国外炼钢转炉用炉衬砖的性能指标-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

炼钢用耐火材料的消耗是很大的，并且直接影响炼钢炉的寿命和冶炼成本。因此，在选择耐火材料时，除应满足冶炼工艺要求外，还要根据资源状况，合理利用，并不断提高原料煅烧和制砖技术，以期采用最佳的耐火材料，达到炉子长寿和低耗的目的。

目前，氧气转炉炉衬使用的耐火材料主要是含碳的碱性耐火材料，如焦油白云石砖、焦油镁白云石砖、焦油镁砖、镁碳砖和各种浸渍砖等。另外，还有喷补用的耐火喷涂料。

从采用氧气转炉炼钢以来，各国普遍用镁质和白云石质耐火材料作炉衬，或二者混合后制砖使用。总的趋势是朝着提高原料纯度，适当增加氧化镁含量，提高制品密度和增加残余含碳量的方向发展，炉衬砖的质量逐步提高，品种也不断增加。

日本在氧气转炉炼钢初期，采用的是天然白云石砂和稳定白云石砂制成的炉衬砖。天然白云石砖价格低廉，目前仍在转炉上使用。而稳定白云石砖虽然机械性能好，可防止水化，但杂质含量多，抗渣性差，早已被淘汰。在 20 世纪60年代初期，日本研制成功了合成镁白云石砂。用这种原料制成的焦油结合和烧成的镁白云石砖，原料较纯，烧结良好，砖的质量大大提高，现在仍是日本氧气转炉主要采用的耐火材料，应用十分普遍。此外，日本还在氧气转炉的特殊部位上使用镁砂、电熔镁砂为原料制成的直接结合砖及浸渍砖;合成镁白云石砂中添加电熔镁砂制成的耐火砖;以及采用死烧高纯镁砂和天然鳞片状石墨为原料，用合成树脂作结合剂制造的镁碳砖等，也取得了良好的效果。使炉衬寿命有了很大提高。

美国顶吹氧气转炉开始阶段使用过镁砖、镁铬砖和白云石砖等。后来基本上不用镁铬砖，主要采用镁砖。用杂质含量小于1% 的轻烧沥青结合或沥青浸渍的烧成。最近美国又采用沥青浸渍方镁石砖和镁碳砖作炉衬，炉子寿命有较明显的提高。俄罗斯氧气转炉主要采用焦油白云石砖，个别厂使用镁砖。同时也试验过镁铬砖。但因尖晶石相不能经受高碱度熔渣的侵蚀，目前仅限于易崩裂的炉帽部位使用。

西欧各国白云石资源十分丰富，价格便宜，因此在氧气转炉上普遍采用白云石炉衬砖。但其寿命不及镁质砖。为此各国一般将白云石杂质含量限制在3%以下，并添加镁砂以提高抗渣性。近来，镁砖或镁白云石砖的使用范围正在不断扩大。德国更多地使用浸渍碱性砖;而英国氧气转炉用耐火材料，镁砖占20%，白云石砖占80%，法国氧气转炉炉衬则采用焦油白云石砖、镁白云石砖和焦油镁砖砌筑。表3为西欧转炉炉衬砖的典型性能。

目前，许多国家氧气转炉用耐水材料的特点是杂质含量较低，以便促进MgO与CaO颗粒之间的直接结合，提高高温性能。若将杂质总含量从8%降低到2%以下时，炉衬寿命能提高20%~40%。因此有些国家氧气转炉用砖的杂质总含量限制在1.5%以下。

随着砖中MgO含量的增加，在超高温冶炼操作时，炉衬寿命是逐渐提高的。在高温冶炼或正常操作时，炉衬寿命有个最佳值，如图 1所示。对于镁白云石砖来说，随着MgO含量的增加，高温强度几乎成直线上升，抗渣性也逐渐提高。当MgO含量为60~80%时，炉衬寿命最高。在转炉冶炼的条件下，砖中有 CaO 的存在，不但可以提高熔渣的粘度，减少对砖的侵蚀，也可以使侵入脱碳层的硅酸盐转化为高熔点的物质，使炉衬不致熔融剥落。同时， CaO 还能抑制或减少 FeO 对方镁石组织结构的破坏，也能抑制MgO 随着脱碳作用而挥发。图2为熔渣中 MgO 含量与侵蚀率的关系。从图中可以看出，随着熔渣中 MgO 含量的增加，侵蚀率降低。也就是说，若致密 MgO 层的形成与保存得好，就能提高抗化学侵蚀的能力，使炉衬损毁程度降低。为此，在氧气转炉炼钢过程中，经常采用轻烧白云石造渣，以提高熔渣中 MgO 的含量，保护炉衬。

