宝钢RH精炼炉用耐火材料无铬化的实现
2013年12月
第47卷第6期
@,,以0悠捌熬
宝钢RH精炼炉用耐火材料无铬化的实现
赵明1’
陈荣荣1’沈钟铭1’
金从进2’
1)宝山钢铁股份有限公司炼钢厂
上海201900
2)宝山钢铁股份有限公司技术中心上海201900
摘要:介绍了宝钢RH炉内衬耐火材料无铬化工作及取得的成果,重点涉及下部槽、环流管和浸渍管部位无铬材料的开发应用过程。近年来,在RH槽体内壁上不断尝试了烧成镁尖晶石锆、刚玉一尖晶石和不烧镁尖晶石等材料,最终实现了以不烧镁尖晶石砖为主体,结合部分刚玉一尖晶石浇注料整体浇注浸渍管的方案,实现了对RH浸溃管、环流管、下部槽和中上部槽等部位整槽镁铬质耐火材料的替代。工业应用试验表明,RH精炼炉的寿命业绩和成本消耗均获得进步,至2012年底,宝钢炼钢厂全面实现了RH精炼炉用无铬耐火材料的工业化应用。关键词:RH炉用耐火材料;镁铬砖;无铬化
中图分类号:7rQl75文献标识码:A
DOI:10.3969/j.issn.1001—1935.2013.06.009
文章编号:1001—1935(2013)06—0433一04
RH能低成本地满足钢种脱气提高质量实现合理利润的要求,被越来越广泛应用于炼钢精炼脱气处理。宝钢近几年来陆续建设了5座RH真空处理设备,国内各钢厂增建的大型RH设备在10座以上。RH真空精炼技术是一种操作简单、经济有效的二次精炼技术,其功能已发展到脱气净化、吹氧脱碳、造渣脱硫脱磷和合金化,精炼处理时间也从原来较普遍的10多分钟发展到近年来的50多分钟,相应地,对RH精炼炉用耐火材料的要求也越来越高。RH精炼炉用耐火材料,从采用普通烧成镁铬质发展到直接结合镁铬砖、半再结合或再结合镁铬砖。为应对严苛的使用环境,特别是为了适应RH脱硫工艺,在下部槽、环流管等RH关键部位应用的高纯再结合镁铬砖中cr:O,质量分数高达24%以上¨’3J。
在高温、碱性和氧化气氛的使用环境中,含cr:0,的镁铬制品在Na:0、K:O或CaO参与作用下,三价铬Cr3+能转变为六价铬cr6+。Cr6+是一种致癌物,对人体有害且易溶于水,可以以气相存在,在生产使用中会随烟气排人空中污染空气,使用后的残砖中Cr6+随
雨水溶解、渗入地下而造成水污染H1。因此几年来欧美、日韩和台湾等相继出台了禁止或限制含铬制品生
尖晶石锆质砖和不烧低碳镁碳砖等,均未能克服寿命低、成本高的难题。宝钢是国内较早开展这项工作的
钢铁企业,通过实践,最终选择了不烧镁尖晶石砖,使
得RH炉各部位使用寿命相当,生产成本下降,炼钢
厂最终实现了耐火材料全面无铬化。
1
耐火材料无铬化研究
RH炉在真空和高温的条件下,间歇性受到钢水喷
溅和冲刷作用,伴有精炼渣侵蚀及温度波动,炉衬材料特别是浸渍管、环流管及下部槽部位,除了冲刷侵蚀外还有结构剥落和热震剥落,影响程度体现在耐火材料衬使用寿命上’6。1。从表1所示RH精炼炉各部位的寿命可知,环流管和下部槽受到冲刷侵蚀和剥落作用
是最强的,经常需要更换,一般都是3或4套浸渍管配
l套下部槽砖,10套下部槽配置l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。而实施无铬化应用开发的重点在于环流管(见图1),据调查,RH炉内衬修理的原因有80%是环流管损毁。这可能是由
于环流管结构易松动,而流动钢水直接冲刷环流管,涡
流钻缝现象特别严重,经常造成砖体断裂、渗钢和侵蚀
大。环流管考验了无铬化开发的技术能力。
产使用的法规,钢铁企业为顺应环保需求,均在积极推进RH精炼炉用耐火材料无铬化,尝试了各种可能的技术方法H。J,根据未公开的交流资料,各钢厂尝试过如烧成镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质和镁
+赵明:男,1968年生,硕士,高级工程师。
E—mail:zmxmq30@baosteel.com
收稿日期:2013一04一10
2013/6
编辑:柴剑玲
h廿p://州州.nhcI.com.cn
万方数据
耐火材料/REFRAcTORIEs
433
耐火材料/NAIHuo
表l
部位热弯管上部槽上部槽合金加料口下部槽底部
cAILIAo
2013年第47卷
RH精炼炉各部位的寿命
寿命/炉
3000~4
用烧成镁尖晶石锆砖砌筑的下部槽和环流管,其
