一f含碳耐火材料回转抗渣试验方法研究.pdf

会 谁 繇 叫 鹏 ：。：甥 一 f含碳耐火材料回转抗渣试验方法研究 奎 堑 童星 v 柳孝诚 -c O,?-7，4-(北京科技大学攀枝花钢铁研究院)摘 要 本文针对台碳面 奇 火材科回转抗渣试验中存在的问题，采用新型加热烧嘴，调节合适的氧气与乙 炔流量配 比和防氧化馀层，使炉内氧分压低于 0 0 0 5 MP a，避免了试样中碳的氧化在渣中加人适 量的氧化铁皮并控制反应时间在 5 8 rain内，能使渣中ZF e O、Mg O的浓度维持在与初始浓度接 近的范围内，以使反应条件要稳定地模拟实际所得结果与实际结果一致，但重现性有待进一步提 高 关键词：台碳面 火材料：回转抗渣；试验方法 I n m S t l g a t i o n o n Te s t M e t h o d f o r Ro t a r y Sl a g-Re s i s t a n c e ，、口 f Ca r b o n Co n t a i n i n g Re f r a c t o r i e s l l Li 7 n g z h o u Do n eLu r e n Li uXi a o c h e n g (B e 球n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Un i v e r s i t y，P a n chi h u a I r o n a n d S t e e l Re s e a r c h I n s t i t u t e)A b s t a c t I n t he r o t a r y s l a g-r e s l s t an c e t e s t f or c ar b on c o nt a i n i ng r e f r a c t o r i e s，t he o x i d a t i on o f C i n t h e s pe c i men s wa s p r e v e n t e d a s a r e s u l t of u s i ng ne、t y pe b ur ne r s，c ont r o l l ing t he r a t i o of 0 2 C2 H2 a n d a d d i n g a l l a n t i-o x i d a t i o n c o a t i n g B y a d d i n g s o me r o l l s c a l e a n d c o n t r o l l i n g t h e r e a r-t i o n t i m c wi t h i n 5 8mi n ut e s，t h e e G r t c n t of EFe O、M g O i n t he a I a g c ou t d b e mai n t a i n e d i u t h e r a ng e n e a r th e i n i tia l v a l u e s o t h a t t he r e a c t i o n l g r oe e s s s i mu l at e d t he a c t ua l p r o c e s s mor e s t a b l y Th e t e s t r e s ul t s a g r e e d wi t h t h e a c t u a l r es u l t s q ui t e we l l bu t t he r c pr o du c t i v i t y of t he f 0 mc r s hou l d b e i m pr o v e d Key wo r d s：c a r bo n-c ont a i ni n g r e f r a c t o rie s；r ot ar y s l a g-r e s i s t a nc e；t e s t me t ho d 一 前言 实验 室检 验耐火 材料 的抗 渣性 是评价 面 火材料性能好坏的重要手段，其主要的方 法有热力学 方法、动力学方法 两大娄 1 1 但无论热力学方法还是动力学方法，其试 验条 件都 与生 产实 际条 件相差甚远，所 得 试验结果都很难预测耐火材料的实际使用 寿命 因此，最 近出现 了进一步 模拟 生产 实 际 的实 用性方 法，最常用 的就 是 回转抗 渣试 