RH精煉爐用新型無鉻堿性磚的應用性能研究與評價

孔祥魁¹  張積禮¹ 倪高金^1,2  高長賀²  馬淑龍^1,2

王治峰²  馬飛²  孫艷粉¹

（1 鞏義通達中原耐火技術有限公司，河南鄭州451261；

2 通達耐火技術股份有限公司，北京100085）

摘  要：新型無鉻堿性磚TD-RH-95B利用高純原料和有機結合劑，通過添加幾種金屬相，經高溫使用達到塑性相結合，使制品具有良好的常溫性能和高溫使用性能，該產品用在國內180T和260T RH精煉爐浸漬管、環流管及下部槽工作層上，通過與鎂鉻磚現場對比，從使用壽命和使用后制品殘厚來看，都略好于鎂鉻磚，完全可以取代鎂鉻磚。

關鍵詞：RH精煉爐；無鉻堿性磚；應用性能

隨著精煉技術和綠色環保耐火材料的不斷發展，現在RH精煉爐用無鉻耐火材料也日益壯大，發揮著越來越大的作用.隨著人們對環保意識的加強,結合我國的礦產資源情況（天然菱鎂石資源和鋁土礦資源比較豐富），無論從技術和經濟發展趨勢來看，RH精煉爐用耐火材料無鉻化成為一種趨勢，無鉻堿性磚理應是未來RH精煉爐用耐火材料的主導材料。未來我國鋼鐵產品結構將不斷調整優化，特別是石化、核電、鐵路、航天、船舶等行業的快速發展，對優質鋼需求進一步增進，對應的精煉爐用耐火材料也將進一步增大。RH精煉爐作為爐外精煉方法中的一種性價比最高的工藝，被各個鋼廠大力推廣和應用，在未來鋼鐵冶煉中的作用會越來越大。未來我國爐外RH精煉用耐火材料的產品結構也將進一步調整，將以綠色環保耐火材料為發展導向，到2020年我國耐火材料更長壽、更節能、無污染、功能化的產品有大幅度提高。近年來，RH精煉爐用無鉻耐火材料的研究和使用越來越受到重視，已經逐漸代替鎂鉻磚而成為未來的主要發展方向[1] [2]。RH精煉爐用無鉻堿性磚是結合潔凈鋼冶煉工況使用特點而研發生產的定形耐火制品，主要成分為氧化鎂、三氧化二鋁，適用于潔凈鋼冶煉RH裝置真空室上部、中部和下部槽、環流管和浸漬管等部位。

1 TD-RH-95B型無鉻堿性磚性能優點

1)不含氧化鉻，對環境無污染，符合國家環境保護要求；

2)不經高溫燒成，生產周期短，沒有污染排放，節能降耗；

3) TD-RH-95B型無鉻堿性磚高溫強度高、熱震好、抗渣侵蝕性能優異，使用壽命與鎂鉻磚相比有所提高；

4)采用新型超微粉和結合劑，氣孔率微小且分布均勻，抗滲透能力強；

5) TD-RH-95B型無鉻堿性磚系統為高純系統，更能適合越來越苛刻的潔凈鋼冶煉要求。

2 TD-RH-95B型無鉻堿性磚技術創新點

1）TD-RH-95B型無鉻堿性磚采用高品位電熔鎂砂和高純尖晶石為主要原料，采用新型超微粉和有機結合劑，磚中氣孔微細化并分布均勻的組織結構不僅能降低透氣度、提高抗侵蝕性能，而且可改善抗熱震性。其主要原料的化學組成見表1

表1 原料的化學組成（wt%）

2）TD-RH-95B型無鉻堿性磚通過復合添加金屬相2-5種的配合引入，在高溫使用過程中原位生成非氧化物[1]，達到金屬相塑性結合[3]，填充穿插在方鎂石骨架結構中起到增強增韌作用，從而顯著改善其抗氧化性和抗渣性能。從圖1顯微結構分析來看，各種納米級、致密高純氧化物在基體中均勻分布，使材料復合以后呈鑲嵌狀結構，氣孔率低，能夠大大提高制品韌性、熱震穩定性及抗結構剝落性。

3）TD-RH-95B型無鉻堿性磚制作成不需超高溫燒成即具有良好強度的不燒磚，并在高溫使用過程中不斷促進磚坯體內部的燒結，微細化的基質使鎂尖晶石無鉻耐材組織發生良好燒結和發育，成為使用性能優良的高純高性能耐火材料工作襯。