寿命/炉
60~600300~60060~18060~180
部位下部槽环流管下部槽侧壁浸渍管内壁浸渍管外壁
试用过的寿命分别是200炉和100炉,与同期的镁铬砖相当。观察使用后烧成镁尖晶石锆残砖的外观,见图2(a),发现无铬砖的渣渗透层很薄,其显微形貌见图2(b);同时在无铬砖的表面还观察到明显的热震裂缝,见图2(a)中的B、C二处。镁锆砖在下部槽或环流管的损毁很大程度上是因为其抗剥落性差。
000
l000~4000500~l500300~600
I
o)钱h々外观|h)A处的砂微肜貌
图2烧成镁尖晶石锆砖的残砖形貌
Fig.2Residualfiredmagnesia—spineI—zircOniabrjck
图1RH精炼炉结构
Fig.1StruClure0fRHref.ningfumace
1.2刚玉一尖晶石浇注料
浇注料作为预制块,在浸渍管上日本有过应用”J。采用浇注料的优势是可以整体制作大型预制件的管体,从结构上消除砌筑砖缝,从而杜绝管体工作层渗钢,减少浸渍管下端口掉砖等。宝钢开发的整体浇注技术已扩展到环流管。图3为整体预制成型的环流管和浸渍管。
在宝钢的无铬化推进过程中,分别试用了烧成镁尖晶石锆砖、刚玉尖晶石预制砖或整体管和不烧镁尖晶石砖,这三种无铬材料都达到了同期镁铬砖的相当水平。前两种无铬材料的制造成本高于镁铬砖的,更
值得推广的是不烧镁尖晶石砖。预制成型的环流管
和浸渍管具有整体性良好和更耐脱硫渣的优点,在钢厂处理某些钢种的RH炉得到保留。1.1烧成镁尖晶石锆砖
尖晶石能赋予制品良好的抗剥落性能,同时z曲:与侵入的CaO生成高温相锆酸钙,在晶间起到了阻止组织劣化的作用,能够提高抗冲刷性及抗渣侵蚀性能,因此,镁尖晶石锆砖具有良好的抗冲刷、抗剥落及抗渣侵蚀性能。烧成镁尖晶石锆砖和高铬镁铬砖的理化性能对比见表2。
表2烧成镁尖晶石锆砖和高铬镁铬砖的理化性能
TabIe2
ChemicaIcompositionsandphysicaIpropertiesof
firedmagnesia—spinel—zirconiachromemagnesia—chromebrick
brick
and
high
项目
塞型笪
镁尖晶石锆砖
高铬镁铬砖
图3整体预制成型的管体结构
Fig.3Pn≥castingcircuIatjOnpjpeandsnOrkeI
刚玉一尖晶石无铬浇注料的理化性能见表3。此
浇注料的主原料为白刚玉、富铝尖晶石超微粉和尖晶石。采用富铝尖晶石超微粉作基质结合材料促进烧结,加入质量分数不低于7%,使材料的抗钢水冲刷性、抗热震性和耐钢渣侵蚀性良好;且具有极低的线
变化率(见表3),高温体积稳定,因此预制件在实际
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万方数据
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第6期赵明,等:宝钢RH精炼炉用耐火材料无铬化的实现
垫!!!!!旦
使用中无明显开裂或剥落。刚玉一尖晶石预制件的耐脱硫处理能力强于镁铬砖的,在其他情况下的寿命与镁铬砖相当。
表3刚玉.尖晶石浇注料的理化性能
TabIe3
Chemical
cOmpositionsandphysical
propeniesof
corundum—sDineICaStables
从图5中可看出,镁尖晶石无铬砖和镁铬砖的热膨胀性能差异不大,因此作为整槽砌筑的无铬砖衬在结构上是稳定的。镁尖晶石砖与镁铬砖相比,其主要不足之处是AJ:0,成分向渣中熔入速度较快;其次是当选用高纯合成镁砂生产镁尖晶石砖时,基质需采用超微粉,否则难以获得良好的结合组织。从图6中可看出渣蚀面积随砖中Al:O,含量的增加而增大。
项目实测值
3.20.3.33一O.2~+O.5
18~2372~12597~982一10
体积密度/(g・cm。)
线变化率/%
高温抗折强度/MPa(1450℃lh)常温耐压强度/MPa(110℃24h烘干后)
Ⅲ(A1203+M90)/%
"(Mgo)/%
采用刚玉一尖晶石浇注料预制件砌筑下部槽侧壁进行试验,发现除下降管正面的钢水冲击处熔蚀外,无铬材料的损速率略大于镁铬砖,其他各部位相当;而且用后的无铬材料热面平整,无结构剥落或热剥落,变质层薄,见图4。
Fig.5
ThermaI
