RH真空脫氣爐最初只是作為脫氣裝置，當(dāng)時(shí)的耐火材料內(nèi)襯主要采用粘土磚高鋁磚?，F(xiàn)在，RH爐功能已經(jīng)擴(kuò)展了到了吹氧和噴粉，內(nèi)襯耐火材料的適用條件變得更為苛刻，因此選用高級耐火材料。特別是隨著高級特種鋼的產(chǎn)量增加，正在大力推廣增大環(huán)流量，大量吹入氣體的方法，以進(jìn)行超低碳鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)和高速處理。加大環(huán)流量使耐火材料內(nèi)襯磨損增加；增加冷風(fēng)吹入量造成了高溫剝落；鋼包熔渣吸入量增加又加大了結(jié)構(gòu)剝落和侵蝕，所有這些因素都將導(dǎo)致內(nèi)襯材料的損毀加劇。因此，現(xiàn)在的RH/RH-OB內(nèi)襯以直接結(jié)合鎂鉻磚為主流，而在RH/RH-OB內(nèi)襯吹氧口周圍使用半結(jié)合或再結(jié)合鎂鉻磚，一部分使用鎂碳磚。
    用于RH裝置頂部和上部槽內(nèi)的耐火材料，由于不與鋼水和熔渣直接接觸，與下部相比一般損毀都較少。中間部分由于接觸鋼水和熔渣侵蝕或者由于高溫剝落，使耐火內(nèi)襯遭到損毀。下部槽包括浸漬管的耐火內(nèi)襯是RH裝置的高腐蝕區(qū)，它往往決定著RH爐的使用壽命，因此下部槽的內(nèi)襯應(yīng)選用高溫?zé)芍苯咏Y(jié)合鎂鉻磚。爐身下部損傷最嚴(yán)重的部位是環(huán)流管，因?yàn)橐r里的結(jié)構(gòu)限制了它的厚度，而且復(fù)雜形狀的耐火制品還需經(jīng)兩次加熱，所以沒有一種耐火材料有足夠的使用壽命。此外，在RH-OB爐中，OB對耐火材料的使用也有重要的影響，在采用上部噴槍法時(shí)，耐材受到吹入的氧氣與鋼水中鐵元素生成的氧化物及高溫反應(yīng)氣體侵蝕，尤其是生成氧化物會迅速地侵蝕耐火材料工作面，因此需選用Cr2O3含量高的MgO-Cr2O3磚才會有較高的使用壽命，而暴露在高溫氣體下部選用Cr2O3含量低的MgO-Cr2O3磚會有較好綜合使用性能。
    1．RH爐用鎂鉻磚
    高溫?zé)傻逆V鉻磚系耐火材料(如直接結(jié)合、再結(jié)合、半再結(jié)合鎂鉻磚)由于具有抗低堿度渣蝕能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精煉爐襯上。鎂鉻系磚有許多不同的品種，磚的生產(chǎn)工藝、組織結(jié)構(gòu)、性能差異也很大。鎂鉻系磚按按Cr2O3含量可分為鎂鉻磚(Cr2O3含量為5~20%)、鉻鎂磚(Cr2O3含量為20~35%)和鉻磚(Cr2O3含量為大于35%)，按生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和熔鑄磚等。
    由于鎂鉻磚的品種非常繁多，有文獻(xiàn)對其進(jìn)行了歸類總結(jié)：
    (1)硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚(普通燒成鎂鉻磚)。這種磚是由雜質(zhì)(SiO2與CaO)含量較高的普鉻礦與制磚鎂砂制做成，燒成溫度在1550℃左右。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：耐火物晶粒之間是由硅酸鹽結(jié)合的，顯氣孔率較高，抗?fàn)t渣侵蝕性較差，高溫體積穩(wěn)定性差。
    (2)預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚。將鎂砂(輕燒鎂粉)與鉻礦共磨壓坯在窯內(nèi)燒成，用合成的鎂鉻砂作為原料再制磚，形成“預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚”。預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚屬硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的改進(jìn)型。
    (3)直接結(jié)合鎂鉻磚。直接結(jié)合鎂鉻耐火材料是由雜質(zhì)含量低的鉻精礦與較純鎂砂制作，燒成溫度在1700℃以上。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：耐火物晶粒之間多呈直接接觸，磚中方鎂石(固溶體)-方鎂石(固溶體)與方鎂石(固溶體)-尖晶石(固溶體)的直接結(jié)合程度高，因此其高溫性能、抗?fàn)t渣侵蝕性好，高溫體積穩(wěn)定性都較普通鎂鉻磚好。