随着转炉炉衬砖体积密度的提高，钢液和熔渣的侵蚀能力会显著降低。提高转炉炉衬砖的体积密度，应采用高纯原料，经过高温煅烧而制成烧结料。当原料达不到要求的密度时，根据晶格活化理论，可采用二步煅烧的方法，制取高密度的原料，从而提高转炉砖的体积密度及其他性能。如图3 所示为转炉炉衬砖体积密度与其寿命的关系。

在制造转炉炉衬砖时，一般用结合剂或浸渍的方法加入碳，或者另加适量的鳞片状石墨等，常用的结合剂有煤焦油沥青、石油沥青、石蜡和树脂等。这些物质在常温时，不但能使砖坯产生暂时的结合强度，也可防止白云石质原料颗粒的粉化;在高温时可使耐火原料颗粒间形成碳键结合，提高砖的高温性能，同时碳不易被熔渣湿润，可降低炉衬的蚀损速度。对于白云石砖，有了炭素物质，渣中的Fe2O3不与CaO发生反应，而是被还原成FeO，并被吸收在镁富氏体的固熔体中，对于沥青浸渍碱性砖，其炭素均匀分布在砖基质的全部细小气孔中，体积密度和碳含量均有提高，这样高温强度不但得到改善，而且抗渣性能也有较大的提高。图4为转炉砖中残余碳与侵蚀深度的关系。随着残余碳的增加，炉衬被熔渣侵蚀的深度降低。这是由于砖中残余碳多，熔渣难以湿润砖衬，同时又能形成较好的致密MgO 层，可阻止熔渣的侵蚀。

在相同的条件下，砖的品种不同，其损毁情况也有所差异。对于焦油白云石砖的熔化层，在冶炼过程初期，熔渣呈酸性， SiO2、Fe2O3、Al2O3和MnO等杂质含量显著增加，并与白云石发生反应，生成 2CaO·Fe2O3、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、MgO·FeO等低熔点物质，降低了高温性能，使砖发生熔损。随着熔渣中碱度的提高，粘性增大，化学反应与渗透均减慢，同时由于砖中炭素的湿润作用，脱碳层形成得比较快，则蚀损速度减慢，炉衬寿命延长。

对于焦油镁砖，其熔化层主要矿物是方镁石，还有 MgO·FeO、2CaO·Fe2O3、 2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和少量的2MgO·SiO2 等。由于 MgO 比CaO稳定，熔化层形成较慢，熔渣浸入砖内较深，并在脱碳层与熔化层之间积聚和反应，致使砖组织收缩而产生龟裂。因此，镁砖炉衬的损毁主要是热剥落，熔损次之。

镁白云石砖具有适宜的 MgO 和 CaO 成分，其损毁情况介于白云石砖和镁砖之间。当脱碳层较厚时，熔渣浸入后会使变质层增大，容易引起结构剥落，当熔渣侵入砖中时，镁白云石颗粒周围的 CaO 与其反应，使熔渣粘度提高，又能抑制熔渣的继续侵入。这时，炉衬砖的损毁则以熔蚀为主，而较少发生结构剥落。

镁碳砖护衬的损毁主要是氧化—熔蚀造成的。除气态和液态的氧化外，就是 MgO与碳进行反应，最终形成致密的 MgO 层。由于砖中含有较多的鳞片状石墨，在氧气转炉炼钢的条件下，最易形成致密层。同时，镁碳砖炉衬表面有熔渣覆盖着，又在还原气氛下，氧化损毁是极其缓慢的，主要是熔蚀而造成炉衬的损毁。