II
4(1()(川f)X(…l¨f…j¨¨】4¨¨n(J¨
温J堑C
图5镁尖晶石砖与镁铬砖的热膨胀性能
expansiVity0fmagnesIa—spineIbrIck
maanesia—Chromebrick
and
1{
娶恒
辎
期
w(AIp,y%
图4下部槽第一次更换环流管时的槽壁刚玉一尖晶石材料
Fig.4C0rundum—spinelmateriaIsusedinIOwerVesselwa¨s
图6镁尖晶石砖抗渣性能与AI:O,含量的关系
Fjg.6SJagresjstance0fmagnesIa—spineIbrick恪aIumina
C0ntent
1.3不烧镁尖晶石砖
RH炉衬用镁尖晶石无铬砖,其主原料是镁砂
不烧镁尖晶石随着使用次数增加,砖体经高温烧结使组织结构致密化,熔损速率趋于稳定并下降。镁铬砖具有良好的性能和耐渣蚀性,适合于作为RH真空精炼装置内衬,但它们损毁是熔渣渗透导致结构剥落,随使用次数增加而结构剥落会加剧。通过对比120炉使用以后下部槽冲击区残砖的厚度发现,无铬砖残厚略大于镁铬砖的,而且无铬砖在使用过程中未
观察到明显的剥落损坏发生,表明该无铬材料可在
(占85%~92%,质量分数)和富铝尖晶石(占8%~
15%,质量分数),采用压砖机压制成型,生产工艺类
似于镁碳砖。富铝尖晶石以超微粉的形式加入,超细粉表面活性高,具有结合作用,替代常规的无机结合剂;又可利用超微粉的活性烧结和富余Al:O,的反应烧结特性,使材料在高温使用过程中逐步烧结形成致密的组织结构和良好的使用特性。表4示出了不烧镁尖晶石砖的理化性能。
表4不烧镁尖晶石砖的理化性能
TabIe4
RH真空设备炉衬的冲刷严苛部位替代镁铬砖。
2007年开始,钢厂在RH炉以下部槽、环流管和
prOpertiesof
physicaI
ChemjcaIcompositiOnsand
unfiredmagnesia—spineIbrick
浸渍管为主体部位进行无铬化试验,从烧成镁尖晶石锆砖、刚玉浇注料制品过渡到不烧镁尖晶石,2008年实现了整槽不烧镁尖晶石无铬耐火材料衬,2011年
RH精炼炉用耐火材料中无铬耐火材料约占15%,2012年下半年全面推广无铬耐火材料。2013年开
项目实测值
3.13。3.330.3~1.1
体积密度/(g・cm。)
线变化率/%
高温抗折强度/MPa(1常温抗折强度/MPa(1
450℃1
h)
2~36~895~9785~92
000℃3
h处理后)
埘(A1203+M罢:0)/%
始,宝钢炼钢厂的5台RH炉内衬耐火材料全面实现整槽无铬化,不再使用镁铬砖。
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Ⅲ(M妒)/%
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耐火材料/REFR^cTo脏s
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2013年第47卷
无铬化耐火材料的应用实绩
无铬耐火材料在宝钢的工业应用业绩见表5,其
(1)烧成镁尖晶石锆砖作为替代镁铬砖在RH上应用,存在着使用后剥落的现象,成本上也不具优势。
(2)刚玉浇料料虽然也不具有成本优势,但采用整体浇注成型的工艺,能有效解决环流管内侧部渗钢和浸渍管掉砖缺损等脱硫冶炼工艺中的问题。
(3)不烧镁尖晶砖以低成本高稳定性的特性在
中无铬耐火材料寿命统计的是2013年上半年的,镁铬耐火材料寿命是2012年上半年。上部槽使用周期长,数据少,未纳入统计表中。表5中数据表明,在已经得到应用的RH炉中,无论管体还是槽体,其无铬化耐火材料都已达到与传统镁铬耐火材料相当的应用实绩,特别在环流管和浸渍管实现无铬化后,基本消除了春季异常率上升的现象。
表5宝钢RH无铬耐火材料的工业应用业绩
TabIe5IndustriaIappncationresults0fchrome—freerefractO—
ries0fBaosteeI
RH炉所有部位取得良好业绩,并已在宝钢股份炼钢厂的5台RH炉上全面替代高铬镁铬砖,得到常规化
应用。
随着镁铬砖的全面替代,宝钢RH精炼炉无铬耐火材料降低了耐火材料生产过程能耗,提升了钢铁绿
色制造水平,显著降低了采购成本。
