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          鋼鐵行業耐火材料的不定形化技術得到推進

          作者:豐泰耐材 發布時間:2010-08-01 14:22:17

          瀏覽:1391次

          澆注耐火材料的開發為主,開發了低水泥、高密度耐火材料,廣泛應用于高爐出鐵槽、鋼包、中間包和RH等,推進了鋼鐵行業耐火材料的不定形化技術。

          綜合媒體6月21日報道,以往,煉鋼所用的耐火材料一直以耐火磚為主,但由于砌磚操作需要熟練的技術,加之近年來筑爐操作工的年齡老化等問題,因此採用耐火材料的不定形化技術來實現筑爐操作的自動化和節省勞力已成為重要課題。最近,以澆注耐火材料的開發為主,開發了低水泥、高密度耐火材料,廣泛應用于高爐出鐵槽、鋼包、中間包和RH等,推進了鋼鐵行業耐火材料的不定形化技術。

          為減少鋼包筑爐操作和降低耐火材料成本,日本大同特殊鋼公司Shibukswa廠作為特殊鋼生產廠之一,于1995年首次在VLF(真空鋼包爐)的鋼包內襯採用了耐火材料的不定形化技術。自1997年以后,該廠在SUS(不銹鋼)和超合金鋼生產用的鋼包包底和包壁筑爐中實現了Al2O3質澆注料的澆注施工。特別是最近在把不定形化技術擴大應用于各種耐火材料時,由于引進了新型濕式噴補施工技術,因而確立了鋼包整體耐火材料不定形化的技術,其概況介紹如下。

          鋼鐵冶煉

          鋼鐵冶煉

          不定形耐火材料澆注施工技術的引進

          作為鋼包包底和包壁不定形耐火材料的施工方法,當初引進的是最普通的澆注施工方法。

          1、澆注施工

          澆注施工方法:首先,在包底施工后進行半天左右的自然養護。接著,安裝框架和混合攪拌機,在澆注耐材之后,為使整個縫隙填充均勻,用棒式振搗器進行助振。再經半天左右的自然養護后進行脫模,然后對渣線部位進行耐火磚的砌筑施工。

          2、澆注材質的選擇

          對用于包底和包壁耐火材料的特性,不僅要求其抗腐蝕性和抗渣性要好,而且結構要穩定。一般認為Al2O3-MgO質耐火材料能滿足上述條件要求。Al2O3-MgO質耐火材料中的MgO量在7至28%範圍時,會形成組織緻密、穩定的尖晶石固溶體,因此一般用作煉鋼鋼包的耐火材料。該廠重視降低成本,提高鋼水衝擊部的抗磨損性,重視殘余膨脹性的影響作用,因此採用Al2O3-MgO材質作澆注料。另外,即使在長施工體的厚度較薄(最薄40mm)的情況下,為確保澆注料的流動性,因此規定Al2O3骨料粒度在8mm以下,而且還添加了金屬Al,作為防止乾燥時發生爆裂的措施。

          3、實際應用的結果

          對15t鋼包包壁最上部的熔損速度進行了調查。與耐火磚比,澆注料各部位的最大熔損速度為0.4毫米/爐,而渣線磚的修補週期(大約40水)是在磚的熔損達16毫米左右時才進行的,因而不會對鋼包壽命產生不良影響。另外,使用后的工作面在清除粘附的金屬和對表面進行若干清理后,只要工作面沒有全部熔損,就可以進行接長修補,由此能減少新噴補施工時耐火材料的使用量和減少鋼包產生的廢磚達30%左右。

          棕剛玉冶煉生產車間

          棕剛玉冶煉生產車間

          4、擴大不定形化技術的課題

          雖然已知澆注材料在耐用性能方面是沒問題的,但為降低整個煉鋼耐火材料的成本,今后有必要將不定形化技術擴大應用于其他耐火材料的施工體(例如,25t鋼包、VLF鋼包和出鋼槽等)。採用該方法進行澆注施工時擔心有以下問題:

          ①由于澆注體需要固化養護(為使澆注體的強度能達到渣線筑爐部位的強度,需要時間養護),因此降低了筑爐效率。

          ②各施工部位需要專用的框架,因此難以確??蚣艿陌惭b位置。

          為解決這些問題,必須改進施工方法。

          濕式項補施工技術的引進

          1、改進施工方法

          為解決上述問題,最近以煉鋼廠為主引進了正在不斷被推廣的濕式噴補施工技術。噴補操作程式如下。首先,用混合機將不定形材料與水混合后分批裝入料斗,然后把裝入料斗的噴補料用活塞式壓力泵通過管道送到噴嘴,同時通過另外一根管道採用壓縮空氣將固化劑送到噴嘴端部,在噴出之前與噴補料混合后噴補在施工體上。

          與以往的澆注施工相比,濕式噴補施工的主要特徵如下:①由于不需要框架,因此能在任意位置進行任意厚度的施工。

          ②由于添加固化劑,縮短了固化養護時間,因此能進行連續施工。

          ③由于施工效率高(5-10t/hr),因此可縮短施工時間。

          除此之外,它還能使耐火材料發生的熔化損失均勻,并可應付緊急情況。即可以說噴補施工法就是利用不定形耐火材料的特性來彌補澆注施工缺陷的施工方法。

          2、改進材質

          以上述的澆注材料為基礎,對澆注材質的壓力輸送性能、抗腐蝕性能和抗爆裂性能進行了改進。

          (1)提高壓力輸送性能

          為使濕式噴補材料能在壓力下從內徑38毫米的管道和噴嘴通過,因此事先對各種噴補料在噴嘴內的流動性進行了確認試驗,其結果示于表1。由該表可知,如果直接採用象澆注料那樣的粒度,就會發生噴嘴堵塞,因此降低了粗粒度比,并將Al2O3骨料的粒度從毫米降低到5。

          鋁礬土對棕剛玉生產的影響

          鋁礬土對棕剛玉生產的影響

          表1 壓送試驗的結果

          試樣 A B C D

          骨料比粗顆粒/中等顆粒 2/1 2/1 3/2 1/1

          上限粒度(mm) 8 5 5 5

          添加的水分(%) 6.2 6.4 6.6 6.9

          排出的流量(mm) 182 178 183 178

          壓送壓力(Mpa)﹥ 14 13 8 4

          壓送評價不好不好好好

          (2)提高抗腐蝕性能

          根據上述試驗結果可知,採用表1的試料C和D時,不會發生噴嘴堵塞,但由于這兩種試料添加的水分量比澆注料的大,因此會影響抗腐蝕性能?;诖艘?,在試料C和D中,以水分低的試料C為基礎,通過高頻爐的侵蝕試驗,調查了通過增加MgO量來提高抗腐蝕性能的效果。結果,考慮到抗腐蝕性能和爐渣侵蝕的深度,將MgO量增加到10%,能彌補抗腐蝕性能的惡化。

          3、提高抗爆裂性能

          採用上述材質對15t鋼包和25t鋼包的包底及包壁進行濕式噴補施工后,在預熱1小時左右時噴補料會頻繁發生爆裂故障,爆裂寬度大約30至50毫米。作為防止發生爆裂的措施,由于當初採取的是添加有機纖維的辦法,但不理想,因此在改善鋼包乾燥條件的情況下進行了研究。

          (1)爆裂發生的機理

          採用一般乾燥曲線模型對乾燥中耐火材料內部的溫度和水蒸氣壓力的變化進行了模擬,結果表明,乾燥過程中施工體內部存在3個區域,一是靠近加熱面含水率為0的乾燥區域;二是水分迅速蒸發的蒸發區域;叁是在蒸發區域產生的水蒸氣流向被加熱的背面,壓力超過了飽和水蒸氣壓,形成凝結現象的凝結區域。乾燥時的爆裂只有在蒸發區域滿足了下列條件時才會發生。

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          Pa:表面熱風蒸氣壓(MPa)

          Ps:蒸發面內部的蒸氣壓(MPa)

          UT:材料強度(MPa與抗拉強度和抗拉變形有關的抗折強度

          白剛玉生產廠家

          白剛玉生產廠家

          在加熱面一側的含水量減少到一定程度后進行快速加熱時,由于蒸發區域中的溫度變化小,因此內部蒸氣壓的增幅小,但另一方面在乾燥初期含水量的狀態下進行快速加熱時,由于蒸發區域靠近加熱面,因此表層一側內部蒸氣壓的增幅明顯。如上式表明的那樣,可以推測蒸發區域的內部蒸氣壓增大后,會造成材料自身的強度無法承受這一壓力,因此發生了爆裂。

