（冶金工程专业论文）宝钢混铁车内衬耐火材料的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni n m e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g i ! l ! l 趔f l l l l l f f i l l ll l l l l llllltl l j lilll 丫18 4 2 9 5 5 s t u d y o nl i n i n gr e f r a c t o r i e so f t o r p e d o c a r si nb a o s t e e l b ys o n g f e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r y u j i n g k u n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y f e b r u a r y2 0 0 8 ， rf h矿一渗- 1 ： 、 j-llr- 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：铱任 e t 期：删2 ，即l 奴 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： r 一一 东北大学硕士学位论文摘要 摘要 宝钢目前有混铁车7 6 台，1 9 9 8 年3 月宝钢二炼钢投产后，开始在混铁 车内进行三脱铁水预处理工艺，造成混铁车内衬耐火材料蚀损加剧，使用寿 命从1 2 0 0 炉降至8 5 0 炉左右，降低了3 0 ，检修工作大幅度增加，危及到 正常生产运行。 本论文从分析宝钢三脱铁水预处理生产工艺、以及三脱工艺下混铁车不 同部位的蚀损情况、混铁车不同部位内衬耐火材料的蚀损机理入手，确定了 研制开发混铁车内衬用耐火材料的研制方向。在研制过程中，通过制定实验 室试验方案，对内衬耐火材料关键成分的选择和比例、以及不同添加剂对制 品抗氧化性、抗渣侵蚀性、抗冲刷性以及抗热震性等的影响进行了研究，得 出如下结论： ( 1 ) 在不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖中添加金属抗氧化剂的同时添加特殊抗氧化 剂和特殊添加剂，能大幅度提高砖的抗氧化性能，提高砖的高温强度。 ( 2 ) 在不烧a 1 2 0 3 s i c c 中添加的适量特殊添加剂能进入石墨层间，提 高石墨层间的结合力，进而提高砖的高温强度，同时，还能显著地降低砖的 热膨胀系数和弹性模量。 ( 3 ) 特殊抗氧化剂和特殊添加剂在一定范围内还会影响砖的抗侵蚀性 能，由于特殊抗氧化剂降低了石墨的氧化速度，使石墨的优越性得以充分发 挥，提高了砖的抗侵蚀性能和抗渗透性能。 ( 4 ) 在三脱工艺条件下( n a 2 c 0 3 处理剂) ，为提高砖( 尤其是渣线砖) 的使 用寿命，应采用高碳、低s i 0 2 、适量s i c 的化学组成。 在实验室研究的基础上，研制开发了烧成a 1 2 0 3 c 砖和不烧a 1 2 0 3 一s i c c 砖，分别用于混铁车直筒部顶部和其余部位。通过研制产品在宝钢混铁车上 的现场使用，混铁车的使用寿命提高了2 5 。 通过课题研究和研制砖的使用，取得了以下的使用效果： ( 1 ) 混铁车直筒部顶都使用烧成a 1 2 0 3 c 砖，在使用过程中均匀蚀损， 有效解决了不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖在使用前期的严重氧化造成的剥落以及背部 氧化问题，使用炉龄达到了6 5 0 炉，比原使用不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖的使用寿 命提高了一倍。 ( 2 ) 研制的烧成a 1 2 0 3 c 砖和不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖在混铁车上进行配套使 用，使混铁车内衬各个部位做到均匀、同步蚀损，即在混铁车大修时，各个 部位耐火材料的残存厚度均同步到达大修标准，最大限度地发挥耐火材料的 查些查堂堡主兰堡垒查 、 摘要 - ：= = _ _ = = _ _ 一 ：= = ： 作用，达到减少中修次数，降低耐火材料单耗的目的。 一 ( 3 ) 研制的烧成a 1 2 0 3 一c 砖和不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖在混铁车上进行配套使 用，使混铁车的大修平均炉龄提高了3 0 0 炉以上，2 0 0 5 年大修平均炉龄达 到1 1 0 0 炉，降低了吨铁耐火材料的单耗。 