铁水预处理用耐火材料.doc

东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 东北大学继续教育学院毕业论文 论文题目： 铁水预处理用耐火材料的现状和发展方向 姓 名： 华明智 学 号： 201003689635 专业： 冶金工程 学习中心：萍乡奥鹏 住址：江西萍乡楚萍路金典城29栋-505 电话：Email: 完成日期： 2012 年 3 月 11 日 指导教师： 陈敏 摘 要随着科学技术进步使钢铁工业得到了前所未有的发展，而铁水预处理已成为提高钢产品质量，扩大刚才品种，降低成本的重要工艺手段。铁水预处理主要包括脱磷、脱硫、脱硅的“三脱”技术。我国对铁水“三脱”技术的研究起步较晚，为了较快速度、较高起点的开发和应用铁水“三脱”技术，宝钢、武钢、上钢三厂于90年代初期分别从日本和西德引进了混铁车喷吹、KR搅拌，铁水包喷粉和摇包等铁水预处理工艺和装备，经过进一步的改进及多年的生产实践，我国铁水“三脱”技术已日趋完善，并已取得显著地经济效益。铁水的预处理所用耐火材料主用有出铁沟浇注料（部分使用捣打料），混铁车（包括鱼雷混铁车、铁水罐、专用炉）铝碳碳化硅砖、喷补料，喷枪等，其材料主要是铝碳质和铝硅质，包括AL2O3-SiC-C质，AL2O3-SiO2-C质，Al2O3-SiO2等。关键词：铁水预处理、耐火材料、三脱、喷枪、KR搅拌AbstractWith the development of science and technology in the iron and steel industry got hitherto unknown development, while the hot metal pretreatment has become to improve steel product quality, expand just breed, reduce the cost of the important technological means. The pretreatment of hot metal dephosphorization, desulfurization, including silicon removal three off technology.Our country on hot metal three off technology of a late start, in order to faster speed, higher starting point for the development and application of hot metal three off technology, Bao steel, Wuhan steel, shanghai steel plant three to 90 time initial stage from Japan and Germany introduced the torpedo car blowing, KR mixing, ladle and shaking ladle etc molten iron pretreatment technology and equipment, after further improvement and production practice for many years, our country iron three off technology has improved, and has achieved significant economic benefits.Hot metal pretreatment for refractory castable for trough of the Lord ( part of ramming material ), the torpedo car ( including the torpedo torpedo car, a molten iron tank, special furnace ) aluminum carbon silicon carbide brick, gunning materials, spray gun, the material is mainly aluminum carbon and aluminium siliceous, including AL2O3-SiC-C, AL2O3-SiO2-C matter, Al2O3-SiO2 etc.Key words: hot metal pretreatment, refractory materials, three off, Spray gun，KR mixing method目 录摘 要2Abstract31.