鎂鉻磚的,而且無鉻磚在使用過程中未觀察到明顯的剝落損壞發(fā)生,表明該無鉻材料可在RH真空設(shè)備爐襯的沖刷嚴(yán)苛部位替代鎂鉻磚。

　　年開始,鋼廠在RH爐以下部槽、環(huán)流管和浸漬管為主體部位進行無鉻化試驗,從燒成鎂尖晶石鋯磚、剛玉澆注料制品過渡到不燒鎂尖晶石,2008年實現(xiàn)了整槽不燒鎂尖晶石無鉻耐火材料襯,2011年RH精煉爐用耐火材料中無鉻耐火材料約占15%,2012年下半年全面推廣無鉻耐火材料。2013年開始,寶鋼煉鋼廠的5臺RH爐內(nèi)襯耐火材料全面實現(xiàn)整槽無鉻化,不再使用鎂鉻磚。

　　無鉻化耐火材料的應(yīng)用實績

　　無鉻耐火材料在寶鋼的工業(yè)應(yīng)用業(yè)績見表5,其中無鉻耐火材料壽命統(tǒng)計的是2013年上半年的,鎂鉻耐火材料壽命是2012年上半年。上部槽使用周期長,數(shù)據(jù)少,未納入統(tǒng)計表中。表5中數(shù)據(jù)表明,在已經(jīng)得到應(yīng)用的RH爐中,無論管體還是槽體,其無鉻化耐火材料都已達(dá)到與傳統(tǒng)鎂鉻耐火材料相當(dāng)?shù)膽?yīng)用實績,特別在環(huán)流管和浸漬管實現(xiàn)無鉻化后,基本消除了春季異常率上升的現(xiàn)象。

　　表5寶鋼RH無鉻耐火材料的工業(yè)應(yīng)用業(yè)績

　　寶鋼的無鉻化耐火材料應(yīng)用至今,使用壽命不遜色于高檔鎂鉻耐火材料,技術(shù)上明確具備了替代鎂鉻耐火材料的能力。由于采用不燒機壓工藝,無鉻磚約能降低5%~8%的成本,具有一定的市場競爭優(yōu)勢。

　　結(jié)語

　　在RH爐耐火材料內(nèi)襯上,寶鋼成功開發(fā)并應(yīng)用無鉻耐火材料,所開發(fā)的三種無鉻材料均能全面替代鎂鉻磚并在關(guān)鍵部位獲得了與鎂鉻磚相當(dāng)?shù)氖褂脡勖?其中不燒無鉻磚在耐火材料生產(chǎn)效率、成本和環(huán)保、質(zhì)量穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢燒成鎂尖晶石鋯磚作為替代鎂鉻磚在RH上應(yīng)用,存在著使用后剝落的現(xiàn)象，成本上也不具優(yōu)勢。

　　剛玉澆料料雖然也不具有成本優(yōu)勢,但采用整體澆注成型的工藝,能有效解決環(huán)流管內(nèi)側(cè)部滲鋼和浸漬管掉磚缺損等脫硫冶煉工藝中的問題。

　　不燒鎂尖晶磚以低成本高穩(wěn)定性的特性在RH爐所有部位取得良好業(yè)績,并已在寶鋼股份煉鋼廠的5臺RH爐上全面替代高鉻鎂鉻磚,得到常規(guī)化應(yīng)用。隨著鎂鉻磚的全面替代,寶鋼RH精煉爐無鉻耐火材料降低了耐火材料生產(chǎn)過程能耗,提升了鋼鐵綠色制造水平,顯著降低了采購成本。