    (4)熔粒再結(jié)合鎂鉻磚(電溶再結(jié)合鎂鉻)。用電熔方法使鎂砂與鉻礦(輕燒鎂粉或菱鎂石與鉻礦)充分均勻地反應(yīng)，合成結(jié)構(gòu)更理想的方鎂石固溶體和尖晶石固溶體鎂鉻原料，再結(jié)合鎂鉻磚就是用此原料制磚稱為熔粒再結(jié)合鎂鉻磚。由于制磚原料較純，都需要在1750℃以上高溫或超高溫下燒成。其顯微結(jié)構(gòu)特征是尖晶石等組元分布均勻、氣孔率低、耐火物晶粒之間為直接接觸、耐壓強(qiáng)度高、抗侵蝕性好、高溫強(qiáng)度高等，但缺點(diǎn)是熱震穩(wěn)定性較差。
    (5)半再結(jié)合鎂鉻磚。以人工合成原料做顆粒，以鉻精礦與鎂砂為細(xì)粉的鎂鉻磚都應(yīng)稱為半再結(jié)合鎂鉻磚。國內(nèi)將由電熔鎂鉻料作顆粒，而以共燒結(jié)料為細(xì)粉或以鉻精礦與鎂砂粉為混合細(xì)粉，制作的鎂鉻磚都稱為半再結(jié)合鎂鉻磚。其燒成溫度在1700℃以上，磚內(nèi)耐火物晶粒之間也是以直接結(jié)合為主，優(yōu)點(diǎn)是抗熱震性較好，抗侵蝕、抗沖刷也不錯。
    (6)共燒結(jié)鎂鉻磚(又稱全合成鎂鉻)。用百分之百的燒結(jié)合成鎂鉻砂為制磚原料，再經(jīng)過高溫?zé)伤a(chǎn)的鎂鉻磚就是共燒結(jié)鎂鉻。其特點(diǎn)是抗侵蝕性好，高溫體積穩(wěn)定性好等。
    (7)不燒鎂鉻磚(或稱化學(xué)結(jié)合鎂鉻)?；瘜W(xué)結(jié)合不燒鎂鉻磚，一般采用鎂砂與鉻礦為制磚原料，以聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉或水玻璃為結(jié)合劑壓制的鎂鉻磚。不需高溫?zé)?，只?jīng)200℃左右溫度烘烤。由于未經(jīng)高溫?zé)?，鎂砂會發(fā)生水化，不能長期存放。
    (8)熔鑄鎂鉻制品磚。采用鎂砂、鉻礦為主要原料，加入少量添加劑，經(jīng)混合、壓坯與素?zé)?，破碎成塊，進(jìn)電弧爐熔融，再注入模內(nèi)、退火，生產(chǎn)成母磚，母磚經(jīng)切、磨等冷加工制成各種特定形狀的制品。熔鑄鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是成分分布均勻，耐火物晶粒之間主要為直接接觸，硅酸鹽以孤島狀存在，磚抗熔體熔蝕、滲透與沖刷特別好，但熱震穩(wěn)定性差。
    2．鎂鉻磚的性能
     鎂鉻磚是一種含三氧化二鉻的鎂質(zhì)耐火材料，氧化鉻通過固熔于方鎂石和形成低膨脹的鎂鉻尖晶石，可增大液相對耐火相的潤濕角，提高直接結(jié)合程度，生成理想的方鎂石-鎂鉻尖晶石-微裂紋復(fù)合結(jié)構(gòu)，使鎂鉻質(zhì)材料具有良好的荷重軟化溫度、高溫強(qiáng)度、抗侵蝕性、熱震穩(wěn)定性、較低的導(dǎo)熱率和較好的掛窯皮性。鎂鉻磚在現(xiàn)有的燒成帶耐火材料中具有最高的性能/價(jià)格比值，并由此成為一種被廣泛使用的耐火材料。
    不同品種的鎂鉻磚由于成分和工藝的不同，組織結(jié)構(gòu)差異，其性能也不同。表1 列出了幾種鎂鉻磚的典型性能。
    3．鉻污染和解毒方法 
    鎂鉻磚是各種條件苛刻窯爐的重要應(yīng)用材料，然而，在高溫和堿性使用環(huán)境下，鎂鉻磚中含有的三氧化二鉻(Cr2O3)會和窯氣中的堿金屬氧化物反應(yīng)生成六價(jià)鉻化合物R2CrO4，在硫、氯、堿均存在的條件下，也可形成R2(Cr·S)O4固溶體。這兩種化合物都是有毒的水溶性物質(zhì)，無論是經(jīng)窯尾排放到大氣中，還是存留在使用后拆除的殘磚中，六價(jià)鉻離子經(jīng)雨水溶入地表水或地下水，都將對人類及動物造成嚴(yán)重危害。 
    理論上，可選的解毒方法有濕法解毒與火法解毒。(1)火法解毒。利用多孔碳質(zhì)材料燃燒產(chǎn)生的強(qiáng)還原性氣氛，將六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化成低價(jià)物?；鸱ń舛竟に嚭唵?、效果良好，沒有處理浸液的問題。(2)濕法解毒。用硫酸將廢水的PH值調(diào)節(jié)到2.0-3.0，再用化學(xué)還原劑，如二氧化硫、亞硫酸鈉、偏亞硫酸氫鹽、連二亞硫酸鹽或硫酸亞鐵，將六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化成三價(jià)鉻，三價(jià)鉻接著又用氫氧化物(通常用石灰)沉淀法予以去除。濕法解毒效果尚可，但步驟多、排出水易對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。 
