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中国钢研科技集团有限公司特种陶瓷与耐火材料市重点实验室１０００８１摘要以棕刚玉、白刚玉、板状刚玉、镁砂为主要原料，通过合理颗粒级配，加入适量的促烧剂，研 制出抗性能优良的中频炉用干式捣打料．在某厂８ ｔ中频炉上使用发现，炉衬中烧结层、过渡层与 未烧结层的厚度分配合理，使用后没有产生明显裂纹，寿命达到并超过现有几种材料． 关奠词中频炉，工作衬，捣打料，颗粒级配，促烧剂 随着经济的发展，中频炉冶炼已经越来越普遍，其已成为铸造行业、不锈钢冶炼行业以及特种 合金冶炼的主要冶炼设备之一。中频炉炉衬质量的好坏直接决定其使用寿命以及生产效率的高低。 中频炉冶炼相比其它冶炼工艺具有流程短，生产调节方便的特性，但是中频炉结构复杂，线圈通水 冷却，对中频炉捣打料质量要求较高。如果干式捣打料质量不好，极易出现漏钢、爆炸等安全事故。随 着短流程炼钢以及不锈钢冶炼的快速发展，对高质量的中频炉干式捣打料需求量越来越大。 刚玉具有熔点高，热膨胀系数小，热态体积稳定性好，且具有优良的耐蚀性。由于刚玉在高温下与 镁砂反应生成尖晶石，产生体积膨胀，从而可有效刚玉基炉衬的龟裂。铝镁质捣打料以电熔刚玉为 主要原料，加入适量镁砂和添加剂。使用刚玉．氧化镁质捣打料作炉衬材料，受炉衬热面龟裂明显得到 控制，微裂纹明显减少。目前，铝镁质捣打料逐渐成为中频炉炼钢的首选炉衬材料。 １试验 １．１原料 以电熔棕刚玉、白刚玉、板状刚玉、镁砂为颗粒料，镁砂细粉、刚玉细粉为粉体，添加高温复合促 烧剂，硼酸作为外加剂，通过调节颗粒级配，将各原料混合均匀。将硬纸卷成巾６０ ｎｕｎｘ８０蛐的纸筒， 放入内径为巾８４ ｒａｍｘ８７ ＩＩｌＩＩｌ的刚玉坩埚内，纸筒与坩埚之间填满ｌ加．５ ｍｍ的白刚玉细颗粒。将混合均匀 的干式料倒入纸筒内，捣打密实，制成巾６０ ｍｉｎｘ６０ ｍｉｌｌ干式捣打料试样。各原料的化学组成如表ｌ所示。 表ｌ试验原料化学组成（ｗ） 盟璺２Ｑ电熔棕刚玉 ９５．５ ０．３０ １．２ ２－５ 电熔白刚玉 ９９．０ ０．１５ ０．２ ０．３ 板状刚玉 ９９．５ ０．０５ ０．２ ０．３ 电熔镁砂 ９ｒ７．３ ０．８０ １．５ １．５ １．２试验方法 本试验测量干式捣打料堆积密度的方法为：制作一个ｔｐ８０ ｍｉｎｘ８０衄标准钢桶以及一个内径为Ｑ８０ ｎｕｎｘ３０ ｌｌｌｍ的钢圈，可以在上方套住‘ｐ８０ ｍｉｎｘ８０ ｍｒｎ标准钢桶，如图ｌ所示。将混合均匀的干式捣打 料放入钢桶内，在振动台上震动ｌ ｍｉｌｌ后，移去钢圈，刮平表面，测定捣打料堆积重量，根据公式ｌ计 算干式捣打料的堆积密度。 ４３０其中，ｐ为干式捣打料的堆积密度（ｇ．ｃｍ。３），ｍ为钢桶内捣打料质量（ｇ），ｙ为钢桶体积（ｃｍ３）。 图１干式捣打堆积密度测定模具 将坩埚内捣打密实的干式料，分别在１０００３ ｈ，１２００３ ｈ，１３５０３ ｈ，１６００３ ｈ条件下热 处理，对１６００３ ｈ烧后试样的直径线变化率、高度线变化率、体积密度以及耐压强度进行检测 现场使用后的干式捣打料残衬进行显微结构观察。２．试验结果与讨论 ２．Ｉ颗粒级配对干式捣打料性能的影响 合理的颗粒级配使干式捣打料施工后致密度高，烧结时体积变化小，强度高，抗热震性好，不易产 生裂纹。合理的颗粒级配可以提高捣打料的抗热震性能以及抗化学性能，捣打料粒度配比也关系到 施工后中频炉工作衬的烧结质量。 干式捣打料的颗粒级配与最大堆积原理一致，根据不同尺寸颗粒堆积排列达到最高致密度 的Ｄｉｎｇｅｒ的模型： ｃＮＰＦ＝—ｄｃ一口， 其中，ｄｆ是粉体中最小的颗粒尺寸，ｄｃ是最大的颗粒尺寸，ｄ为菜颗粒尺寸，ＣＮＰＦ是小于该尺寸的颗粒的累积百分数。