[发明专利]一种用于炼钢电弧炉炉壁热点区的镁碳砖

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种用于炼钢电弧炉炉壁热点区的镁碳砖。

背景技术

随着世界钢铁生产的发展，电炉炼钢的比例不断提高，目前已占世界钢产量的30%左右，尤其以电炉-连铸-连轧为特点的电炉短流程工艺的确立，使电炉钢得到了很大发展，世界上近年来发展的新型电炉主要有超功率电炉、直流电流、双壳电炉等，随着炉外精炼工艺的发展，电炉做为初炼炉的功能更加突出，电炉-精炼炉的联合操作，使电炉的冶炼周期大大缩短，有生产节奏转炉化的趋势，生产节奏大大提高。

电炉可全部用废钢做为金属原料，可冶炼力学性能和化学成分要求严格的钢，如特殊工具钢、航空用钢和不锈钢等。

电炉按所有炉衬分为酸性和碱性两种。目前主要用碱性电炉，这种炉衬可以有效去除钢中的硫，这是其它炼钢方法所不能及的。特别是三相炼钢超高功率电炉冶炼，距离三相电炉弧光最近的炉壁耐火材料厚度太薄，无法继续冶炼，是多数炼钢电炉被迫停炉中修的主要原因。

一、电弧炉热源

点状热源和三相供电制是炉壁热点产生的根源。

1.点状热源，电弧光的辐射热是电弧炉炼钢的主要热源。弧光温度很高，普通功率电弧炉的电弧温度波动在4000~8000^°K之间。超高功率电炉的电弧温度波动在8000~10000^°K之间。由于弧光的热量很集中，同炉膛体积相比较，占体积很小。因此，常把电弧近似点当作点状热源来考察，也就是当作辐射热源点。

根据辐射传热定律，炉膛内任何一单位面积上所受到的点状热源的辐射功率与热源距离的平方成反比例，与点热源的辐射成正比例。当炉壁受热部位一定时，那么该部位单位面积上所得到的电弧辐射功率将随着输入炉内的电弧功率的增加而增大。该部位的表面温度越高。

炉壁的受热状态同所采用的电源相数有关。

单相电弧炉由于点状热源只有一个，电极布置在炉膛中央。因此，距离熔池水平面相同高度的炉膛任何一点同电弧中心的距离都相等，炉壁受热表面的温度相等，单相电弧炉的炉膛耐火材料在高温下损耗的就比较均匀。

然而，三相炼钢电弧炉的炉壁受热状态与单相炉截然不同。三相炼钢电弧炉三支电极的分布在直筒形炉膛中有三支电极组成三个点状热源，即1#、2#、3#。三支电极端面所对着的熔池表面形成了熔池的三个高温区。由于三支电极在圆形熔池表面上呈等边三角形布置，于是在炉膛上就出现了距离三相电弧最近的A、B、C三个点。把这三个点叫炉壁热点。热点所在的区域叫热点区。同样，把距离三相电弧最远的D、E、F三点叫炉壁冷点。冷点所在的区堿中叫冷点区。炉壁热点表面和冷点表面分别叫炉壁的热面和炉壁的冷面。

同炉壁冷面相比，炉壁热面表面温度高，温度上升快，温度的波动幅度大，耐火材料损耗得越快。因此，三相炼钢电炉的炉壁热点便成了维持炉壁处于良好运行状态的最薄弱部位。

三相炼钢电弧炉的炉壁任何一点单位面积上所得到的弧光辐射功率都是由三个点状热源提供的。

二、碱性炉壁的损耗过程

新炉投产后，随着冶炼炉数的增加，炉壁厚度逐步减薄。

1.新炉壁损耗过程

碱性炉壁由厚变薄的一般过程大致如下：

①炉壁受热表面软化

在强弧光辐射上，炉壁的热面温度较高。当炉壁温度达到和超过炉壁耐火材料的荷重软化点时，一般不小于1500℃在热面上就会出现一层半熔融状态的软化层。

②软化层变质

在一炉钢的冶炼过程中，软化层不断接受来自炉气、烟尘和熔渣等物质。其中既含有像SiO₂、P₂O₃等酸性氧化物，又含有FeO、Fe₂O₃等碱性氧化物。

传统的镁碳砖设计，以MgO为基体的普通电熔镁砂采用酚醛树脂做结合剂炉壁镁碳砖软化层一经同酸性氧化物接触，便发生了化学反应。结果，软化层变成了硅酸盐变质层。

与此同时，渣中的SiO₂，FeO等氧化物还生成了经由软化层向基体层扩散，渗透的现象。

渣中的FeO不仅能降低炉壁热面熔点，而且还对树脂结合的炉壁镁碳砖起着脱碳作用。其反应如下：（FeO）+C固=｛CO｝↑+Fe

脱碳结果，将使炉壁表面孔隙度增加，给熔渣的扩散和渗透作用创造了好的条件。