摘 要：为了满足生产低碳钢和超低碳钢的技术要求，以棕刚玉、板状刚玉、电熔镁铝尖晶石粉为原料，电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉为添加剂，络合镁铝溶胶为结合剂，研制出了机压成型免烧刚玉-尖晶石无碳砖，并进行了实验。试验结果表明：当电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉加入量分别为3%和8%时，试验砖的性能最佳。该砖在太钢90 t LF钢包熔池及包底部位使用，其寿命达到105炉。
随着近些年炉外精炼技术的飞速发展，钢包已不再是单一的盛装钢水的容器和转运工具，而逐渐转变为重要的炉外精炼设备。镁碳砖、镁铝碳砖因具有优异的抗渗透和侵蚀等性能而被长期作为钢包的内衬材料使用。近年来低碳钢和超低碳钢需求日益增加，然而含碳制品的使用将导致钢水中碳含量的增加，高热导率也会造成钢包中钢水温度下降快以及钢壳温度高易变形等问题[1,2]，这迫切需要开发对钢水无污染、寿命高、环保的无碳钢包内衬材料。
根据陈敏[3]、万红玲[4]等人研究成果，目前无碳钢包内衬根据成型方式及砌筑形式主要分为机压砖、预制件及整体浇注。由于预制件需要大量模具，成型需要耗费大量时间，且质量难以控制，稳定性有一定缺陷。整体浇注的优势在于砌筑方便，且没有缝隙，炉龄具有一定的优势，但整体浇注对烘烤制度要求严格，烘烤不到位会出现浇注料炸裂情况。而机压砖具有成型方便、密度高、抗侵蚀、抗冲刷等优点，故选择采用机压成型的方式生产免烧无碳钢包砖进行试验。
棕刚玉体积密度大，强度高，抗冲刷性能优越且价格相对低廉，因此骨料5～3 mm、3～1 mm采用棕刚玉。考虑到棕刚玉中少量TiO2会影响高温强度，而板状刚玉纯度高、抗冲刷性和抗热震性好，因此粒度1～0 mm及部分基质采用板状刚玉。基质部分主要加入电熔镁砂粉及活性α-氧化铝微粉，通过反应生成镁铝尖晶石并产生膨胀，减少不烧砖在使用过程中因高温烧结收缩造成钢包渣沿砖缝侵蚀，影响其使用寿命，同时基质部分加入适量电熔76尖晶石粉作为晶种，可促进镁铝尖晶石化的进行。结合剂采用无烟环保的络合镁铝溶胶，进行免烧无碳钢包砖试验。试验原料如表1所列。
表1 主要原料的理化指标
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根据表2配比进行配料，采用低速水泥砂浆搅拌器搅拌均匀后，放入φ50 mm×50 mm模具中，采用液压机以500kN压力成型，成型后试样放入烘箱中于200℃干燥并保温24 h。干燥后的试样分别以1 000℃和1 500℃热处理，保温3 h，待试样自然冷却后，分别检测试样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度及烧后线变化率。
表3所列为研制的不烧刚玉-尖晶石无碳钢包砖的物理性能。由表3可知，4组配方试样均具有较高的成型强度，能够满足运输及现场砌筑要求。这主要是由于络合镁铝溶胶结合剂与水反应干燥后形成穿插式结构镶嵌在颗粒与细粉之间，使免烧砖具有良好的结合强度。该结合剂在干燥过程中无烟无毒，是理想的环保型结合剂。
4组配方试样经1 000℃热处理后其体积密度和耐压强度均有所下降，而显气孔率均有所提高，其中3#试样耐压强度最高。1 000℃热处理后结合剂中结合水蒸发，结合剂起到的结合强度遭到破坏，而在此温度下试样还未完全烧结，导致强度下降，显气孔率提高。
在1 500℃热处理后4组配方试样的体积密度都显著增大，显气孔率都有所降低，其中1#试样热处理后产生了收缩，其他3组配方试样均产生了膨胀，其中3#试样物理性能最佳，且产生1.24%的微膨胀。在此温度下棕刚玉[5]中杂质相从晶界处向颗粒表面迁移与基质发生反应促进烧结进行，同时基质中电熔镁砂粉与活性α-氧化铝微粉反应生成镁铝尖晶石，产生8%的体积膨胀。适当的体积膨胀可以防止砖缝渗钢，有益冶炼，但过高的膨胀会导致砖内部产生较大应力，从而产生裂纹影响砖的强度。
综合各项指标认为，3#配方试样更具有优势的性能，故选取3#配方试样进行工业试用。
表2 试样配比
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表3 试验砖的物理性能
采用3#配方机压成型的无碳刚玉-尖晶石试验砖自2021年12月在太钢80 tLF钢包上进行试用，其中渣线部分采用镁碳砖，熔池及包底区域采用无碳刚玉-尖晶石试验砖。试验砖共计冶炼105次下线，能够达到铝镁碳砖的使用寿命，下线钢包砖表面光滑，没有剥落掉砖等情况产生，能够满足钢厂的使用要求。
(1）不烧刚玉-尖晶石无碳钢包砖具有良好的物理性能和抗冲刷性能等优势，能够满足现场使用要求，具有更好的应用前景。
(2）不烧刚玉-尖晶石无碳钢包砖不使用酚醛树脂为结合剂，而使用络合镁铝溶胶为结合剂，烘烤过程无烟无毒，是理想的环保型结合剂。
来源：中国知网
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