关键词：混铁车；铁水预处理；内衬耐火材料；a 1 2 0 3 s i c c 砖；a 1 2 0 3 c 砖 一一一 垄些查堂塑主堂垡垒查 b 。t r a c t 一 ：= ： a bs t r a c t s i n c em a r c h19 9 8 ， d e p h o s p h o r i z a t i o n ，d e s u l p h u r i z a t i o n a n d d e s i l i c o n i z a t i o nw e r ec a r r i e do u ti n 7 6t o r p e d oc a r si nb a o s t e e l w h i c h a g g r a v a t e dt h ec o r r o s i o no ft h el i n i n gr e f r a c t o r i e s ，m a d et h ec a m p a i g nl i f e r e d u c ef r o m12 0 0h e a t st o8 5 0h e a t s ，i e r e d u c e d3 0 ，i n t e r r u p tt h er e g u l a r t r o u b l es h o o t i n g ，e n d a n g e r e dr e g u l a rp r o d u c i n g p r o c e s s i nt h i sp a p e r ，t h ec o r r o s i v em e c h a n i s mo fr e f r a c t o r i e si nd i f f e r e n tp a r to f t o r p e d oc a r sw h e nh o tm e t a lp r e t r e a t m e n tw a sc a r r i e do u tw a sa n a l y z e d ，a n d t h e nt h e a n a l y z e dd i r e c t i o no ft h el i n i n gr e f r a c t o r i e so ft o r p e d oc a r sw a s c o n f i r m e d ，t h ee f f e c to ft h ec o m p o s i t i o n ，a d d i t i o n so no x i d a t i o nr e s i s t a n c e 。 c o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n dt h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c eo ft h er e f r a c t o r i e sw a ss t u d i e d 。 t h ec o n c l u s i o n sw e r el i s t e da sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h eo x i d a t i o nr e s i s t a n c ea n dh i g h t e m p e r a t u r es t r e n g t ho ft h e u n s i n t e r e da 1 2 0 3 - s i c - cb r i c kw i t hm e t a la n t i o x i d a n t ，s p e c i a la n t i o x i d a n ta n d s p e c i a la d d i t i o nw e r ei m p r o v e d ( 2 ) t h eb i n d i n gs t r e n g t ho fg r a p h i t ew a si m p r o v e db yt h ea d d i t i o no f s p e c i a la d d i t i o ni n t h eu n s i n t e r e d a 1 2 0 3 - s i c cb r i c k ，a n dt h e nt h e h i g h t e m p e r a t u r es t r e n g t hw a si m p r o v e d ，t h ec o e f f i c i e n to ft h e r m a le x p a n s i o na n d y o u n g sm o d u l u sw e r ed e c r e a s e d ( 3 ) t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo ft h eu n s i n t e r e da 1 2 0 3 s i c cb r i c kw a s i n c r e a s e db ys p e c i a la n t i o x i d a n ta n ds p e c i a la d d i t i o n ( 4 ) f o rt h ep u r p o s eo fe l o n g a t i o nt h es e r v i c el i f eo ft h eu n s i n t e r e d a 1 2 0 3 。