绪论71.1 研究的目的和意义 71.1.1研究目的71.2.2研究意义 82.铁水预处理“三脱”及耐火材料 82.1铁水预处理用耐火材料常见分类 82.2.1铁水预脱磷 92.2.2铁水预脱硅102.2.3铁水预脱硫112.3.1出铁沟用耐火材料112.3.2鱼雷混铁罐车用耐火材料122.3.3喷枪用耐火材料132.3.4铁水搅拌器用耐火材料142.4国内铁水预处理耐火材料的现状与发展153.总结 18参考文献19 1. 绪 论1.1研究目的和意义1.1.1研究目的采用铁水预处理的目的在于提高铁水质量和分散转炉的冶炼功能，减轻或取消转炉的脱磷、脱硫负担，从而使转炉的冶炼功能着重于脱碳和升温，提高钢的质量，具有单一化、专门化的特点。另外，由于减去了转炉的脱磷、脱硫操作，实现了少渣精炼。缩短冶炼时间，增加了钢产量。为了实现钢的纯净化、钢的高级化和降低生产成本，全国各大钢铁企业均采用了独自的铁水预处理方法，且主要使用铁水包、混铁车和专用包作为冶炼容器，这些冶炼容器所用耐火材料肩负着非常重要的作用。转炉溅渣护炉后炉龄可达万炉以上，高炉采用炉壁水冷技术以后，其寿命可达15年以上，然而铁水预处理炉衬寿命低、维修频繁，大大制约了冶炼优质钢种的工艺过程，限制了产能的扩大，增加生产成本。要大幅度提高铁水预处理炉衬寿命，从耐火材料来讲，一方面必须改进炉衬材料的组成性能，另一方面应改进修复材料的性能与维护方法。1.2研究意义当今钢铁工业仍然是以高炉转炉长流程工艺为主流，钢产量约占总产量的70，但其工艺在不断发展，随着分步炼钢的出现，转炉炼钢工序已分解成铁水预处理、转炉冶炼、炉外精练三个阶段，将炼钢的各种化学反应由过去在一个转炉内进行而分解到三个阶段来完成，各种化学反应在其最佳的条件下进行，结果是提高了生产率，降低了生产成本，获得了质量更加纯净的钢，满足了各种工业对钢质的更高要求。对铁水预处理用耐火材料的要求是：（1） 高温强度大，耐磨损;（2） 耐各种与处理剂的侵蚀作用;（3） 抗炉渣的侵蚀性能好；（4） 耐热震性能好，不发生开裂、剥落掉片；（5） 便于现场应用和施工，对环境污染少。本文就改进耐火材料性能，提高炉衬寿命。针对喷枪，钢结构和耐材材质对喷枪性能影响的研究，降低成本提供理论的支持。2.铁水预处理“三脱”及耐火材料2.1 铁水预处理用耐火材料常见分类 铁水的预处理所用耐火材料主用有出铁沟浇注料（部分使用捣打料），混铁车（包括鱼雷混铁车、铁水罐、专用炉）铝碳碳化硅砖、喷补料，喷枪等，其材料主要是铝碳质和铝硅质，包括AL2O3-SiC-C质，AL2O3-SiO2-C质，Al2O3-SiO2等铁水预处通常在高炉出铁沟、鱼雷混铁罐车和铁水包中进行，铁水预处理用耐火材料一般指用于下列几方面的耐火材料：（1） 出铁沟用耐火材料；（2） 鱼类混铁罐车和铁水包用耐火材料；（3） 喷枪用耐火材料；（4） 铁水搅拌器用耐火材料。 2.1.2铁水预处理过程中，耐火材料主要遭受的侵蚀 铁水预处理过程中，耐火材料遭受的侵蚀破坏作用主要是以下几个方面：（1） 高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；（2） 各种预处理的化学侵蚀作用；（3） 炉渣的渗透和侵蚀作用；（4） 间歇操作带来的温度聚变作用；（5） 扒渣等机械损坏作用。 2.2.1铁水预脱磷铁水预处理脱磷方法按处理设备可分为炉外法和炉内法。炉外法设备有铁水包和鱼雷罐，炉内法设备有专业炉和底吹转炉。按加料方式和搅拌方式可分为喷吹法、顶加溶剂机械搅拌法（即KB法）以及顶加溶剂吹氮搅拌法等。铁水脱磷剂主要由氧化剂、造渣剂和助熔剂组成。