我国钢包用耐火材料的技术进步措施-行业要闻-浇注料,耐火浇注料,高铝砖,刚玉砖,耐火砖-{宏泰耐材}-河南宏泰窑炉耐火材料有限公司

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我国钢包用耐火材料的技术进步措施

发布日期:2022-08-11 14:26:49

  钢包是钢铁行业的重要热工设备,由锭模浇钢时期的单纯盛装钢水设备,发展到连续铸钢,炉外精炼的冶炼设备,使用条件十分苛刻,对耐火材料的要求越来越高。

  我国钢包用耐火材料在不断地发展和进步。从黏土砖、高铝砖、蜡石砖、铝镁砖、镁碳砖、镁钙砖、铝镁碳砖、镁白云石质砖、镁白云石碳砖等,钢包内衬耐火材料的使用寿命也从当年黏土砖使用寿命10次左右,发展到现在用碱性耐火材料的使用寿命普遍在150~200次。

  1、浇注料套浇、喷补与减排降耗,提高钢包寿命钢包采用浇注料的整体内衬比砖砌内衬消除砖缝,施工便于机械化,施工速度快,省工省力,降低筑衬成本,提高了使用寿命,减少耐火材料消耗。

  从20世纪80年代初的水玻璃结合铝镁浇注料到95攻关成功的局错帆土基尖晶石烧注料,以及大型钢包用的刚玉—尖晶石浇注料都比砖棚内衬使用寿命高,耐火材料消耗降低。特别是采用套浇,即当内衬侵蚀超过原厚度一半时,清除包衬上的残渣残钢,先补浇包底,再上胎模补浇包壁,补浇后的内衬尺寸和新包内衬相同,经烘烤即可重新投入使用,使用次数与新包相仿。由于补浇用料只相当新内衬用料量的1/3~1/2,节约大量耐火材料消耗。在钢包没有严重冷钢冻结事故的情况下,套浇可以不断循环下去,这样就基本实现了残存耐火材料的零排放。

  例如莱钢130t钢包采用剥皮套浇修砌工艺,并用喷补续衬焊接技术进行小修,经3次小修的4次包龄达190次以上,工作衬耐火材料消耗同比套浇工艺降低0.61kg/t钢。然后再对工作衬进行剥皮套浇中修,再续衬3次小修,依此循环8~9个周期,可使钢包浇注工作衬寿命达1500次以上。将浇注料进一步优化,套浇及喷补技术进一步提高,不但钢包寿命大大提高,而且基本做到残存耐火材料的零排放。我国小型钢包基本上都采用套浇工艺,大型钢包也做过套浇试验,效果很好,但没有在生产上全面推广。

  还可用火焰喷补技术对钢包内衬进行修补,使喷补料与钢包壁表面达到高附着率,喷补料与附着的内衬壁之间,很快形成强度较高的陶瓷结合新的内衬。例如,用镁碳砖或铝镁碳砖砌筑的连铸精炼钢包,采用MgO45%~55%,CaO20%~30%,FeO18%~24%,SiO24%~8%。引入FeO、SiO2是为了使火焰喷补过程中形成液相,提高喷补料的附着率和烧结性。钢包火焰喷补属于先进技术,由机械化、自动化程度高的设备,将被侵蚀、损坏、耗损的内衬及时修复,大幅度提高钢包内衬寿命,使耐火材料内衬物尽其用,向钢包永久内衬,用后耐火材料零排放迈进。

  降低精炼钢包耐火材料单耗试验'某钢厂电炉60tLF钢包渣线为再生MgO-C料66%的再生MgO-C砖,熔池为再生料88%的再生MgO-C砖。为了降低对内衬的侵蚀,采取控制电炉末期量和渣中FeO含量,采用镁钙碳质改质剂,改善维护制度,用二等高铝砖对熔池贴补,使钢包寿命由40~50次提高到88次,耐火材料消耗由9.3kg/t钢下降到5.6kg/t钢。

  钢包耐火材料的理想配置为%包壁保温层厚30mm,永久层整体浇注厚80~100mm,工作层浇注厚180~210mm,渣线采用低碳镁碳砖厚180~230mm,包底整体浇注,根据包大小选择合适厚度。参考国外经验,制订修理模式(见表1),开发接续浇注修补技术,在不废弃原衬的情况下连续施工筑衬。

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  2、钢包加盖,永久层隔热保温,回收余热,节能环保我国钢铁冶金能耗比日本50%,大型钢铁企业也高30%左右。其中钢包散热损失占很大比例,首先是敞开的钢包通过包口热辐射散热量占钢包散热的30%。到目前为止,我国个别钢厂实现钢包全程盖保温盖,钢包盖用含锆纤维折叠毯,保温效果明显。山钢在120t钢包全程加盖,经数据统计分析,运输过程温度损失约减少13℃,全程温度损失减少25t,出钢温度在原来基础上下调25t,提高了合金收得率,减轻钢水对内衬的侵蚀,转炉出钢口寿命提高10炉以上,延长钢包使用周期,减少炼钢炉料的使用量等。而大部分钢厂的一些钢包只是在烘烤、LF处理和浇铸等固定地方加盖,其他地方都是敞开的,应该引起重视。其次就是钢水通过包壁传热占钢包散热的30%~40%,在钢包壁内衬永久层选用热导率小的材料,在不增加,甚至减小包壁厚度的情况下,如何提高保温效果是多年来研究的课题。