s i c - cb r i c k ，t h eb r i c ks h o u l d b eh i g hc a r b o n ，l o ws i 0 2a n dp r o p e rs i c f r o mt h es t u d yi nt h i sp a p e r , t h eu s i n ge f f e c to ft h er e f r a c t o r i e sw a sl i s ta s f o l l o w i n g ： ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n tt h a tt h es i n t e r e da 1 2 0 3 cb r i c kw a su s e di nc y l i n d e r t o po ft o r p e d oc a r s ，a n dt h eu n s i n t e r e da 1 2 0 3 - s i c cb r i c kw a su s e di no t h e r p a r t sb r o k et h er o u t i n et h a tt h eu n s i n t e r e da 1 2 0 3 s i c cb r i c kw a su s e di na 1 1o f t h et o r p e d oc a r s ，a n dt h ep r o b l e m st h a tt h eo x i d i z a t i o ni ne a r l i e ra p p l i e ds t a g e ， s p a l l i n ga n db a c ko x i d i z a t i o no ft h eu n s i n t e r e da 1 2 0 3 - s i c cb r i c kw e r es o l v e d ( 2 ) t h er e f r a c t o r i e so f e a c hp a r ti nt o r p e d oc a r sw e r ec o m p a r a b l yc o r r o d e d ifffjjilffijjiliijjjliiiiiiiiiiliiiiiiililliliiiiii-li r ( 3 ) t h ea v e r a g ec a m p a i g nl i f e 。ft 。r p e d 。c a r sw a s i n c r e a s e db ym 。r et h 跹 3 0 0h e a t s ，t h ec o n s u m p t i o no f r e f r a c t o r i e sw a sd e c r e a s e d 。 k e yw 。r d s ：t o r p e d 。c a r s ；h 。tm e t a lp r e t r e a t m e n t p r o c e s s ；l i n i n gr efractories；a| 2 0 3 。s i c - cb r i c k ；a 1 2 0 3 cb r i c k 。 v i-j，j 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明一i 摘要 a b s t r a c t i i i 第一章绪论：1 1 1 混铁车的使用及发展概况1 1 1 1 混铁车在宝钢的使用l 1 1 2 宝钢的铁水预处理生产工艺1 1 1 3 宝钢混铁车内衬耐火材料的改进3 1 1 4 日本川崎制铁与宝钢的比较4 1 2 课题背景：4 1 3 主要研究内容与方法5 1 3 1 研究内容5 1 3 2 研究方法及思路5 第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理6 2 1 宝钢混铁车内衬耐火材料的损毁情况6 2 1 1 炉口部位：6 2 1 2 炉内铁水冲刷部6 2 1 4 脱硫枪喷流冲刷部位7 2 1 5 锥体部中下部7 2 2 影响不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖( 