Ｄｉｎｇｅｒ的模型说明了如果粉体颗粒的尺寸分布符合该条件，则可以达到最大的堆积密 度，并给出了能够达到最大堆积密度的ｎ值为Ｏ．３７。 图２为ｄｃ为６ｍｍ，ｄｆ为０的Ｄｉｎｇｅｒ的模型粒度分布曲线图。 一牧牧童Ｉｍｍ ｏ．１ｏ．２ ０３ ４３１以Ｄｉｎｇｅｒ理论分布为依据，对颗粒级配做微调整．配制干式捣打料，具体配比如表２所示。各组 配比制备的干式捣打料堆积密度如图３所示。经１６００＂Ｃ３ ｈ烧后试样的各项性能如图４一图８所示。 表２试验配比（ｗ）％ —ｉ丽扫ｉ百刚玉６－１ｍｍ ４２ ４２ ４２ ４２ ４２ ４２ ４２ ４２ 白刚玉ｌ－（１１ｍｉｌｌ １Ｉ １２ １３１４ １５ １６ １７ １７ 板状刚１－０ｌｍｍ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １７ ｒａｍ１２ ８６４２００电熔镁砂＜０１０ｍｍ０２４６８１０ １２ ０刚玉细粉＜００７４ｍｍ ２２ ５２０ ５１８ ５１６．５ １４ ５１２ ５１０ ５２２ ５复合高温促烧剂＜０００５ ｒｎｌａ １５ｌ５１．５ １．５ １５Ｉ５ｌ５】５ Ｈ、ＢＯ，（外加）＜０１０ｍｍ ０３０．３ ０．３ ０．３ ０．３ ０３０．３ ０．３ ｛ｉ岫ｌｌ～ 图３试样的堆积密度 图４试样的直径线试样的高度线试样的耐压强度 试验结粜表明：试样１号一８号振动堆积密度为２ ８９ ｃｍ ３左右，差别不太。经过１０００３ 试样都没有脱模强度，说明在１０００时试样不会烧结。再试样经过１２００３ｈ后有一点脱模强度，８ 号儿乎没有强度，在１２００时试样会产生少量的烧结，但烧结强度很低。各试样经过１３５０３ 具有一定的烧结强度，８号强度最低，其余试样强度基本按照１—７组试样的强度在增加，说明在１３５０。Ｃ时试样己经产生了部分烧结。烧结强度随着镁砂细粉含量的增加而增大，试样只是部分烧结。经１６００＇Ｃ ３ｈ烧后，没有添加镁砂的８号试样体崭最大，材料的线变化展小，烧结强度较低，可以看出镁砂对ｒ 捣打料的烧结强度贞献较大。干式捣打料中，增加粗颗粒添加量可以提高试样抗热震性，但是粗颗粒添 加比例过高会降低试样的烧结性能和烧后强度。细颗粒可试样经高温烧结后内部气孔较少且尺寸较 小，使试样具有良好的致密性，但是细颗粒添加比例过商会使试样烧后产生较大裂纹，试样收缩率过大 会降低抗热震性棕刚玉的原材料，。综合异配比情况，第４ １：ｆｉ配办综台性能较好。 ２２复合高温促烧剂对干式捣打料性能的影响 改变复台高温促烧剂的加入量，其他配比币变，其体配比如表３所示。对试样Ａ～Ｆ经１ ３５０３ ｈ烧结后试样冉经１６００３ ｈ烧后性能检测，试验结果如图９ 图１３所示。 在通常情Ｉ兑下，镁锅尖品石开始形成温度为１４００，到１５００时才大帚形成。而要形成尖晶以删 １６００。通过试验可以看出，加入适晤硼艘后．在１３５０时已柏尖品Ｔ】形成，硎酸可以在较低温度卜促进尖品打形成，１６００镬砂细粉已完成＾部分尖品石的转变，，｝：充分发疗．形成 网络包围着刚玉颗粒，从Ｉｍ提高了炉村的耐压强度。 表３试验配比（ｗ）％ ｉｉ《一图９试样的直径线试样的高度线试样的耐压强度Ｃ组试样的中、高温强度较高，线变化率比较合理，该配比试样在１０００以下为粉状，１２００下 稍微有点强度，在１３５０下材料有一定的强度，在１６００下有较高的烧结强度，可以满足中频炉捣打 料各方面要求，接触钢水部位有较高的强度，达到了致密烧结。在使用过程中．与钢水或渣接触的＿Ｉ：＝作 面材料中的镁砂细小颗粒可以持续和基质中氧化铝细粉反应生成尖晶石，可以改善材料的抗钢水或渣的 渗透，同时可以抵消材料在烧结时的收缩，减少材料饶结层与半烧结层之间的结构应力．