  永久层从黏土砖到高铝砖,再到低水泥高铝浇注料,隔热保温效果都不太理想。后来一些钢厂在钢壳与永久层之间砌筑隔热材料,有的用泡沬轻质砖,有的用纤维毡或加绝热板等,但仍需砌一层安全衬,这样不但增加了砌筑工序,而且由于永久层与保温砖结合不好,增加了维修次数。因此有人研制出轻重质复合保温砖'在大冶钢厂60t钢包上试验,与黏土砖永久层相比,钢包外壳温度下降80℃以上,可降低出钢温度12℃左右。田守信运用内衬四层砌筑方法,即在钢壳内表面涂层节能涂料,向内接着是10mm厚纳采绝热板,再向内是75mm厚的高强纳微采隔热浇注料,接着是工作衬,渣线工作衬为低热导率的镁碳砖,熔池为刚玉一尖晶石质不烧砖。其结果是渣线包壳温度225℃,熔池包壳200℃,包底壳170℃。而高强纳微采隔热浇注料和低热导率工作衬有效保护了纳采绝热板。

  永久层采用粒状纤维浇注料的热导率为一般浇注料的一半左右,永久层的实际温度在1000~1100℃,不会超过1350℃,不会造成纤维烧结,其强度也完全没有问题,见表2。某钢厂200t钢包原外壁温度260~280℃(有含锆纤维硬质板隔热),永久层用粒状纤维浇注料后,钢包外壁温度180~230℃。钢包覆盖剂的作用不可忽视,本钢研制的添加膨胀珍珠岩和膨胀石墨的钢包覆盖剂,比传统的稻壳覆盖剂的钢水平均降温低0.4℃。

  表2浇注料性能指标对比

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  目前中、小转炉钢包,大都采用铝镁浇注料的整体内衬,永久层采用轻质浇注料。由于钢包外表面散热减少,可节能993.6MJ/h,折合标准煤为33.9kg。总之,各类大小的钢包在外壳与工作衬之间都采用了一些保温措施,但钢包余热回收利用也很重要,山东某钢厂将钢包烘烤过程中产生的废烟气引入铁合金料仓内烘烤铁合金或其他炼钢原材料,从而节能减排,提高钢水质量。烧完钢后的钢包余热却很少被关注,其实从包口辐射出大量热能,特别是浇钢完成后敞开包口,热量就白白损失,可以考虑在包口安装热交换器,回收余热,然后将热空气送到其他炉窑(如电厂锅炉)与燃气混合进行燃烧,节能环保。

  3、不同精炼方法、不同钢种的钢包内衬用不同耐火材料不同精炼设备有不同的精炼条件,对钢包的侵蚀也不同,如普通钢包渣线用镁碳砖一次性使用寿命达120次,而一般LF炉钢包一次性寿命为60次。不同精炼设备钢包内衬侵蚀速度有差别,普通钢包:LF:LF-VD:VOD=12:4:8?LF-VD、VOD、RH、DH等有真空处理功能,在高温真空条件下不宜选择添加铝粉、硅粉和碳化硼的耐火材料,这些易与氧化镁发生氧化还原反应,降低钢包使用寿命。而CaO不易与碳发生反应,MgO-CaO-C质耐火材料更适合在这些特殊条件下使用。

  随钢种采用不同的耐火材料做钢包内衬,如汽车板钢等超低碳钢要用低碳和无碳耐火材料做钢包内衬、帘线钢要用无铝耐火材料,一般选用镁钙砖做钢包工作衬、不锈钢用镁钙砖等。精品钢包要用精品耐火材料精细打造,还应当采用无渣出钢技术,即良好的挡渣出钢,不但降低渣对钢包内衬的侵蚀,还能减少脱氧剂的用量。

  4、钢包红包接钢,加速周转,防止粘渣

  钢包使用高铝质及一些碱性耐火材料内衬,包壁容易粘渣或结瘤,随着使用次数增加,粘渣越积越厚,造成有效容积减少,空包重量增加,如果达到或超过行车起吊重量,就给生产带来安全隐患。粘渣严重的只好拆除,这样使包龄降低,耐火材料消耗增加。采用红包接钢,加快钢包周转,急冷急热减少,包衬裂纹减少,粘渣就轻。

  山东某钢厂为加快钢包周转,编制了炼钢一精炼一连铸的钢包路径计划,有空包行走路径和重包行走路径计划。钢包有序调度,加大钢包利用率,不但减轻钢包挂渣,还降低了能耗。钢包挂渣的原因比较复杂,与炼钢工艺、钢种、耐火材料的材质和质量、钢包保温、钢包周转快慢等因素有关。其中加快周转、红包接钢是比较通用的办法。当然也有的耐火材料对所有钢种基本上都不粘渣,如蜡石砖。它的侵蚀机理是以熔蚀为主,与钢水熔渣接触形成黏度很高的液相层,阻止熔渣渗透,而且受热后具有微膨胀、内衬整体性好等优点。但其耐火性能差,当连铸和精炼上马后,蜡石砖被淘汰。

  其次是钢包口结渣亦不能忽视,会使包口有效面积减小,造成倒渣不干净。往往采用烧氧切割或机械拆除,大多会破坏包衬,还消耗大量劳力。可以在包衬内表面涂抹或喷涂一层涂料,隔绝熔渣与包衬的接触,达到防止包衬粘渣的目的。方斌祥等人以菱镁矿、石英、黏土、氧化铬微粉及磷酸盐为原料做出的防粘渣涂料,在宝钢精炼包的镁碳砖表面上涂覆3~5mm厚,浇铸完成后,与黏附在镁碳砖表面的熔渣一起脱落,延长了渣线和包口镁碳砖的使用寿命。也有采用碳化硅和石墨等不易被熔渣润湿的物质,但价格较高。


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