          (2)改進乾燥方法

          對實際乾燥中各部位溫度變化進行實測,摸索出了最佳乾燥條件。結果,根據以上噴嘴耐火材料的表面溫度為基準,進行了乾燥,基本抑制了爆裂。目前,把以下3點作為抑制爆裂的條件是很重要的。

          ①乾燥開始3小時后:加熱速度<90攝氏度/hr。

          ②在3至6小時后:加熱速度<200攝氏度/hr(6小時后,以表面溫度800至900攝氏度為標準)。

          ③在6小時后:爐殼溫度>60攝氏度時,加熱不能超過1200至1300攝氏度。

          但是,在冬季室外氣溫低的情況下,由于乾燥前的養護強度(抗折強度)低,因此無法確保材料具有耐蒸氣壓的強度,故頻繁發生爆裂。作為其措施是採取預熱乾燥的辦法,即筑爐后在鋼包內對發熱體進行燃燒,但這種乾燥條件有待進一步改善。

          在實機使用的情況

          1、熔損速度

          15t鋼包的包壁採用濕式噴補材料后的熔損速度表明,採用噴補材料的平均熔損速度為1.57毫米/爐,雖然比耐火磚的增大5%,但與澆注材相比,卻取得良好的結果,受鋼水衝擊部位的烙損速度最大為2.5毫米/爐,與澆注材料的呈相同趨勢,但其絕對值低。與澆注材料的主要區別在于透氣磚和受鋼水衝擊部周圍的熔損速度非常低,這兩處分別是採用吹氬攪拌和採用AOD(氬氧脫碳法)裝入鋼水時因鋼水衝擊而造成熔損嚴重的部位,由此可知採用噴補料的施工體具有良好的抗磨損性能。

          棕剛玉,白剛玉,黑剛玉冶煉

          棕剛玉,白剛玉,黑剛玉冶煉

          2、斷面組織

          從15t鋼包在使用39爐后噴補材的斷面組織照片和爐渣的侵蝕深度來看,包底的侵蝕深度比包壁的大30至40毫米在微變層內部能看見有一部分橫向裂紋,還能看見有部分金屬侵人。包壁的爐渣侵蝕深度較淺,為15至20毫米,與澆注材的基本相同。另一方面,由于塬始層的組織非??@密,且氣孔率也低,只有12%,因此形成了良好的組織。

          使用后的鋼包包壁經取樣做X線衍射后可知,工作面的組織主要是a-Al2O3、硅鋁酸二鈣(2CaO-Al2O3-SiO2:耐火度1,590攝氏度)、尖晶石(MgO-Al2O3:耐火度2135攝氏度);母材由β-Al2O3和尖晶石構成,由此可以推測澆注材和噴補材的化合物相同。這種CaO-Al2O3-SiO2系低熔點化合物的形成是造成熔損的主要塬因。另外,尖晶石不是作為材料添加的,它是材料中的Al2O3骨料和基料中的MgO細粉在高溫下反應后形成的,即使在母材中,尖晶石也已形成分佈範圍廣的組織形態。

          施工效率和成本

          各種施工方法的施工天數比較結果表明,以一座鋼包的筑爐操作天數為例,採用澆注施工時,由于能連續接長修補,因此包底和包壁的解體時間可以縮短,與耐火磚相比,可縮短總的工期25%;採用噴補施工時,由于添加了固化劑,節省了養護時間,因此可縮短工期40%。

          成本的比較結果表明,與澆注料相比,噴補料的價格僅僅是固化劑這一項的價格比澆注料高,但由于可延長使用壽命,因此比耐火磚可節約成本28%左右,比澆注材料的節約14%。今后如果能將不定形化的噴補技術應用于目前仍採用耐火磚的容器(如,25t VLF鋼包和中間包等),估計可以大幅度降低耐火材料成本??梢哉J為這是一種非常理想的施工技術。

          15t鋼包包底和包壁採用濕式噴補施工的結果表明,不論是施工效率,還是成本,都優于澆注施工法。為實現將來中間包等也能採用不定形化技術和出鋼槽採用噴補修補技術來延長使用壽命,因此期待著這種濕式噴補機能成為廣泛應用于各種物體施工的通用設備,從而進一步降低耐火材料成本。

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