镁铬砖在RH炉的应用

镁铬砖在RH炉的应用

RH炉用镁铬耐火砖

高温烧成的镁铬砖系耐火砖(如直接结合、再结合、半再结合镁铬砖)由于具有抗低碱度渣蚀能力强的优点，已经广泛应用于精炼炉衬上。镁铬系耐火砖有许多不同的品种，砖的生产工艺、组织结构、性能差异也很大。镁铬系耐火砖按按Cr2O3含量可分为镁铬砖(Cr2O3含量为5~20%)、铬镁砖(Cr2O3含量为20~35%)和铬砖(Cr2O3含量为大于35%)，按生产工艺分为烧结砖和熔铸砖等。

由于镁铬耐火砖的品种非常繁多，有文献对其进行了归类总结：

(1)硅酸盐结合镁铬耐火砖(普通烧成镁铬砖)。这种砖是由杂质(SiO2与CaO)含量较高的普铬矿与制砖镁砂制做成，烧成温度在1550℃左右。结构特点是：耐火物晶粒之间是由硅酸盐结合的，显气孔率较高，抗炉渣侵蚀性较差，高温体积稳定性差。

(2)预反应镁铬耐火砖。将镁砂(轻烧镁粉)与铬矿共磨压坯在窑内烧成，用合成的镁铬砂作为原料再制砖，形成“预反应镁铬砖”。预反应镁铬砖属硅酸盐结合镁铬砖的改进型。

(3)直接结合镁铬耐火砖。直接结合镁铬耐火材料是由杂质含量低的铬精矿与较纯镁砂制作，烧成温度在1700℃以上。其结构特点是：耐火物晶粒之间多呈直接接触，砖中方镁石(固溶体)-方镁石(固溶体)与方镁石(固溶体）尖晶石(固溶体)的直接结合程度高，因此其高温性能、抗炉渣侵蚀性好，高温体积稳定性都较普通镁铬砖好。

(4)熔粒再结合镁铬耐火砖(电溶再结合镁铬)。用电熔方法使镁砂与铬矿(轻烧镁粉或菱镁石与铬矿)充分均匀地反应，合成结构更理想的方镁石固溶体和尖晶石固溶体镁铬原料，再结合镁铬砖就是用此原料制砖称为熔粒再结合镁铬砖。由于制耐火砖原料较纯，都需要在1750℃以上高温或超高温下烧成。其显微结构特征是尖晶石等组元分布均匀、气孔率低、耐火物晶粒之间为直接接触、耐压强度高、抗侵蚀性好、高温强度高等，但缺点是热震稳定性较差。

(5)半再结合镁铬耐火砖。以人工合成原料做颗粒，以铬精矿与镁砂为细粉的镁铬砖都应称为半再结合镁铬砖。国内将由电熔镁铬料作颗粒，而以共烧结料为细粉或以铬精矿与镁砂粉为混合细粉，制作的镁铬砖都称为半再结合镁铬砖。其烧成温度在1700℃以上，砖内耐火物晶粒之间也是以直接结合为主，优点是抗热震性较好，抗侵蚀、抗冲刷也不错。

(6)共烧结镁铬耐火砖(又称全合成镁铬)。用百分之百的烧结合成镁铬砂为制砖原料，再经过高温烧成所生产的镁铬砖就是共烧结镁铬。其特点是抗侵蚀性好，高温体积稳定性好等。

(7)不烧镁铬耐火砖(或称化学结合镁铬)。化学结合不烧镁铬砖，一般采用镁砂与铬矿为制砖原料，以聚磷酸钠或六偏磷酸钠或水玻璃为结合剂压制的镁铬砖。不需高温烧成，只经200℃左右温度烘烤。由于未经高温烧成，镁砂会发生水化，不能长期存放。

(8)熔铸镁铬制品耐火砖。采用镁砂、铬矿为主要原料，加入少量添加剂，经混合、压坯与素烧，破碎成块，进电弧炉熔融，再注入模内、退火，生产成母砖，母砖经切、磨等冷加工制成各种特定形状的制品。熔铸镁铬砖的结构特点是成分分布均匀，耐火物晶粒之间主要为直接接触，硅酸盐以孤岛状存在，砖抗熔体熔蚀、渗透与冲刷特别好，但热震稳定性差。

镁铬耐火砖是一种含三氧化二铬的镁质耐火材料，氧化铬通过固熔于方镁石和形成低膨胀的镁铬尖晶石，可增大液相对耐火相的润湿角，提高直接结合程度，生成理想的方镁石-镁铬尖晶石-微裂纹复合结构，使镁铬质耐火砖具有良好的荷重软化温度、高温强度、抗侵蚀性、热震稳定性、较低的导热率和较好的挂窑皮性。镁铬耐火砖在现有的烧成带耐火材料中具有高的性能/价格比值，并由此成为一种被广泛使用的耐火材料。

RH炉用刚玉耐火砖的种类及性能分析

RH真空脱气炉初只是作为脱气装置，当时的耐火材料内衬主要采用粘土砖高铝砖。现在，RH炉功能已经扩展了到了吹氧和喷粉，内衬耐火材料的适用条件变得更为苛刻，因此选用耐火材料。特别是随着特种钢的产量增加，正在大力推广增大环流量，大量吹入气体的方法，以进行超低碳钢的稳定生产和高速处理。加大环流量使耐火材料内衬磨损增加；增加冷风吹入量造成了高温剥落；钢包熔渣吸入量增加又加大了结构剥落和侵蚀，所有这些因素都将导致内衬材料的损毁加剧。因此，现在的RH/RH-OB内衬以直接结合刚玉砖为主流，而在RH/RH-OB内衬吹氧口周围使用半结合或再结合刚玉砖，一部分使用镁碳砖。