验法 回转 抗渣 试验法 的优 点在于：(a)模 拟性强；(b)可 以调整反应渣中化合物含 一5 6一 量(c)在 相 同 条 件 下试 验，比较 性 强；(d)在一定程度上体现了剥落等其它因素 的影 响因而，美国、英 国 等均 把囤转 抗 渣试 验 法定为检 验耐火 材辩 抗渣性 的标 准方法但该法在检验含碳耐火材料 时 在炉内气氛控制，炉渣成份控制等方面仍 存在问题 日本 的石桥种三l4 J，远滕勇 1、启坂本 等在某 些方面进行了研究，取得 了一定进展本工作就这些问题进行 了进 一步研 究 维普资讯 http:/ 硅酸盐通报1 9 9 2年第 1 期 二、试验和 结果分析 I 试验装置聂条件 回转抗 渣试 验 炉如图 1 所示，图 2是 试样在炉内的砌筑形式保温层用硅酸铝 纤 维充 填 加 热用 的氧一 乙炔 烧嘴 与炉子 回转轴 同 心，测 温热 电偶从 出渣 口插入 炉子由电机带动作回转运动转速为 5 转 分 钟 牟 匿 1 回 转试 验 炉 图 2 炉 内试样 礴筑 匿 表 1 各类烧嘴型趣特性 2 舍碳耐火材料回转抗渣 试验中存在的问题厦其解决的方法 2 1 炉内气氛控制 根据碳一 氧反应 热力学 可知，从 6 0 0 7 0 0 起，碳就要与氧发生反应，直至消 耗殆尽因此，避免试 验炉内燃烧后的气 _唪中的氧与试样中的碳发生氧化反应是十 分重要的 为此，我们从烧嘴型式 氧气 与乙炔流量配比防氧化涂层三个方面进 行 了研究 2 1 1加热 烧嘴的开发 用 于本试验 的加热烧嘴须满足：(a)安全可靠(b)供热充足：(c)炉气中氧 分压低 试 验 中分别 采 用 了预混合 式、直 流 式、旋流式三种烧嘴试验得到各类烧嘴 的特性见表 1 从表 1 中可 以看 出，三种类型的烧嘴 中，只有旋流式烧嘴既安全可靠，叉供热充 足，而且 炉气 中氧分压低(可以控制在 P n 0 0 5 MP a)，能满 足本试 验的要 求因 此，在试验中选用旋流式烧嘴是合理的 2 1 2 氧气与乙炔流量配比与炉内氧分 压的关 系 当卷入 炉内的空气量一定的条件下，旋流 烧 嘴在不 同氧 气与 乙炔 流量 的配 比 r 时，测定 了燃烧后炉 内气体 中的氧分压，测 定 结 果 如 图 3，由 图3可 以 看 出，一5 7 维普资讯 http:/ 硅酸盐通报1 9 9 2年第 1 期 图 3 氧 气 与 乙炔流量 之 比与 炉气 中氧 分 压的宴际值的美系 当 1 0时，氧分 压 P O 0 0 5 MP a 并 且，在 该 比 值 范 尉 时，P c o=0 0 3 5 0 6 4 7 MP a，P=0 0 t 5 0 0 2 5 MP a，与 转炉炼钢 时的炉内气氛接近因此控制 氧气与乙炔的流量拢 r 1 0比较合适 2 1 3防氧化涂层的保护作用 除选用适 当的烧嘴和控制氧气与乙炔 的流量配 比之外，为进一步防止升温过程 中试样 中碳的氧化在工作层上涂一层厚 度 约 1 2 ram 的防氧化涂 层 以 3 5小 时 加热升温至 1 7 0 0 13，缓慢冷却下来的试样 切开 后 几 乎束发 现 明显 的脱碳层，而未 涂氧化层 的试样经上述过程后，表面有约 l mm 的脱碳层因此，采用防氧化涂层是 十分有益 的 2 2反 应 渣 中 E Fe O、Mg O 浓度 的 控 制 含碳耐火材料回转抗渣试验中，碳不 断消耗渣 中 E F e O，使其浓度越来越低，尤其是回转抗渣试验中，反应界面大，而 加人 的渣量又有 限，反应中 E F e O浓度迅 速降低不仅使炉渣变得越来越粘直至 不能流动粘附在炉壁上，而且脱碳速度 变慢侵蚀速度受到影响，其结果难以反 应实际这已为我们 的实验所证实与此 一5 S一 同时耐火材料在渣中的溶解速率又受到 Mg O在渣中的浓度所影响，当 Mg O浓度 超过该渣的饱和溶解度一定程度对，溶解 速率显著 降低 渣也 同样 变粘不能流 动 因此，维持渣中 E F e O的浓度在所需要的 范围内是模拟实际侵蚀过程的关键条件 为此，采 取 了三种 办 法来 控制渣 中 E F e O、Mg O浓度使侵蚀过程中炉渣各 组 元 浓度 与 初始 浓度 接 近 达 到试验 结果 真实反映实际的目的 2 2 1 试 样 的焦化处理 试验表明：未焦化处理的试样与渣接 触时，大量挥发份溢 出，渣迅速发泡，渣 中 E F e O也迅速降低，反应难以控制若 在试 验 前 将 试 样 在 1 0 0 0 1 3焦 化处 理 3小 时，去 除试 样 