以下简称不烧a s c 砖) 损毁的因素8 2 2 1 铁水预处理的插枪方式8 2 2 2 铁水预处理粉剂9 2 2 3 吹氧工艺l1 第三章混铁车内衬不烧a s c 砖的研制1 3 3 1 研究的主要内容1 3 3 2 实验室试验1 3 3 2 1 原材料的选择1 3 3 2 2 试验方案和试验方法1 4 3 2 3 试验结果与分析1 6 3 3 实验室试验小结2 5 东北大学硕士学位论文目录 3 4 工业生产2 5 3 5 试验砖的工业性试验2 6 第四章混铁车直筒部项部用烧成a c 砖的研制2 7 4 1 原材料的选择2 7 4 2 提高耐火材料的强度2 8 4 3 降低砖的气孔率3 0 4 4 研制的混铁车顶部用烧成a c 砖理化性能指标的测试值3 0 4 5 小结3 2 第五章混铁车用耐火材料的工业性试验3 3 5 1 新研制不烧a s c 系耐火材料的工业性试验3 3 5 i 1 实际使用情况3 3 5 1 2 工业性试验车的耐火材料吨铁单耗比较3 5 5 i 3 小结3 6 5 2 混铁车直筒部顶部用烧成a c 砖的工业性试验3 7 5 j 2 1 新研制的烧成a c 砖在试验车上的实际使用情况3 7 5 2 2 烧成a c 砖的使用效果和结论。3 9 第六章结论：4 1 参考文献- 4 2 致谢：4 4 一v 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 混铁车的使用及发展概况 1 1 1 混铁车在宝钢的使用 混铁车( t p c ) 具有装载运输铁水、均匀铁水温度和成份以及铁水预处理 三个功能【1 1 。宝钢现有公称容量3 2 0 t 的混铁车7 6 台，每天投入生产运行的 约6 2 台，日运送并处理铁水4 万t 左右，是生产主作业线上主要设备之一。 1 9 8 5 年9 月，宝钢一期投产，首批从新日铁引进的混铁车计1 8 台开始 投运。 1 9 8 9 年下半年，宝钢连铸投产，随着铁水脱硫和深脱硫量及脱硫比例 的不断增加，混铁车内衬耐火材料的寿命亦急剧下降。为此，对混铁车内衬 耐火材料进行了改进，由性能优良的不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖逐步取代原来的莫 来石砖( 渣线部位) 和低气孔粘土砖( 其它部位) 【2 3 1 。 1 9 8 9 年1 1 月至1 9 9 1 年，随着2 号高炉的投产，宝钢又陆续新增了2 8 台混铁车，使混铁车数量增加到了4 6 台。 1 9 9 2 年，宝钢混铁车内衬耐火材料全部使用不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖。由于 耐火材料质量和砌筑维修质量都在不断提高，混铁车内衬耐火材料的使用寿 命稳步提高，1 9 9 7 年平均使用寿命为1 2 2 6 炉。 1 9 9 4 年，3 号高炉投产，混铁车数量达到5 2 台。 1 9 9 8 年，混铁车的数量又进一步增加至7 0 台。1 9 9 8 年下半年，新投产 的二炼钢采用了斜插喷枪喷吹粉剂的铁水预处理方式，与一炼钢采用直插喷 枪喷吹粉剂相比，其对耐火材料损伤程度大幅度加剧，使混铁车内衬寿命下 降了3 0 以上。 2 0 0 5 年又新增混铁车6 台，混铁车的数量达到了7 6 台。 1 1 2 宝钢的铁水预处理生产工艺 为净化钢水，降低成本，提高炼钢效率，国外从6 0 年代开始对铁水进 行预处理。宝钢二炼钢投产后，三脱率明显提高，分别达到了脱硫率1 0 0 、 脱硅率8 。1 3 、脱磷率5 8 t 4 6 l 。 东北大学项士学位论文 第一章绪论 1 1 2 1 三脱方式 1 9 9 8 年投产的二炼钢采用从日本川崎制铁引进的斜插喷枪喷吹粉剂的 铁水预处理方式，与一炼钢采用的直插喷枪喷吹粉剂方式相比有诸多不同， 需要在炼铁厂出铁场的摆动溜嘴内进行脱硅处理，在混铁车内进行脱硫、脱 磷处理【7 l 。为了适应多种铁水预处理方式的要求，喷吹粉剂的种类、成份以 及处理后熔渣的成份都作了较大的改进【8 1 。 宝钢一炼钢有两套新日铁开发的t d s ( 顶吹) 法脱硫装置喷吹方式均为 脱硫枪直插式。二炼钢系统中，从日本引进两套单侧脱硫斜插式，在工艺上 取得了较好的三脱效果，但由于两支脱硫枪均为同一方向，使单侧顶部受铁 水和渣的冲刷比直插式要严重得多【9 d 1 1 。 由于在脱磷的同时伴随吹氧，混铁车内衬整体熔损情况加重，通常决定 混铁车大修炉龄的锥体下部圆的熔损情况也相应加重。 1 1 2 2 三脱剂的使用 一炼钢现在使用的是c a 系复合三脱剂( 主要成分为c a o 、c a c 2 ) ，由于 该脱硫剂在混铁车内形成高碱度渣，因此，对混铁车内衬耐火材料有强烈的 侵蚀作用。 二炼钢使用的是添加了n a 2 c 0 3 的n a 系三脱剂，对混铁车内衬耐火材 料的侵蚀程度比一炼钢更严重。 