RH精炼炉用新型无铬碱性砖的应用性能研究与评价

RH精炼炉用新型无铬碱性砖的应用性能研究与评价

孔祥魁¹  张积礼¹ 倪高金^1,2  高长贺²  马淑龙^1,2

王治峰²  马飞²  孙艳粉¹

（1 巩义通达中原耐火技术有限公司，河南郑州451261；

2 通达耐火技术股份有限公司，北京100085）

摘  要：新型无铬碱性砖TD-RH-95B利用高纯原料和有机结合剂，通过添加几种金属相，经高温使用达到塑性相结合，使制品具有良好的常温性能和高温使用性能，该产品用在国内180T和260T RH精炼炉浸渍管、环流管及下部槽工作层上，通过与镁铬砖现场对比，从使用寿命和使用后制品残厚来看，都略好于镁铬砖，完全可以取代镁铬砖。

关键词：RH精炼炉；无铬碱性砖；应用性能

随着精炼技术和绿色环保耐火材料的不断发展，现在RH精炼炉用无铬耐火材料也日益壮大，发挥着越来越大的作用.随着人们对环保意识的加强,结合我国的矿产资源情况（天然菱镁石资源和铝土矿资源比较丰富），无论从技术和经济发展趋势来看，RH精炼炉用耐火材料无铬化成为一种趋势，无铬碱性砖理应是未来RH精炼炉用耐火材料的主导材料。未来我国钢铁产品结构将不断调整优化，特别是石化、核电、铁路、航天、船舶等行业的快速发展，对优质钢需求进一步增进，对应的精炼炉用耐火材料也将进一步增大。RH精炼炉作为炉外精炼方法中的一种性价比最高的工艺，被各个钢厂大力推广和应用，在未来钢铁冶炼中的作用会越来越大。未来我国炉外RH精炼用耐火材料的产品结构也将进一步调整，将以绿色环保耐火材料为发展导向，到2020年我国耐火材料更长寿、更节能、无污染、功能化的产品有大幅度提高。近年来，RH精炼炉用无铬耐火材料的研究和使用越来越受到重视，已经逐渐代替镁铬砖而成为未来的主要发展方向[1] [2]。RH精炼炉用无铬碱性砖是结合洁净钢冶炼工况使用特点而研发生产的定形耐火制品，主要成分为氧化镁、三氧化二铝，适用于洁净钢冶炼RH装置真空室上部、中部和下部槽、环流管和浸渍管等部位。

1 TD-RH-95B型无铬碱性砖性能优点

1)不含氧化铬，对环境无污染，符合国家环境保护要求；

2)不经高温烧成，生产周期短，没有污染排放，节能降耗；

3) TD-RH-95B型无铬碱性砖高温强度高、热震好、抗渣侵蚀性能优异，使用寿命与镁铬砖相比有所提高；

4)采用新型超微粉和结合剂，气孔率微小且分布均匀，抗渗透能力强；

5) TD-RH-95B型无铬碱性砖系统为高纯系统，更能适合越来越苛刻的洁净钢冶炼要求。

2 TD-RH-95B型无铬碱性砖技术创新点

1）TD-RH-95B型无铬碱性砖采用高品位电熔镁砂和高纯尖晶石为主要原料，采用新型超微粉和有机结合剂，砖中气孔微细化并分布均匀的组织结构不仅能降低透气度、提高抗侵蚀性能，而且可改善抗热震性。其主要原料的化学组成见表1

表1 原料的化学组成（wt%）

2）TD-RH-95B型无铬碱性砖通过复合添加金属相2-5种的配合引入，在高温使用过程中原位生成非氧化物[1]，达到金属相塑性结合[3]，填充穿插在方镁石骨架结构中起到增强增韧作用，从而显著改善其抗氧化性和抗渣性能。从图1显微结构分析来看，各种纳米级、致密高纯氧化物在基体中均匀分布，使材料复合以后呈镶嵌状结构，气孔率低，能够大大提高制品韧性、热震稳定性及抗结构剥落性。

3）TD-RH-95B型无铬碱性砖制作成不需超高温烧成即具有良好强度的不烧砖，并在高温使用过程中不断促进砖坯体内部的烧结，微细化的基质使镁尖晶石无铬耐材组织发生良好烧结和发育，成为使用性能优良的高纯高性能耐火材料工作衬。