中 的挥 发份，则 试样 在整个 反应过程中都能保证反应平稳地进行 2 2 2反 应 中添 加 氧 化 铁 皮 调 整渣 中 EF e O 浓度 根 据试 验 所用 炉渣 E Fe O 浓度 和 反应 过程 E F e O的浓度 的变化情况，为使渣中 E F e O 的浓 度保持 稳 定，在渣 的反 应 中 期 加人 适 量 的氧化 铁皮 补充 已消耗 掉 的 E F c O图 4是每次渣反应 中期加 1 0 氧化铁皮反应 5分钟后渣 中 E F e O的浓 度，试验所 用炉渣 铁皮和 砖样 的理 化性 能 如表 2,3 从图 4 可以看出渣反应 5 分钟后 的 F e O浓度与渣的原始浓度 比较接近 谴祥岩号 一 圈 4 每 人渣反 应后 的 F c O浓度 维普资讯 http:/ 硅酸盐通报1 9 9 2年第 1 期 f t 学戚世(钧理性能 砖 种 体密 显气孔事 j j 温耐压强 温抗折强 Mg O C 4 O S i O 2 挥发份 固定 c (窖 c m)()度(MP I)度(M)C -1 I S 1-4 1 1 3 4 2 1 7 3 5 6、l 0 5 I 2 9 6 4 l 2 0 7 1 0 9 M C -1 3 7 2 S 3 1 I 2 2 o 5 2 8 9 1 0 0 7 2 9 6 4 J 2 2 0 9 S M C B 0 3 7 6 3 3 2 5 8 1 9 I 2 5 9 1 3 7 0 2 8 6 4 I 2 0 6 9 8 MC B-0 5 7 8 6 2 4 7 l 9 l 3 1 8 l I 8 2 g 7 2 l 2 1 9 l 3 I M0 C 0 8 6 5 2 0 I 3 5 7 1 5 3 5 l 3 6 0 2 S 2 2 l”5 I 1 5 MC(9 6 5 S 5 1 4 5 8 1 2 宕 6 7 5 I 1 0 9 2 S 7 2 l I 5 0 8 j _1 4 0 0 炉渣 C 4 O s i 02 F e O F c i O，Mg O M 0 A I 2 0，CS 熔点 拍 l#渣 5 3 0 7 S 5 0 2 2 0 9 7 9 S ：2 5 1 1 I 1 3 6 l 8 3 62 4 1 3 40 l 0 2 皇 2 4 9 4 3 2 7 0 1 0 3 2 4 9 2 2 7 O 6 9 4 3 1 4 0 7 6 1 3 0 6 l 25 辑化铁皮 5 7 5 l 3 6 3 9 2 2 3控制每次反应 渣的反应 时问 试验所加入的渣随反应的进行渣中 Mg O浓度逐渐增加，当超过其饱和溶解 度一定 量 时 应即时倒 出，更换新渣 以 免影 响试 验效 果 图 5是每 次加 5 0 0 g渣 反应 5分 钟 后渣 中的 Mg O 浓度，由图可 知，即使只反应 5分钟，渣 中的 Mg O浓 度就已远远超过了其饱和溶解度了，因此 必须 换新渣 但 考虑 到频繁 挠渣，操 作困 难，一 般 5 0 0 g渣可 反 应 时间控 制在 5 8 分钟 为宜 0 蔗 替集号 圈5 每扶反应的渣反应后的 Mg O酿度 2 3抗渣性 的评价方 法 对试样的抗渣性能。可 以根据试样反 应前后的情况从 以下两方面进行评价 2 3 1侵蚀 指数 比较 国内外对侵蚀指数的定义各不相同，我 们定义为：单位侵蚀指数=某一侵蚀速 度值侵蚀速度 则是指单位时间内试样被 侵蚀 的厚度(ramml n)据各种砖 的侵 蚀指数大小，则可判断其抗渣性能 2 3 2矿物相分析 将侵蚀试验后的残砖进行岩相、电子 探针分 析即可分辩出各种矿物组成根 据矿物组成的性质。定性她推断砖的抗渣 性 3 镁碳砖、镁白云碳砖 的回转抗渣试 验 3 】试 验条 件及 方法 采 用上述 试 验方 法在 1 7 0 0 1 2的温度 下对 攀 钢 1 2 0 t L D 转炉 的炉 材料镁碳砖 MC A、MC B，镁 白云碳砖 MCC进行 了 回转抗 渣 试验 试 验所 用砖样 的理 化性能 如表 2 所 用 l 渣(攀 钢转炉蓥 渣)、2 渣(转炉初渣)的化学成份、熔点、粘度 以及 氧化铁皮的主要化学成份如表 3 一5 9 维普资讯 http:/ 基 巷 硅艘盐通报1 9 9 2 年第 l 期 3 2试 验结果 将试验结果取 9 5 J 置信度进行统计 推断后 得 出侵蚀指数 如图 6 所 示其 中：单 位 侵 蚀 指 数 一 侵 蚀 速 度 为 0 0 0 2 mm mi n 图6 镁碳砖 C A MC B、镁 白云石碳砖 MC C在 l 渣、2#渣中的侵蚀指数 从图 6可 以看 出与 1 渣 接触 时 MC A的侵蚀 指数远远小于另两种砖。