1 1 2 3 混铁车铁水预处理作业运行情况 根据设计，铁水的三脱处理是在从高炉到转炉的储运过程中进行的。混 铁车在运转过程中，单脱硫处理时间为3 0 m i n ，三脱处理的时间为l 一2 h ，。铁 水预处理时间明显增长。一炼钢、二炼钢铁水预处理工艺参数如表1 1 所示。 表1 1 宝钢一炼钢、二炼钢铁水预处理工艺比较 t a b l e1 1h o tm e t a lp r e t r e a t m e n to fn o ia n dn o 2s t e e l m a k i n gp l a n t si nb a o s t e e l 一一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 随着二炼钢钢产量的增加以及三脱比例的提高，混铁车内衬耐火材料的 使用寿命呈下降趋势。 1 1 3 宝钢混铁车内衬耐火材料的改进 为适应铁水预处理工艺对混铁车内衬耐火材料的要求，宝钢混铁车从投 运至今，内衬耐火材料已作了几次改进。一期为进口致密粘土砖和莫来石砖， 二期为国产同类产品；1 9 9 3 年，开始使用不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖【1 2 。1 4 1 ；1 9 9 6 年以后，由于三脱工艺的不断变化，混铁车各部位耐火材料损毁情况各有不 同，需不断调整不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖的成分。对混铁车内衬耐火材料进行调 整的情况见表1 2 。 表1 2 混铁车内衬炉龄与三脱率的关系统计表 t a b l e1 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a m p a i g nl i f ea n dt h er a t i o so fd e p h o s p h o r i z a t i o n ， d e s u l p h u r i z a t i o na n dd e s i l i c o n i z a t i o n 三脱率。混铁车内 三脱剂的单 年份 s p 耗，k g t 衬平均炉内衬耐火材料 龄，c h 1 9 8 5 2 0 5 l 1 9 8 61 7 3 l 1 9 8 72 3 9 0 1 9 8 81 9 5 4 1 9 8 92 5 9 5 1 9 9 04 6 1 2 1 9 9 ls 7 0 2 1 9 9 3 7 8 0 0 1 9 9 48 9 o o 1 9 9 59 4 0 0 1 9 9 6 1 0 0 0 0 1 9 9 8l o o o o 1 9 9 9 1 0 0 0 0 5 ，6 6 7 3 - 5 3 - 5 2 0 0 0 1 0 0 o o1 0 - 1 3 5 - 8 2 0 0 2 3 。3 0 3 1 6 4 2 8 3 9 4 3 5 l 3 2 5 1 1 7 9 1 1 2 - 1 3 5 1 2 5 - 1 4 5 1 2 5 - 1 4 5 1 3 7 6 1 6 1 4 1 2 5 - 1 4 5 1 3 7 6 - 1 6 1 4 - 3 6 8 0 6 5 6 6 7 3 7 1 3 7 7 3 1 2 4 5 1 2 1 7 1 2 2 7 1 2 0 8 1 1 7 3 1 0 4 5 8 7 0 1 0 5 0 日本进口n 8 2 砖、x 1 1 8 砖 国产化n 8 2 、x 1 1 8 砖； 不烧a 1 2 0 3 s i c - c 砖部 分试验 不烧a i 2 0 3 - s i c c 砖 不烧a 1 2 0 3 - s i c c 砖局 部调整 不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖在 三脱工艺后的适应性调 整 不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖的 调整 东北大学硕士学位论文第一章绪论 2 0 0 31 2 5 1 4 51 0 5 0 不烧a 1 2 0 ，- s i c c 砖 1 0 0 o o1 0 1 35 - 8 2 0 0 61 3 7 6 - 1 6 1 41 1 5 0 烧成a 1 2 0 3 - c 砖 注：混铁车内衬耐火材料使用时间均在一年以上，故三脱率对使用寿命的影响有滞后 性。 1 1 4 日本川崎制铁与宝钢的比较 日本川崎制铁早期的三脱率仅为1 0 ，混铁车炉龄一度下降至7 0 0 7 5 0 炉。而目前，其三脱率要远高于宝钢( 脱磷率为6 0 8 0 ) ，但由于7 i i 崎制铁 及时研究了各部位适用的耐火材料，使混铁车炉龄维持在1 0 0 0 炉左右。据 资料统计，日本川崎制铁千叶制铁所混铁车的吨铁单耗耐火材料为 o 7 5 o 8 0 k g t 。 