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无铬耐火材料,所开发的三种无铬材料均能全面替代
镁铬砖并在关键部位获得了与镁铬砖相当的使用寿命,其中不烧无铬砖在耐火材料生产效率、成本和环
保、质量稳定性方面表现出明显优势:
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RealizationofchrOme—freerefract0r.esforRHdegasser/ZhaoMing,ChenRongrong,ShenZhongming,Jin
Congjin//NaihuoCailiao.一2013,47(6):433
On
Abstract:ThewOrkandachievemenlchrOme—freeI.ningfOrRHdegasserOfBaOsteelwereinlrOduced,
mainlVinvOIvinglhedevelOpmenlandappIicatiOnOfchrOme—freematerialsforlOwervesseIs,circuIatiOnpipesandsnorkeIs.1nrecenlyears,BaOsleeItriedtO
use
magnesia—spineI—zircOnia,cOrundum—spineIand
unfiredmagnesia—spineImateriaIs,e配.fOrRHVesselbrick
as
lining,fina|Iyadopledunburnedmagnesja—spineI
main
bOdy,combiningsOmeintegra¨ycaslingcorundumsnOrkeIs,lOsubstilutelhemagnesia—
on
chrOmerefraclOries
RHsnorkeI,cirCuIaliOnpipe,IOwervesseI,mediumandupperVesseI,e把.InduslriaI
appIicationresuItsshOwedthattheRHrefiningfurnaceIifewase×tended,thecOstconsumptionwasde—creased.BytheendOf2012,BaosteeISteeI—makingPIantcomprehensiVeIy.rnplementedinduslriaIappI.ca-tiOnOfchrome-freerefractOriesfOrRHdegasser.
KeywOrds:RHrefractories;magnesia—chrOmebrick;chrOme—freerefractOries
Firstauthor’saddress:SleeI—makingPIanl,BaOshanIron&SteeICO.,Lld.,Shanghai201900,China
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N圳U0C圳^0/耐火材料2013/6
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宝钢RH精炼炉用耐火材料无铬化的实现
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
赵明, 陈荣荣, 沈钟铭, 金从进, Zhao Ming, Chen Rongrong, Shen Zhongming, Jin Congjin赵明,陈荣荣,沈钟铭,Zhao Ming,Chen Rongrong,Shen Zhongming(宝山钢铁股份有限公司炼钢厂 上海201900) , 金从进,Jin Congjin(宝山钢铁股份有限公司技术中心 上海201900)耐火材料Refractories 2013,47(6)
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引用本文格式:赵明. 陈荣荣. 沈钟铭. 金从进. Zhao Ming. Chen Rongrong. Shen Zhongming. Jin Congjin 宝钢RH精炼炉用耐火材料无铬化的实现[期刊论文]-耐火材料 2013(6)