堿性氧氣爐用耐火材料

 開發堿性氧氣爐(BOF)用耐火材料的主要目的是使耐磨襯的使用壽命更長，以獲得BOF的最大可用性。較長的襯里壽命不僅能降低耐火材料成本，而且還能通過提高爐子的利用率來提高生產率。

以下是對BOF耐火材料的基本要求。

抗熱剝落性

抗腐蝕能力

耐磨性

抗氧化性

熱斷裂模量

煉鋼廠通常使用永久襯里，在它上面有一個耐磨襯里。永久內襯的厚度可以從100毫米到120毫米不等，由鉻鎂合金永久內襯制成，它是在轉爐的整個高度上給出的。

可用于BOF耐磨襯的耐火材料包括焦油或瀝青粘合的白云石或氧化鎂（MgO）、鉻鎂石或鎂鉻耐火材料，以及用樹脂粘合、金屬、石墨、燒結和/或熔融鎂質制成的高級耐火材料，其純度可達 99%。磚的設計結合了關鍵的物理性能，以承受高溫和快速變化的條件/環境，貫穿整個BOF熱循環。平衡不同的性能，如熱強度、抗氧化性和抗渣性，對BOF耐火材料的良好性能是必要的。

當20世紀50年代引入BOF煉鋼工藝時，轉爐內襯是焦油白云石磚和穩定的燒焦白云石磚。這些耐火材料后來被半穩定的焦油白云石磚和焦油粘結的合成鎂白云石熟料燒制的磚替換。鉻鎂礦，或鎂鉻耐火材料被用于一些轉爐的內襯。 高純度燒結鎂磚也被用于一些BOF的內襯。在20世紀70年代末，具有抗腐蝕和抗剝落能力的鎂碳磚被開發出來，并迅速被應用于轉爐的內襯。這些磚利用了菱鎂礦對高堿度礦渣的腐蝕性和石墨（碳）的高導熱性和低濕潤性。今天，使用鎂碳耐火材料作為BOF內襯的做法已經非常普遍。

鎂碳磚的穩定性可以通過防止石墨的氧化和提高鎂質熟料的耐腐蝕性來提高。通過添加容易氧化的金屬，如鋁和鎂-鋁，碳化物，如碳化硅（SiC）和碳化硼（B4C），以及硼化物，如硼化鈣（CaB6）來防止石墨的氧化。使用高純度的石墨也可以防止氧化。通過使用電熔鎂或海水鎂，提高鎂質熟料的純度，可以改善鎂質的抗腐蝕性。它也可以通過優化氧化鎂熟料的粒度分布而得到改善。還開發了加入鋯石（ZrSiO4）的氧化鎂碳磚，以減輕使用中的熱應力。

現代高純度的氧化鎂是通過良好的控制工藝生產的。鎂的主要來源是鹽水，通常來自深井或海水。 氫氧化鎂，Mg(OH)2，通過與煅燒的白云石或石灰石反應從這些來源中沉淀出來。由此產生的氫氧化鎂漿液被過濾以增加其固體含量。然后將濾餅直接送入回轉窯，以生產耐火級氧化鎂。這些天，濾餅在大約900攝氏度至1000攝氏度的多膛爐中煅燒，將氫氧化鎂轉化為活性氧化鎂。煅燒后的氧化鎂被壓塊或造粒，燒成致密的耐火級氧化鎂，通常在2000攝氏度左右的豎窯中進行。最終產品是燒結氧化鎂。熔融氧化鎂是通過在電弧爐中熔化耐火級氧化鎂或其他氧化鎂前體來生產。然后將熔融物從爐中取出，冷卻，并將其打碎，用于制造耐火材料。菱鎂礦中的雜質由菱鎂礦的原始來源（鹽水或海水）的成分、煅燒后的白云石或石灰石的成分以及加工技術控制。特別是CaO和SiO2的百分比和比例得到有效控制，B2O3被控制在非常低的水平。這樣生產出來的高等級耐火鎂石可用于生產鎂質耐火材料。

不同的因素導致了BOF襯里在BOF不同區域的磨損。因此，BOF的分區襯里是指在BOF的不同區域安裝不同類型的鎂碳磚或其他磚，以確保磨損平衡，并通過它延長BOF的襯里壽命。圖1顯示了典型的BOF分區襯里。

圖1 轉爐的典型分區襯里

為了優化耐磨襯的設計，必須開發一種平衡襯，也就是說，在仔細研究磨損模式的基礎上，將不同的耐火材料質量和厚度分配給轉爐襯的各個區域。在平衡式爐襯中，耐火材料被劃分為不同的區域，已知磨損較小的爐襯部分被分配為質量較低或厚度較小的耐火材料，而耐磨損性較強且成本較高的耐火材料則被保留給那些將遭受最嚴重磨損的爐襯部分。下面的表1中給出了BOF不同區段的磨損情況和建議的耐火材料，用于分區內襯。

由于有各種各樣的磚的質量，耐火材料的成本差別很大。更為昂貴的磚的價格可以達到傳統焦油/瀝青粘合白云石磚的六倍。隨著爐襯設計的升級，如今轉爐內襯越來越多地使用成本較高的耐火材料。然而，使用較高成本的耐火材料必須證明轉爐設備的整體技術經濟性。

例如，當一個平均4000個爐子的轉爐車間的襯里成本增加25%時，為了維持耐火材料的成本，襯里壽命需要增加到5000個爐子。然而，在生產力要求爐子可用性的車間，如果在生產需求高的時期，爐子的可用性較高，那么襯里壽命的較小增長和較高的耐火材料成本可能是合理的。

隨著襯里設計的升級以優化性能和成本，了解操作變量對襯里磨損的影響是很重要的。有了這些信息，就可以更好地評估控制那些對襯里磨損有不利影響的參數的可能性，以及增加操作成本以延長襯里壽命的經濟權衡。一般來說，改進的工藝控制方法，如分炮，有利于襯里壽命。此外，通過添加白云石灰來提供礦渣中的氧化鎂，盡量減少螢石的添加量，控制助熔劑的添加量，以及通過吹氣來降低礦渣中的氧化鐵含量，都有助于延長襯板的使用壽命。這些做法需要進行優化，以產生最具成本效益的襯砌性能。

即使很多操作條件得到了改善，襯里設計得到了平衡磨損的優化，并且使用了最好的磚塊技術，但磨損并不是均勻發生的，包括耐火材料噴涂和爐渣涂層在內的維護做法通常被用來延長襯里的壽命。