1 9 9 7 年，宝钢混铁车的平均使用寿命( 未经过脱磷、脱硅) 为1 2 8 0 炉； 1 9 9 8 年为l1 7 3 炉；1 9 9 9 年则只有1 0 4 5 炉。其中，从1 9 9 8 年3 月开始，宝 钢脱硅、脱磷率为5 1 0 ，内衬耐火材料的局部熔损速度增加了十几倍，据 统计，当时的平均炉龄为8 5 0 炉左右，还呈下降趋势，这种形势一直持续至 2 0 0 1 年【15 1 。 1 2 课题背景 宝钢在国内首家采用混铁车进行铁水储运，混铁车内衬耐火材料是铁水 运输安全的重要保障。混铁车使用二十年多来，内衬耐火材料随着生产工艺 和铁水预处理工艺的变化而不断调整和改进，使混铁车既能满足正常生产运 行和正常检修工作的需要，又能通过技术改进和加强检修管理，最大限度地 降低运行成本。 受炼钢工艺发展的影响，铁水预处理技术得到了改善，混铁车不仅是铁 水运输的主要设备，更是铁水预处理的主要设备。这就推动了混铁车内衬耐 火材料的更新换代【1 6 1 。 宝钢的三脱铁水预处理工艺，造成混铁车内衬蚀损严重，炉龄急剧下降， 直接影响到混铁车的正常运行和检修成本【17 1 。宝钢提出“国内外研究同步进 行”，同意从日本引进两套混铁车用不烧a 1 2 0 3 s i c c 砖。2 0 0 0 年8 月至2 0 0 1 年2 月问，宝钢与日本川崎制铁和日本品川白炼瓦进行多次关于混铁车用耐 火材料的专题技术交流，并与日本川崎制铁就混铁车用砖引进事宜进行了洽 东北大学硕士学位论文第一章绪论 谈，但由于日方不能对其产品的使用寿命作出书面承诺，公司决定放弃引进， 而全部依靠自身力量开发，并保证现场的安全使用。 基于这种背景，适应三脱工艺的混铁车长寿综合技术的研究于1 9 9 8 年1 2 月开始启动，各项工作在项目参加单位和项目组全体成员的共同努力 下，依靠自身的力量，经过5 年多的研究和现场实施，已经圆满完成项目的 所有要求，并将继续改进。- 1 3 主要研究内容与方法 1 3 1 研究内容 本课题作为适应三脱工艺的混铁车长寿综合技术的研究的一个重要 组成部分，主要研究以下几个方面的内容： ( 1 ) 针对目前的三脱工艺，对混铁车内衬耐火材料的蚀损机理进行分析； ( 2 ) 混铁车内衬耐火材料的研制： ( a ) 混铁车不同部位用不烧a s c 砖的研制开发； ( b ) 混铁车直筒部顶部用烧成a c 砖的研制开发。 ( 3 ) 新开发耐火材料的工业性试验使用情况分析。 1 3 2 研究方法及思路 ( 1 ) 由于混铁车内衬各部位耐火材料蚀损情况各有不同，使用后表现出 来的损坏程度也不一致，故我们初步把混铁车耐火材料分为渣线部、顶部( 渣 线上部) 、铁水部、炉1 2 1 部、直筒部冲刷部来进行蚀损情况分析。 ( 2 ) 根据各部位耐火材料的损毁情况，并结合铁水预处理三脱工艺，进 行混铁车内衬蚀损机理的分析。 ( 3 ) 根据混铁车内衬蚀损机理的分析，研制混铁车内衬耐火材料。 j 3 东北大学硕士学位论文第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 混铁车内衬各部位耐火材料的损毁机理各有不同【1 引，使用后表现出来的 损坏程度也不一致，初步把混铁车耐火材料分为渣线部、顶部( 渣线上部) 、 铁水部、炉口部、直筒部冲刷部进行分析。 2 1 宝钢混铁车内衬耐火材料的损毁情况 宝钢混铁车内衬各个部位耐火材料的蚀损速度因铁水预处理工艺的变 化以及蚀损方式和机理不同的而各异【1 9 】。通常，蚀损最严重的部位，亦是进 行中修或大修的根据。所以，需要针对混铁车内衬耐火材料的损毁情况，调 整检修工艺和检修模式。 混铁车内衬( 如图2 1 所示) 各个部位耐火材料的损毁情况因生产工艺的 变化而不断变化，损毁最严重部位正是检修的重点。 2 1 1 炉口部位 图2 1 混铁车内衬砌筑简图 f i g 2 1b r i c k l a y i n go fl i n i n gi nt o r p e d oc 8 r $ 炉口长期受铁水冲刷、渣铁侵蚀以及排铁水时每冷急热交替变化，损毁 速度较快。通常表现为剥落、渣侵蚀和氧化熔损【2 0 ，2 1 1 。 2 1 2 炉内铁水冲刷部 该部位主要在兑铁水时受高温铁水冲击，在炉内的直筒部( 见图2 2 所示 阴影部) 易形成“凹坑状 。此处的砖缝为最薄弱环节 东北大学硕士学位论文 第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 尉部 图2 2 直筒部内衬熔损示意图 f i g 2 2m e l t i n gl o s so ft h ec y l i n d e rl i n i n g 由于三脱率的提高，渣量增大，使此部位受渣侵蚀程度更加严重，此外， 脱硫剂对内衬耐火材料也有强烈的侵蚀作用。同时，渣线上部明显被氧化。 