4）TD-RH-95B型無鉻堿性磚具有自修復功能：將燒后線變化率控制在＋0.5-0.9%范圍內，微量的膨脹抵消了高溫窯爐砌體的缺陷并最小化的消除了材料的高溫使用應力，高溫彈性模量和抗斷裂韌性較好

3 TD-RH-95B型無鉻堿性磚與鎂鉻磚性能對比

1）TD-RH-95B無鉻堿磚與鎂鉻磚技術指標見表2

表2 TD-RH-95B無鉻堿磚與鎂鉻磚技術指標

2）TD-RH-95B無鉻堿磚抗渣性能試驗

抗渣性試驗采用靜態坩堝法，取100g渣樣加入到坩堝試樣內，經1550℃×4h處理后沿坩堝試樣的中心截面切開，比較切開面上的熔渣層高度、渣侵蝕反應層深度及熔渣滲透層深度，來判斷抗渣性能的好壞。抗渣性能的好壞用殘渣層高度和渣侵蝕深度來表示，殘渣高度越高表明材料抗滲透能力越強，渣侵蝕越深的試樣抗渣侵蝕性越差。渣樣成分見表3.

表3  渣樣質量百分比   wt%

同時與鎂鉻磚作對比試驗。圖1和圖2分別是TD-RH-95B磚和電熔再結合鎂鉻磚試驗坩堝切開圖：

圖3和圖4分別是TD-RH-95B磚和電熔再結合鎂鉻磚抗渣試驗顯微照片

試驗結論：1） 開發的RH爐用TD-RH-95B無鉻堿性磚比傳統鎂鉻磚具有較強的抗熔渣侵蝕和滲透能力；

2）抗侵蝕機理是：在高溫使用過程中加入的金屬相部分氧化后與渣的氧化鈣形成CA2保護層提高抗渣侵蝕性能[4]；其次為原位生成非氧化物ALON和MgAlON能夠吸收渣中的鐵元素從而提高抗渣的侵蝕與滲透[5]。

4 應用性能評價

我公司開發的TD-RH-95B無鉻堿性磚經磨砌組合成浸漬管分別在國內鋼廠180T RH爐和260T RH爐上使用，其中在180T RH爐使用情況如下：

圖5是TD-RH-95B無鉻堿性磚180T RH爐上使用到64爐在線照片。

圖5中上半部分為環流管，材質是電熔再結合鎂鉻24，下半部分為上升管，材質是TD-RH-95B無鉻堿性磚。從圖上明顯看出環流管電熔再結合鎂鉻被侵蝕剝落得凸凹不平，而無鉻堿性磚TD-RH-95B表面侵蝕沖刷光滑。

圖6和圖7分別是用TD-RH-95B無鉻堿性磚和鎂鉻磚制作的上升管正常使用下線后的照片

從使用后的浸漬管情況同樣很容易看出，TD-RH-95B無鉻堿性磚侵蝕面光滑，無明顯剝落現象，而鎂鉻磚有明顯剝落現象。

5 總結

通達公司研制的新型微孔塑性相結合無鉻堿性磚TD-RH-95B型，具有低氣孔、高強度、抗沖刷、耐侵蝕、無鉻化和性價比高于鎂鉻磚等特點，完全可以代替鎂鉻磚。TD-RH-95B無鉻堿性磚的成功開發及在RH精煉爐上的成功應用，加速了更長壽、更節能、無污染、功能化的新型優質耐火材料發展的步伐，很好的適應了高溫工業發展需要，對實現耐火材料的無鉻化、推進行業產品結構優化和科技進步起著重要的指導和示范作用。而且，相對于含鉻材料，減少了鋼水污染和環境污染，對于降低鋼鐵企業能耗，節約成本，緩解我國能源緊張具有深遠意義。

參考文獻

[1] 周菲菲，邢方圓等。RH 精煉爐用無鉻耐火材料的研究現狀和發展趨勢。上海金屬2012,34（2）33~38.

[2] 趙明，沈鐘銘。煉鋼RH 精煉爐用耐火材料無鉻化的實現. 第九屆中國鋼鐵年會論文集.

[3] 陳肇友. RH精煉爐用耐火材料及其提高壽命的途徑. 耐火材料2009, 43 ( 2 ) 81 ～95.

[4] 洪彥若，孫加林. 非氧化物復合耐火材料。 北京：冶金工業出版社，2003.

[5] 陳榮榮　何平顯　牟濟寧　汪寧.RH真空爐襯用無鉻耐火材料抗渣性能的研究. 耐火材料2005 , 39 (5 ) 357～360.