直流电弧炉底电极复合套砖

摘要

本发明公开了一种用于钢棒型底电极直流电弧炉的底电极复合套砖。在含有石墨的耐火材料外层套砖内复合有氧化锆质内层套砖,套砖套装在下端插在钢制水冷箱上的底电极上,并用氧化锆质火泥填塞缝隙。将抗热震、抗冲刷、抗冲击和抗侵蚀性能具佳的氧化锆质内层套砖与含有石墨的耐火材料外层套砖、特别是具有良好抗热震和耐渣侵蚀性能的镁碳质外层套砖复合起来制成底电极复合套砖,充分利用各自的优越性能,大幅度提高底电极的使用寿命。

说明书

本发明涉及一种用于钢棒型底电极直流电弧炉的底电极复合套砖。

对于钢棒型底电极的直流电弧炉，底电极的寿命实际上取决于其套砖的寿命。现有技术中，直流电弧炉底电极套砖多是由镁质、镁铝质、镁碳质等单一材料制成的。镁质底电极套砖具有良好的耐蚀性，但抗热震性能差，以致于在使用过程中由于温度急变而炸裂和结构剥落。因此，镁质底电极套砖的使用寿命低。镁铝质底电极套砖抗热震性虽优于镁质底电极套砖，但仍不能适应底电极周围温度波动的环境，而且高温强度低，抗钢液和废钢冲击性差，使用寿命也比较低。镁碳质底电极套砖具有良好的抗热震性和高温强度，但它的碳向钢液中溶解，使套砖侵蚀加快，钢棒的熔化温度降低，增加了钢棒的熔化深度，因此也就降低了底电极的使用寿命。日本专利特开平5-223458《直流电弧炉炉底电极》中，公开了一种底电极套砖，含石墨5-35％，其余为耐火材料。该砖与镁碳质低电极套砖存在共同的影响底电极寿命的缺点。

本发明的目的是提供一种同时具备优良的抗侵蚀、抗热震性能和高温强度的直流电弧炉底电极复合套砖，以提高直流电弧炉底电极的寿命，从而提高直流电弧炉底的设备运转率，并减少耐材消耗，降低生产成本。

本发明的目的是通过以下措施实现的。

一种直流电弧炉底电极复合套砖，在含有石墨的耐火材料外层套砖内复合有氧化锆质内层套砖。含有石墨的耐火材料外层套砖可以是镁碳质砖，也可以是镁钙碳质砖、镁锆碳质砖、镁铝碳质砖或镁铝尖晶石碳质砖。

氧化锆质内层套砖的常温耐压强度为76～210MPa，体积密度4．0～5．0g／cm³，显气孔率6～20％，成分范围为：ZrO₂70～97％(重量)，稳定剂2～10％(重量)，余量为杂质。稳定剂为CaO、MgO、Y₂O₃中的任意一种，可以是CaO3～6％(重量)、MgO3～10％(重量)或Y₂O₃2～5％(重量)。

镁碳质外层套砖的常温耐压强度为55～60MPa，体积密度为2．99～3．02g／cm³，显气孔率0．5～1．0％，成分范围为：MgO 68～94％(重量)，C 4～25％(重量)，Si 0．5～6％(重量)，Al 0．5～6％(重量)，余量为杂质。成分中所含Si+Al≤7％(重量)。

