不燒Al2O3-SiC-C磚(以下簡稱不燒ASC磚)是目前混鐵車內襯最常用的耐火磚,在實際的使用過程中,不燒ASC磚的損毀因素主要表現在以下幾個方面:
1、鐵水預處理的噴吹方式
混鐵車鐵水預處理工藝的原理是:通過插入裝載在混鐵車內的噴槍,噴吹攜帶脫硫(或脫磷、脫矽)粉劑的不活潑氣體,在攪拌鐵水的同時,脫硫(或脫磷、脫矽)粉劑與鐵水中的硫(或磷、矽)發生反應,反應產物作為渣子上浮並與鐵水分離,實現降低鐵水中有害元素的目的。寶鋼一、二期即一煉鋼採用如圖1所示噴槍直插方式,寶鋼三期即二煉鋼採用如圖2所示噴槍斜插方式。
圖1 一煉鋼直插式脫硫槍 圖2 二煉鋼斜插式脫硫槍
三期投產以後,混鐵車在一煉鋼與二煉鋼間混用。從圖4可以看出,噴槍釆用直插方式噴吹作業時,攪拌從中間向兩側進行,鐵水和熔渣在混鐵車頂部耐火材料表面的翻濺分散在兩側,鐵水和熔渣對混鐵車頂部耐火材料熔損和侵蝕也分散在兩側;鐵水、熔渣和噴吹後從鐵水內部逸出的高溫氣流對混鐵車頂部耐火材料表面的衝刷以及機械磨損也分散在兩側。而噴槍釆用斜插方式噴吹作業時(見圖5),攪拌單方向進行,鐵水和熔渣集中翻濺在混鐵車插槍側頂部耐火材料表面;鐵水、熔渣和噴吹後從鐵水內部逸出的高溫氣流對混鐵車頂部耐火材料表面的衝刷作用集中在單側,該側所受到的損毀異常嚴重。
2、鐵水預處理粉劑
寶鋼一期鐵水預處理僅僅是脫硫,二期鐵水預處理只做過幾次混鐵車內脫磷、脫矽試驗,實際上二期鐵水預處理也只是脫硫。隨著高品質、高附加值產品的增加,三期投產以後,寶鋼才逐步實施三脫。同時,三脫所使用的粉劑也出現了很大的變化。脫矽粉劑配入大量的燒結礦粉,脫硫_脫磷粉劑配入了螢石、蘇打和燒結礦粉、氧化鐵皮,這使鐵水預處理後的炻渣的理化性質有了很大的變化。
2.1鐵水預處理粉劑對熔渣物理性能的影響
由於寶鋼三期鐵水預處理所使用粉劑的變化,使混鐵車內熔渣中FeO、Fe2O3、CaF2和Na2O的含量提高,熔渣粘度下降,耐火材料向熔渣的溶解速度和熔渣向耐火材料的擴散速度也加快。
2.2鐵水預處理粉劑對熔渣化學性能的影響⑴熔渣對Al2O3-SiO2系耐火材料的侵蝕
一煉鋼使用的是CaO-CaC2系粉劑,粉劑的反應產物與耐火材料形成Al2O3-SiO2-CaO三元系。由Al2O3-SiO2-CaO三元系相平衡圖可知(見圖3所示),熔渣與耐火材料反應的產物是C3A、CAS2以及C2AS等,CS、CAS2和C2AS的最低共熔點是1265℃,SiO2、CAS2和CS的最低共熔點是1170℃。二煉鋼的粉劑配入了蘇打粉,粉劑噴入鐵水後,蘇打高溫分解產生的Na2O進入熔渣。系統內除了產生與Al2O3-SiO2-CaO系統相同的反應產物及低共熔物外,還產生Al2O3-SiO2-Na2O三元系統的反應產物及低共熔物。
圖3Al2O3-SiO2-CaO三元相圖
反應產生的熔渣一方面與耐火材料表面接觸,使其產生侵蝕磚,另一方面,在1400℃左右的高溫下,蘇打分解產生的Na2O蒸氣則會沿著混鐵車噴槍插入側進入頂部磚的氣孔內部,與磚中的Al2O3和SiO2反應。如前所述,反應產物也是一低熔點化合物。無論這些反應發生在磚體表面或者內部,在生成鈉長石、霞石等低熔點物相的同時,還伴隨有+10%左右的體積膨脹,使得磚體疏鬆,強度下降,引起結構剝落。而疏鬆的磚體使Na2O蒸氣更容易由表及裡地侵蝕耐火材料,從而使磚體的損毀速度加快。
(2)鐵水預處理粉劑對耐火材料中C的氧化
在高溫狀態下,粉劑中的鐵鱗(主要成分為FeO和Fe2O3)容易氧化耐火材料中的C。另外,在高溫狀態下Na2O亦是強氧化劑。圖4示出了個金屬氧化物的標準自由能與溫度的關係。由圖可知,①Na2O的活性(氧化性)遠比其它金屬氧化物高,隨溫度升高,其活性(氧化性)增大,且增大幅度比其它金屬氧化物大;②Na2O和C的化學反應是可逆反應(如式1所示),反應平衡點在1000℃左右。當溫度低於1000℃時,反應向左進行;而當溫度高於1000℃時,反應則向右進行。而鐵水預處理溫度在1300℃以上,此時,反應(1)向右進行,C被Na2O氧化。隨著C的不斷氧化,磚體變得疏鬆,這一方面促進了熔渣對磚體的侵蝕,另一方面由於磚體的強度下降,其在機械作用下的磨損和損壞也加快。
圖4氧化物的穩定性與溫度的關係圖
3、吹氧工藝
寶鋼三期正式開始實施鐵水預脫磷。脫磷不僅需要高鹼度渣,還需要氧化劑。因此,往往向混鐵車內噴入配有鐵鱗的粉劑或把鐵鱗和其它熔劑一起加入混鐵車內,同時吹氧,達到縮短脫磷時間和形成強氧化氣氛提高脫磷效果的目的。與一、二期相比,三期的脫硫和深脫硫比例提高,部分鐵水還需要脫矽處理,鐵水預處理時間延長,噴吹不活潑氣體的量也增加,鐵水溫度下降。從熱力學上來說,鐵水溫度低,越有利於脫磷。但從保證後道工序所需熱源的角度考慮,則希望預處理後的鐵水溫度仍較高。鐵水脫磷需要吹氧,吹氧使鐵水溫度升高,合理地平衡鐵水脫磷效果和冶煉所需熱源這兩個因素,才能取得最佳的綜合效果。寶鋼三期鐵水脫磷採用合適的混鐵車吹氧方式,達到了預期的效果。但是,混鐵車吹氧工藝的採用,加快了混鐵車內襯耐火材料的損壞。
另外,寶鋼三期投產後,雖然現在一煉鋼和二煉鋼的鐵水預處理方式不同,混鐵車也是一煉鋼和二煉鋼混用的,但對每一臺混鐵車來說,一煉鋼和二煉鋼使用的概率是相同的,因此、無論從平均水平來說,或者從每一臺混鐵車來說,混鐵車內襯耐火材料的使用壽命都是明顯下降的,混鐵車內襯用不燒ASC磚的使用壽命由單脫硫時的1300~1400爐下降至現在的800~900爐,其中下降最為嚴重的是插槍側頂部用酎火材料的壽命。