其主用在于供氧将铁水中的的P氧化成P2O5，使之与造渣剂结合成磷酸盐在脱磷渣中。目前工业上应用的造渣剂主要有两类：苏打（即碳酸钠），它既能氧化P。又能生成磷酸钠留在渣中；另一类是石灰系脱磷剂，它是由氧化铁或氧气将P氧化成P2O5，再与石灰结合生成磷酸钙留在渣中。工业上使用的氧化铁有轧钢皮、铁矿石、烧结返矿、锰矿石、除尘粉等，此类脱磷剂往往需要添加助熔剂以改善脱磷渣性能，多采用萤石和氧化钙等助熔剂。2.2.2铁水预脱硅铁水预脱硅指进入炼钢炉前的降硅处理，它是分布精炼工艺发展的结果。它能改善炼钢炉的技术经济指标，降低炼钢费用，也可以作为预处理脱磷脱硅的前处理，可降低脱磷处理剂的消耗，进一步生产纯净钢等各种优质钢。按处理场所的不同，铁水预脱硅分为在高炉出铁过程中脱硅和在铁水罐（或鱼雷车）中处理两种。按加入脱硅剂方法不同，有自然落下的上置法、喷枪在铁水面上的顶喷法和喷枪插入铁水的喷吹法等。按搅拌方法不同，有吹气搅拌、喷吹的气粉流搅拌和叶轮搅拌。从改善处理剂与铁水的反应动力学条件看，后两种较好，但需有相应的设备，铁水落下流搅拌最简单，吹气搅拌次之。各种脱硅方式的选择主要根据铁水含硅量、要求处理后的含硅量和已有的设备场地限制条件来确定。若铁水含硅量大于0.45%0.50%，应设置高炉前脱硅；若铁水需预处理脱磷脱硫，需先在铁水罐中脱硅，将含硅量降至0.100。15%以下。脱硅剂主要是冶金厂各种氧化铁，有轧钢皮、烧结矿、烧结尘，也可考虑转炉尘和铁精矿粉。一般还会加入一定量的熔剂，如石灰、萤石等，用于改进脱硅渣性能，提高流行性，减少泡沫渣。脱硅剂粒度用于铁水罐脱硅时较小，一般为0.5420.147mm，用于出铁厂脱硅时一般小于5mm。2.2.3铁水预脱硫铁水预脱硫的处理方法有KR搅拌法，喷枪喷吹法等。铁水预处理用脱硫剂一般分为苏打（Na2CO3）系脱硫、石灰（CaO）系脱硫剂、电石（CaC2）系脱硫剂和镁（Mg）基脱硫剂。2.3.1出铁沟用耐火材料（1）主沟耐火材料大型高炉主沟采用耐火材料主要为水泥结合浇注料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂。为了自流增加细粉与水的用量，多用在23个铁口的高炉，加入快干剂与促凝剂的浇注料，为快干浇注料，多用于单铁口的高炉或生产安排比较紧张的高炉。溶胶结合的快干浇注料高温抗折强度较高，因此在使用过程中，碳素没有氧化，对渣、铁的渗透的抵抗力强，因此抗侵蚀性能好。铁沟的耐火材料与主沟不同，他平时不储存铁水，没有长时间高温铁水及渣的浸泡，因此其渗透冲刷的破坏没有主沟严重；但铁沟属于高温下不连续使用，因此，热破坏较强，要求材料的抗热震性能好。由于铁水的渗透性强，破坏性较大，所以要求耐火材料致密，抗氧化性能好。免烘烤捣打料有其独特的性能，不用烘烤就可以投入使用；但由于使用液态树脂，有一定挥发性，对环境影响不好。2.3.2鱼雷混铁罐车用耐火材料鱼雷混铁罐车耐火材料内衬，按使用条件和耐火的应用，大致分为：隔热安全衬、罐口、渣线、渣线以下和铁水冲击垫衬等部位。通常，混铁罐车耐火材料内衬，在不同部位上采用不同的材质的耐火材料综合砌筑。不进行铁水预处理的混铁罐车内衬一般用优质粘土砖和高铝砖砌筑，在渣线部位采用AL2O3-SiC-C砖（即ASC砖）代替硅酸铝系耐火砖。在进行铁水预处理的混铁罐车中，由于使用环境恶劣，粘土砖和高铝砖已不能满足使用要求，已普遍改用耐侵蚀性能好的ASC砖砌筑内衬。2.3.3喷枪用耐火材料喷枪浇注料则按照不定耐火材料通用制样工艺，先按照实验方案配料，然后根据料多少选择拌砂机容积和型号。喷枪用耐火材料使用温度在12601320之间，主要存在的使用问题：铁水、铁渣对喷枪耐火材料的冲刷和侵蚀，多次热震造成的喷枪耐火材料的裂纹和剥落，喷枪使用过程中的摆动对喷枪的机械损害等；喷枪的使用环境要求和使用过程中存在的一系列问题，决定了喷枪耐火材料的研究思路。喷枪在烘烤过程中出现炸裂现象，主要因为烘烤过程中排水过快，通过添加有机纤维和控制升温速度解决了这个问题。喷枪在养护后的搬运过程中，容易造成中间裂纹，为保证足够的常温强度，又添加了一定量的不锈钢纤维。