钢包用刚玉--尖晶石透气砖的研制与应用

摘要  研究了基质中MgO含量对以电熔刚玉、尖晶石为主要原料制成的刚玉--尖晶石透气砖（砖芯）性能的影响，并比较了刚玉--尖晶石砖与传统铬刚玉砖的性能。结果表明：刚玉--尖晶石砖热震稳定性优于铬刚玉砖，但其体积稳定性不如铬刚玉砖，生产中不易控制；工业试验表明，刚玉?尖晶石透气砖（砖芯和座砖）优于传统铬刚玉透气砖。

关键词 刚玉--尖晶石砖，透气砖，钢包，铬刚玉砖

　　炉外精练工艺是钢铁冶炼过程中非常重要的一环，而透气砖是这一工艺最关键的功能元件，其使用性能对精练工艺的顺利实施，保证钢的质量以及产量相当重要。钢包透气砖的损毁主要有两种，一是熔损和剥落所引起的物理蚀损，二是渣和钢水渗进透气砖中所造成的化学侵蚀。目前，我国大多数透气砖的材质仍是铬刚玉质，但其性能不能大幅度提高，另外铬还会对环境造成污染。为此，研制了以电熔刚玉和尖晶石等主要原料制成的刚玉?尖晶石透气砖。

1 实验

　　采用电熔白刚玉（ω（Al₂O₃）＞98.5%，ω（Na₂O）＜0.6%）、尖晶石（ω（Al₂O₃）＞90%，ω（MgO）＞8%）、镁砂（ω（MgO）＞99%）、α?Al₂O₃微粉（ω（Al₂O₃）＞99%，D_v50=1.64μm）、CA80水泥（开封汴河）、硅微粉（挪威983）和锆英石微粉等为原料。在颗粒部分不变的条件下，改变基质中部分成分的含量，振动成型为160mm×40mm×40mm的条形试样，在室温下养护24h并在110℃下干燥24h后，在1550℃下保温3h烧成。测定试样的体积密度和显气孔率，用静态坩埚法测试样的抗渣性。实验用渣的化学组成（ω）为：Al₂O₃ 45.01%，SiO₂ 14.56%，Fe₂O₃ 1.30%，CaO 21.55%，MgO 13.32%，FeO 2.66%，MFe 1.16%，S 0.03%，P 0.17%。热震稳定性用条形试样进行1100℃→水冷循环试验来测定。

2 结果与讨论

2.1 基质中MgO含量对试样性能的影响

　　　　　　　　　　表1　基质中MgO含量对试样性能的影响。

　　由表1可见，随着基质中MgO含量的增加，试样的体积密度降低，显气孔率增大。主要原因是基质中的MgO与刚玉细粉反应生成镁铝尖晶石，产生膨胀；随着MgO含量的增加，线收缩逐渐减小；当MgO含量为5%时，试样中镁铝尖晶石（结合相）增多，因而常温抗折强度增高；基质中MgO含量在3%-5%范围内，试样的热震稳定性和抗钢包精练渣的侵蚀变化不很明显。

2.2 铬刚玉砖和刚玉?尖晶石砖性能比较

　　铬刚玉砖和刚玉?尖晶石砖的性能比较见表2。可以看出，两种砖的性能有些差异。一般来说，在粒度级配相同的条件下，刚玉?尖晶石砖的体积密度要比铬刚玉砖的小。从表2还可以看出，刚玉?尖晶石砖的气孔率比铬刚玉砖的要低，可能是因为在烧成过程中，生成尖晶石的膨胀抵消了细粉的收缩。另外，刚玉?尖晶石砖的线收缩率要比铬刚玉砖的大，也就是说刚玉?尖晶石砖的体积稳定性不如铬刚玉砖，主要是因为烧成过程中，生成了镁铝尖晶石，这一点必须注意。由于狭缝式透气砖芯的条缝比较窄（一般为200μm左右），如果透气砖在烧成过程中体积变化较大，将会影响条缝的尺寸，最终会影响透气量，导致透气砖的使用性能下降，甚至吹不通。刚玉?尖晶石砖的热震稳定性要比铬刚玉砖的好，原因可能是尖晶石的热震稳定性要优于刚玉。两者的侵蚀指数相同，但铬刚玉砖的抗渣渗透性要比刚玉?尖晶石砖的要强。

表2 铬刚玉砖和刚玉?尖晶石砖性能比较

3 工业试验

3.1 试制工艺

　　将透气砖砖芯和座砖分别制成刚玉?尖晶石质和棕刚玉?尖晶石质。用于制砖芯的刚玉?尖晶石料成型性能良好，排气迟缓，振动时间较铬刚玉质的长，流动值为110-120mm（跳桌法），不分层。脱模后，感觉砖芯的强度高，边角保持完好。砖芯干燥养护后于1580℃烧成，座砖干燥养护后，在烘窑中于450℃下烘烤。

3.2 使用

　　以高纯刚玉?尖晶石为砖芯和铬刚玉为座砖组成一套，以铬刚玉为砖芯和棕刚玉?尖晶石为座砖组成另一套，分别在武汉钢铁公司第二炼钢厂钢包上使用。武钢第二炼钢厂的钢包不是专用包，一个钢包冶炼的钢种变化较大，对透气砖的使用造成较大影响。因而，将试用砖分成两组并和铬刚玉透气砖进行对比。刚玉?尖晶石座砖的平均蚀损速度为最低，其抗侵蚀能力较原座砖有显著的提高，透气砖的砖芯底吹率超过98%。

4 结论

　　1）基质中MgO含量对刚玉?尖晶石透气砖（砖芯和座砖）的性能影响比较大。

　　2）研制的刚玉?尖晶石砖的热震稳定性优于传统的铬刚玉砖，但其体积稳定性不如铬刚玉砖，工业生产中控制必须严格。

　　3）工业试验表明，刚玉?尖晶石透气砖的使用效果不亚于传统的铬刚玉。