增强材料的抗 剥落性能。｜Ｉ！＝Ｉ此，选扦Ｃ组配比作为工业现场试验＿［｛ｊ料的叫比３现场使用情况 ３１千式捣打料现场施工 按照Ｃ纽试样的配比生产出一批干式捣打科前某厂８ ｔ中频炉上试用。干式捣打料筑炉施工是一项 精细的丁作，仅有好的炉料，如果筑炉施工不好也ｔ：｜Ｉ＝能达到高的使用寿命，现场施工工艺如下： （１）打结炉衬前中频炉废旧白刚玉干式捣打料，茸先将绝缘层破损部位修补平整，然后在炉子线圈绝缘层内铺设一层石棉布。 （２）打结炉底；先同定好炉底透气塞透气装置，冉以透气砖为中心放置适当赢径的圆筒，圆筒内 放入透气炉底捣打料，捣打致密，圆筒周围填入普通捣打料。炉底分多次填砂，一般填砂厚度不大于１００ ｍｍ次一，打结时注意施工后各处密度均匀，预防烧结后炉村密度差别较大引起开裂。 （３）打结炉壁：炉壁承受着高温钢液静压力、冲刷力、内外温差应力以及钢液的渗透与作用 等，打结炉壁时特别要注意料的密度均匀．避免引起分层。炉底打结达到所需高度时刮平，放入钢 制型模，对准中心后固定型心开始打结炉壁。调整周边间隙相等后用三个木楔卡紧，中间吊重物压上． 避免炉擘打结模具产生位移。要求炉壁捣打时每次填料不超过１２ ｃｍ，每一层打结要求均匀、致密，每 层打结完后炉料表面耍刮毛，使打结后的炉衬不会产生明显的分层，这样烧结后才可能得到优良的工作 面。打结密实后的炉底与炉壁如图１４所示。 图１４打结密实的中频炉妒底与妒壁 （４）烘烤与烧结：炉衬打结完成后在制横ｊ｝内加入废铡以增强圈加热作用，铡模具留在炉内， 化钢时吲废钢一间熔化。第一次使用在加热时，控制升温速度，防止炉衬在烧结时产生裂纹。通过低功 率送电产生较为平稳的电磁力，使炉村上下受热均匀。从室温至１６３０共烘烤了１０ ｈ，烘烤良好，钢水 液面已经达到正常工作液面。１６３０—１７１０升温１ ｈ，１７００左右保温ｌ ｈ，冶炼期间最高温度超过１７３０＂Ｃ， 出钢后观察炉衬。使用后的炉村表面光滑，烧结良好。 根据该厂的生产安排．从２０１１年１２）１２９日至２０１２年２月６１３使用试验，白班生产．晚上停炉，每天生 产３炉左右，春节放假１０天，随后使用７０炉后乜｜：｜设备故障检修，捣打料的使用寿命已达到该厂历史上摄 好们使用炉次。接着使用捣打料的使用效果仍然很好，完仝满足了工厂生产的要求。 ３．２使用后结果分析 （１）据拆炉后观察，未烧结层、半烧结层、烧结层界限分明．未烧结层有３—５ ｃｍ厚，炉衬总体强 度很好．炉衬表面比较光滑，在使用中形成尖晶石产生的膨胀与烧结产生的收缩相匹配．炉壁几乎没有 从底郎长起，拟毁也比较均匀，拆炉时没有发现炉村有Ｉ蝴显的裂纹。拆炉后，炉壁捣打料如图１５所示。 ４３５（２）使用后拆下的炉壁与钢水接触部位已经完全烧结，体积密度为３ ０３９ ｃｍ ３，显气孔率为１７ ７％ 材料在高温下烧结以及炉壁受到的钢水静压力对材料的致密化都产生了积极的作用。 （３）通过对残衬的显微结构分析，如图１６所示，捣打料与渣接触面生成大量尖晶石，降低了材料 的气孔率，从而提高了材料得机渣性能，同时尖品石的生成还可以提高材料的抗热震性能。 ４结论 图１６渣线部位残村的显微结构照片（１）通过加入适量的镁砂提式捣打料的高温烧结和使用性能；通过添加促烧结剂改善炉村的 烧结情况，通过合理颗粒级配提高捣打料的致密度，成功开发出一种新型中频炉捣打料配料。 （２）捣打料中促烧结剂的加入量应适量，在捣打料使用时产生足够的强度同时，又不能显著 降低材料的高温性能。 （３）通过选择适宜的骨料、颗粒级配以及促烧结剂配制的捣打料在８ｔ中频炉使用时，烧结层、半 烧结层、未烧结层的厚度合理，没有明显的裂纹产生，使用寿命长，完全满足了生产需要。