4）TD-RH-95B型无铬碱性砖具有自修复功能：将烧后线变化率控制在＋0.5-0.9%范围内，微量的膨胀抵消了高温窑炉砌体的缺陷并最小化的消除了材料的高温使用应力，高温弹性模量和抗断裂韧性较好

3 TD-RH-95B型无铬碱性砖与镁铬砖性能对比

1）TD-RH-95B无铬碱砖与镁铬砖技术指标见表2

表2 TD-RH-95B无铬碱砖与镁铬砖技术指标

2）TD-RH-95B无铬碱砖抗渣性能试验

抗渣性试验采用静态坩埚法，取100g渣样加入到坩埚试样内，经1550℃×4h处理后沿坩埚试样的中心截面切开，比较切开面上的熔渣层高度、渣侵蚀反应层深度及熔渣渗透层深度，来判断抗渣性能的好坏。抗渣性能的好坏用残渣层高度和渣侵蚀深度来表示，残渣高度越高表明材料抗渗透能力越强，渣侵蚀越深的试样抗渣侵蚀性越差。渣样成分见表3.

表3  渣样质量百分比   wt%

同时与镁铬砖作对比试验。图1和图2分别是TD-RH-95B砖和电熔再结合镁铬砖试验坩埚切开图：

图3和图4分别是TD-RH-95B砖和电熔再结合镁铬砖抗渣试验显微照片

试验结论：1） 开发的RH炉用TD-RH-95B无铬碱性砖比传统镁铬砖具有较强的抗熔渣侵蚀和渗透能力；

2）抗侵蚀机理是：在高温使用过程中加入的金属相部分氧化后与渣的氧化钙形成CA2保护层提高抗渣侵蚀性能[4]；其次为原位生成非氧化物ALON和MgAlON能够吸收渣中的铁元素从而提高抗渣的侵蚀与渗透[5]。

4 应用性能评价

我公司开发的TD-RH-95B无铬碱性砖经磨砌组合成浸渍管分别在国内钢厂180T RH炉和260T RH炉上使用，其中在180T RH炉使用情况如下：

图5是TD-RH-95B无铬碱性砖180T RH炉上使用到64炉在线照片。

图5中上半部分为环流管，材质是电熔再结合镁铬24，下半部分为上升管，材质是TD-RH-95B无铬碱性砖。从图上明显看出环流管电熔再结合镁铬被侵蚀剥落得凸凹不平，而无铬碱性砖TD-RH-95B表面侵蚀冲刷光滑。

图6和图7分别是用TD-RH-95B无铬碱性砖和镁铬砖制作的上升管正常使用下线后的照片

从使用后的浸渍管情况同样很容易看出，TD-RH-95B无铬碱性砖侵蚀面光滑，无明显剥落现象，而镁铬砖有明显剥落现象。

5 总结

通达公司研制的新型微孔塑性相结合无铬碱性砖TD-RH-95B型，具有低气孔、高强度、抗冲刷、耐侵蚀、无铬化和性价比高于镁铬砖等特点，完全可以代替镁铬砖。TD-RH-95B无铬碱性砖的成功开发及在RH精炼炉上的成功应用，加速了更长寿、更节能、无污染、功能化的新型优质耐火材料发展的步伐，很好的适应了高温工业发展需要，对实现耐火材料的无铬化、推进行业产品结构优化和科技进步起着重要的指导和示范作用。而且，相对于含铬材料，减少了钢水污染和环境污染，对于降低钢铁企业能耗，节约成本，缓解我国能源紧张具有深远意义。

参考文献

[1] 周菲菲，邢方圆等。RH 精炼炉用无铬耐火材料的研究现状和发展趋势。上海金属2012,34（2）33~38.

[2] 赵明，沈钟铭。炼钢RH 精炼炉用耐火材料无铬化的实现. 第九届中国钢铁年会论文集.

[3] 陈肇友. RH精炼炉用耐火材料及其提高寿命的途径. 耐火材料2009, 43 ( 2 ) 81 ～95.

[4] 洪彦若，孙加林. 非氧化物复合耐火材料。 北京：冶金工业出版社，2003.

[5] 陈荣荣　何平显　牟济宁　汪宁.RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究. 耐火材料2005 , 39 (5 ) 357～360.