氧气转炉炼钢生产初期，炉衬各部位通常采用相同的砖种，其厚度也基本相同。后来，根据各国的生产实践，发现由于各部位使用条件的差异，其炉衬损毁程度也是不同的，在耳轴区、渣线区、装料侧和出钢侧等部位的炉衬最容易损毁;底吹氧气转炉炉底衬体也是薄弱环节。因此，目前氧气转炉普遍采用综合炉衬，即根据转炉各部位炉衬的使用条件，选择最适宜的转炉砖砌筑，以使各部位均衡蚀损，达到延长炉衬寿命，增加钢产量，降低成本的目的。

氧气转炉采用综合炉衬技术，是根据炉衬各部位损毁机理的不同而制定的。从砖材质和尺寸两个方面采取有效的措施进行选择砌筑。有些国家，单纯在最易损毁的部位增加炉衬厚度以提高炉龄，虽有一定的效果，但转炉重量增加，炉容相对减小，这是很不经济的;有些国家，整个转炉炉衬均采用优质碱性砖，也是不合理的。

转炉装料侧受废钢或铁水的机械冲击严重，当炉子直立时，该部位又与渣线重合，侵蚀最为严重，因此，应选用优质碱性砖砌筑，并适当加厚衬里。日本在该部位采用THD-SD 砖或高纯度镁白云石砖。美国采用沥青浸渍烧成高纯方镁石砖，而加拿大则使用沥青浸渍烧成镁砖。

渣线区炉衬主要受熔渣侵蚀，应选用杂质含量少、组织结构致密和抗渣性强的烧成砖砌筑;耳轴区炉衬除受熔渣侵蚀外，由于生产操作时挂渣少，会发生剧烈的脱碳反应，因此要选用组织结构致密和含碳量高的碱性砖。

出钢口和炉口区周围的炉衬因受温度骤变的影响较大，一般采用抗热震性好的电熔镁砖或焦油结合稳定白云石砖砌筑。转炉炉底衬体受机械冲击和磨损较重，但远离高温区又不易氧化，因此采用一般碱性砖砌筑就是以满足冶炼工艺的要求。但当转炉采用底吹时，炉底衬体孔洞较多，又易产生涡流而损毁炉底。所以应采用优质碱性砖砌筑。转炉永久衬损毁较轻，一般采用白云石砖或普通镁砖砌筑，厚度为114~150mm，寿命可达1~2年。

日本氧气转炉典型的综合炉衬，该炉衬采用黑崎窑业公司生产的碱性砖砌筑，其性能见表7。其中，镁砖系采用电熔镁砂直接结合的，抗热震性比较好，一般用于出钢口等部位; 牌号THD-SDUH砖是用粗颗粒镁白云石砂制造的，牌号THD-ME砖则添加了电熔镁砂。焦油白云石砖和牌号THD-SD 砖使用在一般部位，其余大多数部位均采用镁白云石砖砌筑，使用效果较好。

西欧大部分氧气转炉炉衬采用焦油白云石砖(TBD)、轻烧焦油白云石砖(TD)、富镁白云石砖(TBE)和轻烧富镁白云石砖(TE)等。近来也采用焦油镁砖(TBM)、轻烧焦油镁砖(TM)和浸渍烧成镁砖(FM); 美国氧气转炉最近也用沥青结合或浸渍的方镁石砖(FTM)。如果一座转炉从中选择3~5 种不同材质或尺寸的碱性砖，砌筑成综合炉衬，便可取得较好的使用效果。

转炉砖尺寸也需合理设计，这对提高炉衬寿命，降低耐火材料消耗具有重要的意义。日本某厂110t顶吹氧气转炉选用9 种尺寸的碱性砖，砌筑成综合炉衬，其中最薄处为360mm，最厚部位为 900mm，该炉炉底采用焦油白云石砖和烧成白云石砖砌筑，厚度各为250mm;炉底拐角处厚度为630~720mm，出钢侧厚度为 450~540mm，均用不烧合成白云石砖砌筑;装料侧厚度为540mm，铁水或废钢冲击处加厚至900mm，采用烧成镁白云石砖砌筑;两侧耳轴区损毁不一样，一侧厚为540mm，另一侧厚为450mm，同样采用烧成镁白云石砖砌筑;出钢口和炉口部位采用镁砖作炉衬。由于采取上述措施，炉衬寿命提高了1倍左右，耐火材料消耗也降低了一半。