RH/RH-OB内衬是在真空密封条件下使用的,其中通气管、管口、底和吹氧风口均受到最大的钢水循环速度的冲击,因而它的初步侵蚀方式可能是靠近热面的耐火材料破裂而造成蚀损。
根据RH/RH-OB使用条件来估计,认为内衬在所有的过程中都会产生结构断裂或者削弱,它包括以下几点:
(1)预热和钢水处理之间,由于热面的快速加热或冷却产生的抗热震性破坏(温差越大破坏亦越大);
(2)由于氧压力和(或)温度变化,使Fe+2/Fe+3氧化物交替循环变化(耐火铬矿和铬铁矿尖晶石相以及吸收氧化铁的区带都会受到这种影响)使内衬产生破坏;
(3)随着通常的耐火材料结合相的熔解而为熔渣进行的入侵提供了通道,并使熔渣产生渗透(硅酸盐结合特别敏感),导致氧化铁吸收区富集氧化铁的直接热面部分受到侵蚀。当考虑所有相关的温度时,凡氧化铁含量超过30%的场合都会形成大量的液相。因此,在这种情况下即使循环钢水接触所受到的侵蚀较少的内衬部位,如下部筒体侧壁的上部(不包括吹氧风口区)都会部分地液化而使液面区域蚀损掉;
(4)因为熔渣浸透,热面侵蚀的前沿接近内部形成裂纹,所以有一些损毁可能是部分热面剥落损耗的结果。通常内衬的这种损毁是不连续的(非连续型)。由于侵蚀前沿比较快的前进以及流动钢水的剥离能力,蚀损严重部位的剥落损耗率是较大的(趋前损毁)。
根据RH/RH-OB装置工作衬上述的蚀损机理,其工作衬用耐火材料通常选用直接结合镁铬砖或碱性捣打整体衬,并按照不同部位的不同使用条件和产品质量采用分区砌衬(综合内衬)。
在这种条件下,选用的镁铬砖应具备如下要求:
(1)在使用中受到热震时,强度及组织只有较少劣化;
(2)熔渣难以渗入,既使渗入也能保持颗粒之间的结合和应有的强度;
(3)耐剥落性能高。
具有这些性能的镁铬砖与晶界上生成的二次尖晶石的发育程度有关,同时也受到镁铬砖中化学成分对所形成的二次尖晶石的影响。
RH/RH-OB装置用镁铬砖包括传统的直接结合镁铬砖、再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖以及特种的复合镁铬砖等产品,其中镁铬砖中的Cr2O3配入量,以Cr2O3/MgO比等于0.2~0.4的特种复合镁铬砖为最好。这些产品典型的特性如表1所示。
表1中镁铬砖C是一种以烧结镁铬砂为颗粒以方镁石和铬为结合基质的特种复合的直接结合镁铬砖;镁铬砖B和D分别为半再结合和再结合镁铬砖;镁铬砖A是传统的比较理想的直接结合镁铬砖。由表1看出,砖A的抗热震性最好而抗侵蚀性能却最差;再结合砖D的抗侵蚀性最佳,但热震破坏却最大;半再结合砖B和特种的复合砖C的抗侵蚀性中等且抗热震性能也比砖D好,其中特种复合的高铬砖C又是各种性能的最佳综合,抗侵蚀性和抗热震性均居第二位,气孔率较低,强度较高。
除此之外,传统的直接结合镁铬砖中则以高温烧成的镁铬砖为好。在生产镁铬砖时,有关铬矿与方镁石的反应,曾经对高品位铬矿和近似单结晶电熔MgO为原料进行过研究,如图1所示。并得出了如下结论:
(1)铬矿中的Cr2O3成分在电熔MgO中固溶,溶解析出(Mg、Fe、Al、cr)2O4成分的尖晶石(各R2O3在尖晶石中的含量因使用的铬矿的化学成分而异),R2O3按Fe2O3>Al2O3>Cr2O3的顺序,易于向MgO内部固熔。但是,各R2O3的含量在与铬矿接触面靠近的位置固溶度却按Cr2O3>Fe2O3>Al2O3顺序增大。
(2)铬矿中SiO2与MgO反应,生成以SiO2和MgO为主要成分的液相。SiO2含量多时,液相生成量亦多。同时还证实,SiO2有助长液相的生成。此外,像侵蚀电熔MgO一样,液相一直生成到内部,如图2所示。
由此可以得出结论,即使高品位(Cr2O3含量多)的铬矿,其中SiO2含量多时,也不适用于作为在严酷条件下使用的高温烧成的直接结合镁铬砖的原料。
由于铁的氧化物受氧压的影响很大,所以RH/RH-OB装置内衬用镁铬砖中Fe2O3的含量也应受到控制。
向镁铬砖中加入一定数量(例如13%)烧结铬尖晶石砂(5~0.5mm)生产复合镁铬砖,可以获得由异质多相材料构成的镁铬系耐火材料。同时发现烧结铬尖晶石颗粒与电熔方镁石细粉之间存在直接结合,而电熔粒状镁铬料与方镁石细粉之间的直接结合却较少。由此不难推出,以电熔MgO结合的烧结铬尖晶石耐火材料,在真空以及温度剧烈波动、气氛变化和熔渣侵蚀的条件下使用,将会比用电熔镁铬料或烧结铬尖晶石为主的耐火材料具有更高的体积稳定性和抗蚀性能。
改善其使用性能,可采用下述技术措施:
(1)选用高纯度镁砂和高纯度(SiO2极低的)铬矿为原料并提高铬矿的配入比例,以生产Cr2O3/MgO比较高的优质镁铬砖;
(2)配入一定数量的Cr2O3粉或者铬矿超细粉以促进镁铬系物料的烧结,并获得二次尖晶石发达的优质镁铬砖;
(3)添加适量的Fe-Cr等金属粉,通过它们在烧成时的氧化,以降低镁铬砖的气孔率并在基质中形成微气孔结构;
(4)将镁铬砖在超高温条件下的氧化气氛中烧成,并在烧成后进行慢速冷却以获得发达的二次尖晶石晶体的组织结构;
(5)添加一定数量热膨胀率比镁铬砖小的特殊外加剂或者CaCO3(0.1~2.0mm)以及ZrO2等添加物以提高镁铬砖的热稳定性能。
通过采用上述措施,可以制成高温强度大,抗侵蚀性优异和热稳定性高的优质镁铬砖。