2 1 4 脱硫枪喷流冲刷部位 一炼钢直插式的脱硫枪，使混铁车内的铁水翻腾，对锥体部中下部造成 熔损；二炼钢斜插式的脱硫枪，则对混铁车直筒部顶部砖造成异常磨损，平 均熔损速度约是前者的1 5 倍。 2 1 5 锥体部中下部 该部位由于受铁水及渣的翻腾冲刷，倒铁水时还受铁水的拍打，熔损较 为严重。其它部位使用的耐火材料不断改进后，该部位成为决定大修炉龄的 重要因素，其熔损示意图见图2 3 。 ! 瓣 灌。 l 图2 3 锥体部内衬熔损示意图 f i g 2 3m e l t i n gl o s so ft h ec o n e 7 - 东北大学硕士学位论文第二章混铁车内村耐火材料损毁机理 该部位寿命的特殊性和重要性在于其在一代炉役中是无法更换的，因 此，当通过各种手段不能使锥体部安全使用时，混铁车就必须停炉大修，一 代炉役也就随之结束。 2 2 影响不烧a 1 2 0 3 一s i c - c 砖( 以下简称不烧a s c 砖) 损毁 的因素 2 2 1 铁水预处理的喷吹方式 混铁车铁水预处理工艺的原理是：通过插入装载在混铁车内的喷枪，喷 吹携带脱硫( 或脱磷、脱硅) 粉剂的不活泼气体，在搅拌铁水的同时，脱硫( 或 脱磷、脱硅) 粉剂与铁水中的硫( 或磷、硅) 发生反应，反应产物作为渣子上浮 并与铁水分离，实现降低铁水中有害元素的目的【2 2 1 。宝钢一、二期即一炼钢 采用如图2 4 所示喷枪直插方式，宝钢三期即二炼钢采用如图2 5 所示喷枪 斜插方式。 图2 4 一炼钢直插式脱硫枪 f i f , 2 4v e r t i c a l - i n s e r td e s u l p h u r i z a t i o nl a n c e i n n o 1s t e e i m a k i n g p l a n t 越b a o s t c c l 图2 5 二炼钢斜插式脱硫枪 f i 吕2 5i n d i n e d - i n s e r td e s u l p h u r i z a t i o nl a n c e i nn o 2s t c c h n a k i n gp l a n t 越b a o s t e e i 三期投产以后，混铁车在一炼钢与二炼钢间混用。从图2 4 可以看出， 喷枪采用直插方式喷吹作业时，搅拌从中间向两侧进行，铁水和熔渣在混铁 车顶部耐火材料表面的翻溅分散在两侧，铁水和熔渣对混铁车顶部耐火材料 熔损和侵蚀也分散在两侧：铁水、熔渣和喷吹后从铁水内部逸出的高温气流 对混铁车顶部耐火材料表面的冲刷以及机械磨损也分散在两侧。而喷枪采用 斜插方式喷吹作业时( 见图2 5 ) ，搅拌单方向进行，铁水和熔渣集中翻溅在混 铁车插枪侧顶部耐火材料表面；铁水、熔渣和喷吹后从铁水内部逸出的高温 气流对混铁车顶部耐火材料表面的冲刷作用集中在单侧，该侧所受到的损毁 异常严重。 东北大学硕士学位论文 第二章混铁车内村耐火材料损毁机理 2 2 2 铁水预处理粉剂 宝钢一期铁水预处理仅仅是脱硫，二期铁水预处理只做过几次混铁车内 脱磷、脱硅试验，实际上二期铁水预处理也只是脱硫。随着高品质、高附加 值产品的增加，三期投产以后，宝钢才逐步实施三脱。同时，三脱所使用的 粉剂也出现了很大的变化。脱硅粉剂配入大量的烧结矿粉，脱硫脱磷粉剂 配入了萤石、苏打和烧结矿粉、氧化铁皮，这使铁水预处理后的熔渣的理化 性质有了很大的变化。 2 2 2 1 铁水预处理粉剂对熔渣物理性能的影响 由于宝钢三期铁水预处理所使用粉剂的变化，使混铁车内熔渣中f e o 、 f e 2 0 3 、c a f 2 和n a 2 0 的含量提高，熔渣粘度下降，耐火材料向熔渣的溶解 速度和熔渣向耐火材料的扩散速度也加快。 2 2 2 2 铁水预处理粉剂对熔渣化学性能的影响 ( 1 ) 熔渣对a 1 2 0 3 s i 0 2 系耐火材料的侵蚀 一炼钢使用的是c a o c a c 2 系粉剂，粉剂的反应产物与耐火材料形成 a 1 2 0 3 - s i 0 2 一c a o 三元系。由a 1 2 0 3 s i 0 2 c a o 三元系相平衡图【2 3 】可知( 见图2 6 所示) ，熔渣与耐火材料反应的产物是c 3 a 、c a s 2 以及c 2 a s 等，c s 、c a s 2 和c 2 a s 的最低共熔点是1 2 6 5 ，s i 0 2 、c a s 2 和c s 的最低共熔点是1 1 7 0 。 二炼钢的粉剂配入了苏打粉，粉剂喷入铁水后，苏打高温分解产生的n a 2 0 进入熔渣。系统内除了产生与a 1 2 0 3 s i 0 2 c a o 系统相同的反应产物及低共 熔物外，还产生a 1 2 0 3 - s i 0 2 - n a 2 0 三元系统的反应产物及低共熔物。 