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钢包用镁铝碳滑板的研究与应用

1 背景
随着炼钢新工艺和连铸技术的推广,钢铁市场的竞争越来越激烈,很多钢厂开始生产高质量洁净钢、特种钢和合金钢,这就使滑板处在一个非常苛刻的使用环境中,尤其是对钢水进行钙处理时,对耐火材料的侵蚀加剧,严重影响滑板的使用寿命和效果。普通的Al2O3-C、Al2O3-ZrO2-C滑板熔损严重,耐用性下降,不能满足钢厂连续使用的要求。因此,在普通的碱性滑板上,需要研究提高其抗热震性、抗氧化性和高温强度,从而提高滑板的使用寿命。
2 滑板的损毁机理
钙的熔点(850℃)比铁的熔点低得多,在1 600℃左右的浇钢温度下有很高的蒸气压。钢水中挥发出来的钙蒸气在负压带形成活性CaO,加剧对滑板的熔损。普通铝碳滑板浇铸高钙钢时,孔径周围受到Ca、CaO严重侵蚀,上滑板表面形成特殊形式的熔损。从形状上看类似马蹄形,故称其为马蹄形熔损。如果浇钢时滑板长时间控流操作,会加剧钙侵蚀(图1)。
[Ca]反应机理如下:

生成的CaO继续与Al2O3反应生成12CaO·7Al2O3(熔点1 392℃)。
3 镁铝碳滑板的开发研究
3.1 滑板性能要求及原料选择
根据侵蚀机理,滑板应具有如下特性:
(1)减少能与CaO、FeO、MnO反应的成分,减少低熔点化合物的生成,增强其抗侵蚀性;
(2)减小气孔尺寸,使气孔微细化,降低CaO、FeO、Mn O、氧的渗透;
(3)降低碳含量,减少滑动工作面发生碳的氧化;
(4)具有高的耐磨损性能,以便多次使用,要求材料高温强度高;
(5)较高的抗热震性,减少滑板使用和生产中裂纹的产生。


根据以上滑板特性,选用晶体发育良好的优质电熔镁砂颗粒作为骨料,引入粒度相对小的尖晶石骨料作为主体原料,以缓解电熔镁砂热膨胀系数比较大的缺点;在基质中引入少量金属添加剂,适量炭素、低膨胀原料等,采用不同处理工艺,对比使用性能,开发高档碱性滑板。
利用镁砂和尖晶石原料的优异抗渣性和抗化学侵蚀性,根据市场的需求,结合本厂的生产工艺特性,开发高强度、低膨胀、高抗热震性能的滑板。我公司开发的镁铝碳滑板主要是针对钙处理钢,满足钢厂生产需求。
3.2 试验及指标对比分析
滑板所使用的主要原料化学成分、4种试样试验对比配方及各项指标对比分别列于表1、表2和表3。4种试样的抗折强度对比和线膨胀对比分别示于图2和图3。

根据上述各项指标检验分析结果可以得出如下结论:
(1)金属添加剂A增加,有利于滑板强度增加。
(2)金属添加剂B增加,可使烧后滑板产生裂纹,其原因是烧成过程中体积膨胀过大造成的。
(3)高温烧成后4种试样的滑板均产生不同程度的裂纹,而且体积膨胀大。
(4)4种试样的耐压强度和抗渣、抗氧化性差别不大。
(5)4#试样的抗折强度有明显优势,而且线膨胀相对低一些。


针对上述结论,决定选取4#试样滑板进行现场试验。
4 镁铝碳滑板现场使用情况
在国内某钢厂对4#试样镁铝碳滑板进行了对比使用,浇钢时间30~50 min,钢种主要是钙处理钢、高氧钢、高锰钢等。通过现场使用,基本可以满足钢厂连滑4次使用,部分滑板具备连滑5次使用。用后板面无掉块、剥落等现象,板面良好,无明显氧化和钙侵蚀,滑板扩孔5 mm左右。现场试验的镁铝碳滑板使用2次、3次和4次后的状况照片示于图4、图5和图6。

5 结论
(1)镁铝碳材料的抗折强度随组成中碳化硅含量的增加而提高。其原因是由于碳化硅是一种共价键很强的难熔非氧化物,原子间键能较大,与MgO相比具有较高的弹性模量和强度;碳化硅的加入有利于材料强度的提高;随碳化硅含量增加,热膨胀系数降低,虽然碳化硅的加入可使材料的弹性模量提高,但弹性模量增大的程度小于热膨胀系数减小的程度,因而整个效应是材料的抗热震性能得到提高。
(2)添加石墨比炭黑更易提高滑板强度、致密度和抗氧化性。
(3)适量添加金属添加剂B有利于提高滑板的抗热震性能。

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