而 MC B与 MC C的侵蚀指数相近与 2 渣 接 触 时，MC A 的 侵 蚀 指 数 仍 远 小 于 MC B、MC C，MC B的侵蚀指数比 MC C 稍少 从上述结果看，MC A无论是抵抗 l 渣的侵蚀能力还是抵抗 2#渣的侵蚀能力均 比另两 种砖要 强得 多 MCB MCC抵抗 两种渣的侵蚀 的能力大体处于同一水平之 上，或者可以认为 MC B稍强 从岩相观察 中可 知：MC A骨 料中方 镁石 晶粒 较 MC B的大，直接结合率高 由于 M C B 晶 界 较多，聚 集 了 较 多 的 杂 质，炉 渣 易 于 从 此 渗 透(如 图 7)MC B、MC C的基质与骨料问的包裹也较 一6 0一 差。抗氧化性相对较差 MC A与 MC B、MCC相 比，最 明显 的是骨料粒度小(临界直径 5 8 ram)，而 MC B、MC C的骨料粒度都很大(临界直 径 l 0 1 5 ram)据报道n 】骨料粒度对古 碳砖的抗氧化性具有重要 的影响。粒度大 易 氧化。且脱碳后 的炉 渣侵入通 道尺寸 大，加 剧了侵蚀 过程 本 试验中也发现，粒度大 的试样脱碳后形成 的气孔大且相 互联通(如图 8)，侵蚀过程中还造成大片 剥落 图 B MC B脱碳层反光 x1 0 0 A：方镁石B：气孔 上述岩相分析同样也说 明了 MC A 的 抗渣性要 比 MC B MC C好，而 MC B、MC C 由于骨料临界直 径大、与基质 问包 裹差等，使其抗渣能力比较接近 4 试验结果的实用性和置现性分析 维普资讯 http:/ 硅胜盐通报1 9 9 2年第 1 期 4 1 实用性分析 回转抗渣试验得到的结果是 MC A的 抗渣性最好。MCB、MC C接近三种砖 在攀钢 1 2 0 t L D 转炉上作为炉衬材料的实 际使 用结 果 是：MC A为 8 3 8 8 8 3炉，M CB为 6 0 7炉。MCC 为 6 4 5-7 0 4炉 可见。试验结果与实际使用结果的趋势是 一致 的 4 2重现 性分 析 表 4列出了三种砖试验结果的变异系 数 砖种 1 涟侵蚀 罐 的 c v 2#跨授蚀指敛的 c v M CA O 4 4 o 3 7 M CB 0 1 2 0 27 M CC O 3 0 2 1 从表 4可以看出，试验结果的变异性 较大。邱重 现性 较差，有 待于进 一步稳定 试验条件和合理取样。从而提高试验结果 的重 现性 尽管如此，该方法仍不失为评价含碳 耐火材料抗渣性的一种好方法 三、结论 1 使用旋漉娆 嘴并 诃节氧气与乙炔的 流 量 配 比 在 1 0左 右 可 以 安 全迅 速 升 温 保证炉 内氧分压低于 0 0 0 5 Mp a。再 加防氧化涂层能有效地防止舍碳耐火材 料试样在回转抗渣试验中碳不被氧化 2 对试样进行焦化处理。适 当时候配 加一定量氧化铁皮以及控制反应时间，能 使渣 中 三 F c 0、Mg o 浓度稳定在与初始 浓度接近的范国内。并使侵蚀条件与实际 接近 3 通过对镁碳砖、镁白云石碳砖的抗 渣性试 验表明。结果 与实 际具有相 同趋 势但重现性有待进步提高 参考文献【1 l R C r e s c e a t c t B L Re f h啦o r i T t i a g：T h e U*e f v l n m o f The Ro u t r y s 1 B g c Te 4 mPr o e e e d i n g o f theI n t e r卵mp 曲皿 O nAd v a l Re 丹毫 c t o 啊 f o r t heMe l a l r|i c I l I n dmt r i 曲，1 9 8 7 2】美国标准 ANS I A S TM C 8 7 4-7 7，l f 火材 转抗菠蚀法【3】荚 国标准 B S 1 9 0 2-5 1 3 耐火材料抗涟炉侵 蚀的覆 f 定法 4】石桥种三，耐火静 1 9 8 3，(1 2】：3-4 I 5 l 蟊 脒勇，薯 f 火 钧。1 9 8 5(6)：4 5-4 7 6】启坂本茸外耐火材料，1 9 9 0，(9)：监 I 7】山口明良耐火 物，1 9 8&(7)：3 8 嘲 南窘 旺 夫，耐火静，1 9 她(1 1)：2 9-3 1 I 9】董履仁辱锕性。1 9 8 9(3)：5 O 一6l一 维普资讯 http:/