氧化锆质内层套砖的厚度为5～50毫米，使得在不增加制造难度的前提下，尽可能降低套砖成本。

镁碳质外层套砖为烧成并经过高温真空加压沥青浸渍处理的镁碳质砖，以进一步提高底电极套砖的耐蚀性。

氧化锆质内层套砖是通过热固性酚醛树脂结合剂，或热塑性酚醛树脂结合剂粘接复合于外层套砖内的。

将抗热震、抗冲刷、抗冲击和抗侵蚀性能具佳的氧化锆质内层套砖与含有石墨的耐火材料外层套砖、特别是具有良好抗热震和耐渣侵蚀性能的镁碳质外层套砖复合起来制成底电极复合套砖，充分利用各自的优越性能，在大幅度提高底电极寿命的同时，有效控制其成本的提高。氧化锆质内层套砖中含有CaO、MgO、Y₂O₃成分之一作为稳定剂，使内层套砖由适当比例的四方晶系、单斜晶系和立方晶系的ZrO₂组成，大大提高了其抗热震性能。但稳定剂的含量不能超过10％，否则会造成立方晶系ZrO₂过高，即形成过稳定ZrO₂，使其抗热震性能反而降低。镁碳质外层套砖中含有Si和Al成分，使用过程中在高温下与碳结合生成SiC和AlC，提高镁碳质外层套砖的耐钢水冲刷和耐废钢冲击性能。

上述技术解决方案在原含有石墨的耐火材料底电极套砖基础上，在靠近电极的内层采用了不与钢棒电极发生任何反应的ZrO₂陶瓷材料，解决了现有含碳耐火材料用作底电极套砖所存在的影响底电极寿命的缺陷使其同时具备优良的抗热震、抗冲刷、抗冲击和抗侵蚀性能，大幅度提高了底电极的使用寿命。从而减少了底电极修补次数，使直流电弧炉的设备运转率、钢产量均得到提高。同时，减少了耐火材料消耗，降低了生产成本。

附图为本发明直流电弧炉底电极复合套砖的结构示意图。

下面结合附图对本发明的实施例进行详述。

实例1：

用于直径为250mm的钢棒底电极的本发明直流电弧炉底电极套砖，如图所示，主要由烧成氧化锆质内层套砖2和烧成并经高温真空加压沥青浸渍处理的镁碳质外层套砖3构成。氧化锆质内层套砖2为内径252mm、外径300mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。镁碳质外层套砖3为内径301mm、外径500mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。通过市售的镁碳砖用热固性酚醛树脂结合剂将内层套砖2与外层套砖3装配在一起，经200℃固化处理，构成本发明底电极复合套砖。

实施例2：

用于直径为250mm的钢棒底电极的本发明直流电弧炉底电极复合套砖的结构见附图。氧化锆质内层套砖2为内径252mm、外径272mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。镁碳质外层套砖3为内径273mm、外径500mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。通过热固性酚醛树脂结合剂将内层套砖2与外层套砖3装配在一起，经200℃固化处理，构成本发明底电极复合套砖。

实施例3：

用于直径为150mm的钢棒底电极的本发明直流电弧炉底电极复合套砖的结构见附图。氧化锆质内层套砖2为内径152mm、外径180mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。镁碳质外层套砖3为内径182mm、外径400mm的圆筒形砖，其理化性能见附表1。通过热固性酚醛树脂结合剂将内层套砖2与外层套砖3装配在一起，经200℃固化处理，构成本发明底电极复合套砖。

本发明直流电弧炉底电极复合套砖，其氧化锆质内层套砖2和镁碳质外层套砖3不仅限于上述实施例所描述的整体圆筒形砖，也可以是由数块砖用高温结合剂组装并经热固处理而成的圆筒形。

套砖套装在下端插在钢制水冷箱4上的底电极1上，并用氧化锆质火泥填塞缝隙。                                 附表1

   实例1   实例2   实例3氧化锆质内层套砖ZrO₂(％)    80    94    93Y₂O₃(％)    2CaO(％)    5MgO(％)    6SiO₂(％)    15耐压强度MPa    80    76    210体积密度g/cm³    4.0    4.5    4.9显气孔率(％)    20    20    6镁碳质外层套砖MgO(％)    80    80    80C(％)    12.5    12.5    18Si(％)    2    2    2Al(％)    3    3    3耐压强度MPa    60    60    55体积密度g/cm³    3.02    3.02    2.99显气孔率(％)    0.7    0.7    0.7