用于RH装置顶部和上部槽内的耐火材料，由于不与钢水和熔渣直接接触，与下部相比一般损毁都较少。中间部分由于接触钢水和熔渣侵蚀或者由于高温剥落，使耐火内衬遭到损毁。下部槽包括浸渍管的耐火内衬是RH装置的高腐蚀区，它往往决定着RH炉的使用寿命，因此下部槽的内衬应选用高温烧成直接结合刚玉砖。炉身下部损伤严重的部位是环流管，因为衬里的结构限制了它的厚度，而且复杂形状的耐火制品还需经两次加热，所以没有一种耐火材料有足够的使用寿命。此外，在RH-OB炉中，OB对耐火材料的使用也有重要的影响，在采用上部喷枪法时，耐材受到吹入的氧气与钢水中铁元素生成的氧化物及高温反应气体侵蚀，尤其是生成氧化物会迅速地侵蚀耐火材料工作面，因此需选用Cr2O3含量高的MgO-Cr2O3砖才会有较高的使用寿命，而暴露在高温气体下部选用Cr2O3含量低的MgO-Cr2O3砖会有较好综合使用性能。

真空循环脱气（RH）炉用耐火材料

钢液真空循环脱气法（RH法）是西德鲁尔公司（Ruhrstal）和海拉斯公司（Heraeus）于1957年共同研制成功的，取两公司名称的字头，称作RH法。RH装置的工作原理是：钢液在一个砌有耐火材料内衬的真空室内进行脱气。真空脱气室下部有两根插人管，即钢液上升管和下降管。进行真空处理时，将这两根管子插到钢液内，由 于真空室内已被抽成真空，钢液将从两根管子内上升到压差高度。同时，从上升管下部的三分之一处吹人驱动气体（氩气或氮气），由于湍流作用，上升管内会形成大量气泡核，钢液中的气体向氩气（或氮气）泡内扩散，体积会成百倍地增大，钢液以5m/s左右的速度呈喷泉状喷入真空室，脱气进程加速。脱气后的钢液汇到真空室底部，以1-2m/s的速度经下降管返回到钢包内。未脱气的钢液会不断地从上升管进人到真空室脱气。这样，钢液连续循环几次后，脱气过程结束。RH装置工作原理图如图12-54所示。RH法主要设备有真空脱气室、升降装置、加热装置、抽气装置主要设备有真空脱气室、升降装置、加热装置、抽气装置和铁合金添加装置等，如图12-55所示。真空脱气室呈细长状，两根插人管一般是平行的，其形状取决于脱气效率、钢液搅拌的情况、 成分调整的准确性、室内钢液面上升状况和熔滴飞溅的高度等方面。

真空脱气室的支持方式有：
（1）脱气室上下旋转运动方式。
（2）脱气室上下升降式。
（3）脱气室固定式等。 目前，普遍采用脱气室固定方式。升降装置一般采用液压装置来升降钢包，以使钢包在脱气室下面垂直升起，钢包一般用台车运送到脱气室下面。加热装置用于预热真空脱气室，以减少真空处理中钢液的温降，和防止飞溅液滴粘附到室内 耐火材料上。可以釆用各种气体（焦炉煤气、高炉 煤气、天然气等）或液体燃料（重油、煤油等）通过预热孔喷人燃烧的方式进行加热，还可釆用在真空脱气室内插入电加热器的方式进行辐射加热。

抽气装置采用普通蒸气喷射泵方式。铁合金添加装置一 般安装在真空脱气室的上部，用密封料斗和振动加料器等加入合金料。RH脱气法与其他精炼处理方法相比有如下优点：
（1）脱气效果较好。由于输入驱动气体，形成了大量气泡核，进人真空室的钢液会喷射成非常细小的液滴，使钢液脱气面积大大增加，因此有利于脱气的进行。
（2）钢液温降小。一般一次处理后钢液温降只有30-50℃左右，而且在脱气过程中还可加热。
（3）脱气室适用范围较大。可在同一设备处理不同容量的钢液，也可在电炉和感应炉内进行处理。
（4）可处理的钢种多。有锻造用钢、高强度钢、结构钢、轴承钢、工具钢、不锈钢、电工钢、深冲钢等。
（5）设备操作灵活，运转稳定可靠。RH装置是在高温与真空条件下工作的，上升管中吹入驱动气体，钢液连续不断地向上喷溅。真空脱气室的中、下部耐火材料，承受着钢液喷溅和钢液环流的冲刷作用，损毁较为严重。插

入管的耐火材料，内壁会受到高速气流（流速高达每秒数米）和钢液的冲刷作用，外壁和底部受到钢水的剧烈冲击，熔渣的化学侵蚀以及急冷急热作用，也械性损耗严重，易产生热剥落。与其他脱气法相比，RH法耐火材料的侵蚀较为严重，其中插入管的耐火材料的工作环境特别恶劣，是RH装置薄弱的环节。装置采用的耐火材料有：高铝耐火砖、镁白云石砖、方镁石尖晶石砖、镁砖、镁铬砖及耐火捣打料和耐火浇注料等。目前，各国趋向于采用直接结合镁铬砖作真空室内衬，插人管衬体一般用高铝质耐火捣打料或耐火浇注料，也有用碱性散状料进行制作。