    雖然有濕法和火法解毒，但由于成本等原因用后的鎂鉻殘磚產(chǎn)生的鉻公害，尚無良好的解決方法。解決水泥、陶瓷和冶金等工業(yè)的鉻公害問題，根本辦法是使用不含鉻的堿性耐火材料。隨著各國對環(huán)境問題的日益重視，特別是歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)立法禁止使用鎂鉻磚的示范作用，開發(fā)無鉻耐火材料成為研究熱點(diǎn)。 
    4．RH爐用無鉻耐火材料的開發(fā) 
    無鉻耐火材料自上世紀(jì)80年代以來，一直處在研究開發(fā)和改進(jìn)中。無鉻耐火材料開發(fā)主要是在研究鎂鋯質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)、鎂尖晶石鈦質(zhì)和鎂尖晶石鋯質(zhì)4種典型的材料。其中由于氧化鋯具有優(yōu)異的高溫性能和化學(xué)惰性，含鋯質(zhì)的耐火材料成為研究的熱門。 
    鎂鋯耐火材料目前國內(nèi)研究很少，有些研究也主要是在研究鎂鋯澆注料，鎂鋯磚的研究和應(yīng)用在玻璃窯爐，對RH爐用鎂鋯磚的研究尚在起步階段。在國外(如日本)可能有成功的研究而沒有進(jìn)行報(bào)道。 
    含鋯鎂尖晶石磚是在尖晶石中添加ZrO2(特別是細(xì)粉)后，磚的組織致密，高溫強(qiáng)度高，體積穩(wěn)定性好，使這種磚兼有耐蝕性、耐結(jié)構(gòu)剝落性及物料附著性(俗稱掛窯皮)，但熱導(dǎo)率高使得窯體溫度升高，目前研究也處在改進(jìn)研究中。 
    鈦鋯剛玉質(zhì)耐火材料采用A1?sub>2O3-ZrO2-TiO2和A12O3-ZrO2-TiO2-SiO2 原料生產(chǎn)滑板或者在高鋁質(zhì)或鋁碳質(zhì)上下水口磚中配入一定數(shù)量的AZT或者AZTS可以進(jìn)一步改變其性質(zhì)，生產(chǎn)出具有較高強(qiáng)度和優(yōu)異抗侵蝕性能的水口，而且抗熱震性不下降，從而提高其使用壽命。AZT 原料是經(jīng)過電熔法或燒結(jié)法制得，熔融AZT 退火溫度的高低直接影響礦物組成，當(dāng)在1400℃退火時(shí)，TiO2幾乎都生成Al2O3·TiO2，因而其熱膨脹系數(shù)非常低。燒結(jié)AZTS比熔融AZT的熱膨脹系數(shù)還低，成本也低。AZTS是由m-ZrO2、莫來石、Al2O3·TiO2和剛玉組成，具有比熔融AZT或AZS 材料低得多的熱膨脹系數(shù)。 
    A12TiO5復(fù)合材料雖然具有接近于零的熱膨脹系數(shù)、低的導(dǎo)熱系數(shù)、高熔點(diǎn)、抗熱震性和抗熱沖擊性能好等特性，但同時(shí)該材料也存在著兩大致命弱點(diǎn)：一是晶體在各個晶軸方向上的差異很大，導(dǎo)致在冷卻時(shí)產(chǎn)生大量微裂紋，機(jī)械強(qiáng)度很低；二是在800～1300℃易分解成金紅石和剛玉相，失去了Al2TiO5的優(yōu)良性能，因而大大限制了這種材料的推廣應(yīng)用。  
  表1 幾種鎂鉻磚的典型性能

磚種	化學(xué)成分%						顯氣 孔率 %	常溫耐 壓強(qiáng)度 kg/cm2	高溫抗折強(qiáng)度 kg/cm2 (1480℃)
	MgO	Cr2O3	Al2O3	Fe2O3	SiO2	CaO
直接 結(jié)合	71.3 58.9	16.9 18.8	6.2 13.0	2.8 6.0	1.3 2.0	1.0 0.8	16.1 13-18	820 600-1100	84 100-145 (1450℃)
半再 結(jié)合	66.1 53.4	18.7 27.2	7.8 6.8	4.7 10.5	1.3 1.3	1.3 0.8	13.1 14.3	1020 540	157(1400℃) 76
再結(jié)合	64.4	20.8	6.5	6.5	1.2	0.6	11.9	1080	130

 

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