合理加入量的防爆纤维防止了喷枪烘烤过程中的炸裂，钢纤维的加入既保障了喷枪的常温强度又保障了在使用过程中具有较好的热震稳定性，所选择的主材质和添加剂，既满足了喷枪的正常搬运安装，又满足了高温使用环境的需要。2.3.4铁水搅拌器用耐火材料本文主要介绍下KR法铁水预处理中使用的耐火材料。此法的工艺流程是先将耐火材料制成搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形旋涡（中间低，四周高），此时加入脱硫剂后，脱硫剂微粒在桨叶部区域内由于搅拌而分散，并沿着半径方向“吐出”，然后悬浮，绕轴心旋转和上浮于铁水中，也就是说，借助这种搅拌的作用使脱硫剂卷入铁水中并与之接触，混合、搅动，从而进行脱硫反应。当搅拌器开动时，在液面上看不到脱硫剂，停止搅拌后，所生成的干稠状渣浮到铁水上，扒渣后即可达到脱硫目的。针对KR法铁水预处理的工艺特点对搅拌头预制件的使用要求，确定KR搅拌头采用耐热钢纤维增强刚玉莫来石质超低结合浇注料进行预计；主要原料油全天燃料莫来石、红柱石、电熔白刚玉、刚玉微粉、硅微粉、莫来石微粉、纯铝酸盐水泥、耐热钢纤维等。我国于70年代后期就引进了此项技术，有关的研究与应用已走在其他企业的前面，产品质量和高附加值产品的开发也属世界前列。为大大提高铁水质量，使炼钢的成本降低，且钢水的质量提高。其中以昆钢的效果最为明显，铁水中的含硫量从110多个降到15个，明显增强了市场竞争力和提高了企业自身的经济效益。 2.4国内铁水预处理耐火材料的现状与发展随着科学技术进步使钢铁工业得到了前所未有的发展，而铁水预处理已成为提高钢产品质量，扩大刚才品种，降低成本的重要工艺手段。铁水预处理主要包括脱磷、脱硫、脱硅的“三脱”技术。我国对铁水“三脱”技术的研究起步较晚，为了较快速度、较高起点的开发和应用铁水“三脱”技术，宝钢、武钢、上钢三厂于90年代初期分别从日本和西德引进了混铁车喷吹、KR搅拌，铁水包喷粉和摇包等铁水预处理工艺和装备，经过进一步的改进及多年的生产实践，我国铁水“三脱”技术已日趋完善，并已取得显著地经济效益。国内研究主要集中在AL2O3-SiC-C砖（即ASC砖）的组成、性能于材质开发上，耐火材料不定形化已是一种必然趋势，它可作为整体炉衬和修复材料。铁水预处理的方式有两种：一种是同一容器中连续进行脱Si、脱P和脱S(简称“三脱”)处理，另一种是脱Si在高炉出铁中进行。如果脱Si处理在出铁沟中进行不彻底或是为了提高处理率，则有时需要用处理炉追加处理。因此作为处理容器就要充分考虑“三脱”过程中处理剂对其内衬的侵蚀。在脱Si处理时，通常使用FeO类；脱P处理时使用CaO-CaF2-Fe2O3或Na2CO3；脱S处理时，使用CaO-CaF2或CaC2处理剂。在脱S过程中，W(Mg)=10l2的Mg基脱S剂具有深脱S能力，铁水终S可达到小于0.005的要求：复合硬脂酸钠或碳酸钠对提高脱S效率有利；与硬脂酸复合可改善脱S剂的流动性与防潮性能；在脱S过程中，Mg是作为中间物参入脱S反应最终脱S产物仍为CaS。这些处理剂对耐火材料都具有较强的侵蚀作用。特别是纯碱类处理剂，由于主要成分为Na20，故对耐火材料有非常强的侵蚀作用，而其对石墨来说又是很强的氧化剂。石灰处理剂是CaS、CaF2和Fe203的混合物，除含有CaF2以外，还含有一定量的SiO2，这对制品的氧化物也会造成一定的侵蚀。对于顶砖的蚀损原因，除与飞溅铁水的反应有关外，还与空气中引起的氧化有关。当从铁水面上部吹入氧气时，该部位温度急剧升高而使砖严重蚀损。在这种高温、氧化气氛的条件下，与其使用Al203-SiC-C砖还不如使用烧成的高Al砖更合适。渣线处蚀损是其与处理剂反应引起的熔损，蚀损形态因各种处理剂不同而有一些差异。如脱Si处理后的Al203-SiC-C砖的显微组织显示：FeO先行于氧化砖体中的C和SiC，这样在反应区及炉渣中发现了由于FeO+CFe+CO的反应而生成的粒铁和由于CO气体造成的气泡。由FeO造成的A12O3的骨料熔损比较轻微。在使用Na2CO3进行脱硫处理后的Al203-SiC-C砖的显微组织显示：按一定速率发生砖的蚀损，是由于Na2O引起的C氧化，先行发生基质部分的氧化蚀损，A12O3骨料与Na2O相反应，边生成稳定的-A12O3，边剥落熔于炉渣中。在使用CaO系（CaO-CaF2-Fe2O3)处理