图2 6a 1 2 0 3 s i 0 2 c a o 三元相图 f i g 2 6a 1 2 0 3 s i 0 2 - c a ot e r n a r yp h a s ed i a g r a m 东北大学硕士学位论文第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 由图2 7 所示的a 1 2 0 3 s i 0 2 - n a 2 0 三元系的相平衡图【2 4 】可知：熔渣与耐 火材料反应的产物是钠长石、霞石、三斜霞石以及莫来石等，在 a 1 2 0 3 s i 0 2 - n a 2 0 三元系中，钠长石、n a 2 0 2 s 1 0 2 和石英的最低共熔点是 7 4 0 c ，n a 2 0 2 s 1 0 2 、n a 2 0 s i 0 2 和霞石的最低共熔点是7 6 0 ，霞石、三斜 霞石和n a 2 0 s i 0 2 的最低共熔点是9 1 5 3 2 。 鸯i 毪 l 图2 7a 1 2 0 3 - s i 0 2 - n a 2 0 三元相图 f i g 2 7a 1 2 0 3 一s i 0 2 - n a 2 0t e r n a r yp h a s ed i a g r a m 反应产生的熔渣一方面与耐火材料表面接触，使其产生侵蚀砖，另一方 面，在1 4 0 0 3 2 左右的高温下，苏打分解产生的n a 2 0 蒸气则会沿着混铁车喷 枪插入侧进入顶部砖的气孔内部，与砖中的a 1 2 0 3 和s i 0 2 反应。如前所述， 反应产物也是一低熔点化合物。无论这些反应发生在砖体表面或者内部，在 生成钠长石、霞石等低熔点物相的同时，还伴随有+ 1 0 左右的体积膨胀， 使得砖体疏松，强度下降，引起结构剥落。而疏松的砖体使n a 2 0 蒸气更容 易由表及里地侵蚀耐火材料，从而使砖体的损毁速度加快。 ( 2 ) 铁水预处理粉剂对耐火材料中c 的氧化 在高温状态下，粉剂中的铁鳞( 主要成份为f e o 和f e 2 0 3 ) 容易氧化耐火 材料中的c 。另外，在高温状态下n a 2 0 亦是强氧化剂。图2 8 示出了各金 属氧化物的标准自由能与温度的关系【2 5 1 。由图可知，n a 2 0 的活性( 氧化 性) 远比其它金属氧化物高，随温度升高，其活性( 氧化性) 增大，且增大幅度 比其它金属氧化物大；n a 2 0 和c 的化学反应是可逆反应( 如式2 1 所示) ， 反应平衡点在1 0 0 0 c 左右。当温度低于1 0 0 0 时，反应向左进行；而当温 1 0 东北大学硕士学位论文第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 度高于1 0 0 0 c 时，反应则向右进行。而铁水预处理温度在1 3 0 0 以上，此 时，反应( 2 1 ) 向右进行，c 被n a 2 0 氧化。随着c 的不断氧化，砖体交得疏 松，这一方面促进了熔渣对砖体的侵蚀，另一方面由于砖体的强度下降，其 在机械作用下的磨损和损坏也加快。 n a 2 0 + c h 2 n a + c o ( 2 1 ) 趣度 图2 8 氧化物的稳定性与温度的关系图 f i g 2 8t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e no x i d ea c t i v i t ya n dt e m p e r a t u r e 2 2 3 吹氧工艺 宝钢三期正式开始实施铁水预脱磷。脱磷不仅需要高碱度渣，还需要氧 化剂。因此，往往向混铁车内喷入配有铁鳞的粉剂或把铁鳞和其它熔剂一起 加入混铁车内，同时吹氧，达到缩短脱磷时间和形成强氧化气氛提高脱磷效 果的目的【2 6 1 。与一、二期相比，三期的脱硫和深脱硫比例提高，部分铁水还 需要脱硅处理，铁水预处理时间延长，喷吹不活泼气体的量也增加，铁水温 度下降。从热力学上来说，铁水温度低，越有利于脱磷。但从保证后道工序 所需热源的角度考虑，则希望预处理后的铁水温度仍较高。铁水脱磷需要吹 氧，吹氧使铁水温度升高，合理地平衡铁水脱磷效果和冶炼所需热源这两个 因素，才能取得最佳的综合效果。宝钢三期铁水脱磷采用合适的混铁车吹氧 方式，达到了预期的效果。但是，混铁车吹氧工艺的采用，加快了混铁车内 衬耐火材料的损坏。 另外，宝钢三期投产后，虽然现在一炼钢和二炼钢的铁水预处理方式不 东北大学硕士学位论文第二章混铁车内衬耐火材料损毁机理 同，混铁车也是一炼钢和二炼钢混用的，但对每一台混铁车来说，一炼钢和 二炼钢使用的概率是相同的，因此、无论从平均水平来说，或者从每一台混 铁车来说，混铁车内衬耐火材料的使用寿命都是明显下降的，混铁车内衬用 不烧a s c 砖的使用寿命由单脱硫时的1 3 0 0 1 4 0 0 炉下降至现在的8 0 0 9 0 0 炉，其中下降最为严重的是插枪侧顶部用耐火材料的寿命。 东北大学硕士学位论文第三章混铁车内衬不烧a s c 砖的研制 第三章混铁车内衬不烧a sc 砖的研制 3 1 研究的主要内容 本课题是在三脱工