包钢炼钢用耐火材料概述

包钢炼钢用耐火材料概述包钢炼钢用耐火材料概述 第36卷增刊xx 3月包 钢 科 技ScienceandTechnologyofBaotouSteelVol 36 SupplementMarch x x包钢炼钢用耐火材 概述 侯 谨1 张铁军2 杨恩松3 1 包钢 集团 公司总工室 内蒙古包头 014010 2 内蒙古包钢钢联股份有限公司炼钢厂 内蒙古包头 014010 3 内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂 内蒙古 包头 014010 摘 要 文章概述了目前包钢转炉 钢包 中间包及铁水包和鱼雷罐等炼 钢系统耐火材 的品种及使用性能 并对其损毁形式作了简单介绍 关键词 炼钢 耐火材 使用性能 TF065 1 B 1009 5438 xx SO 0001 05OverviewofRefractoryUsedforSteel makinginBaotouSteelHOUJin1 ZHANGTie jun2 YANGEn song3 1 ChiefEngineerOfficeofBaotouSteel Group Corp Baotou 014010 NeiMonggol China 2 Steel meltingPlantofSteelUnionCo Ltd ofBaotouSteel Group Corp Ba otou014010 NeiMonggol China 3 CSPPlantofSteelUnionCo Ltd of BaotouSteel Group Corp Baotou014010 NeiMonggol China A bstract Inthisarticle itissummarizedthevarietiesandperforma ncesofrefractoriesusedinsteel makingsystemsofconverters steelladles tundishes hotmetallad les andtorpedocars etc inBaotouSteel Moreover theformsofdam ageforthemareintroducedbriefly K eywords steel making refractory performances 随着炼钢技术的发展 对耐火材 提出了 高的要求 宝钢投产及其所用耐火材 的国产化 使我国十几 来炼钢用耐火材 品种结构发生了根本性的变化 包钢随着平炉炼钢和模注工艺的淘汰 全连铸的逐步实现 转炉内衬 由焦油白云石砖发展到目前的优质MgO C衬 钢包内衬由普通的SiO2 Al2O3系耐火材 发展到Al2O3 MA砖 MgO C砖及Al2O3 MgO C系耐火材 滑动水口由普通高铝质和镁铝质发展为刚玉质和Al2O3 C系耐火材 耐火材 品种结构发生了很大变化 基本淘汰了传统耐火材 各品种的选择除考虑对钢水污染外 重要的是耐火材 的使用寿命与 抗侵蚀性和热震稳定性等性能 现就转炉 钢包 中间包及铁水包 鱼雷罐用耐火材 概述如下 1 包钢炼钢用耐火材料现状包钢炼钢系统共有两个厂 分别是炼钢厂和 薄板坯连铸连轧厂 其主要冶炼工艺参数见表1 主要耐火材 性能见 表2 xx 02 26作者简介 侯谨 1960 男 内蒙古凉城县人 博士 正高级工程师 长期从事耐火材 生产技 术管 工作 2包钢科技第36卷表1 主要工艺参数名称项目炼钢厂薄板厂铁水包公称容 t100210盛铁时 间 min25 5025 50铁水预处 部分铁水预脱硫部分铁水预脱硫使用 寿命 炉 1000 650鱼雷罐公称容 t260盛铁时间 h3 6铁水预处 无使用寿命 炉 800转炉数 座72公称容 t120 2 100 5210每炉冶炼时间 min约35约38出钢温度 1620 167016 20 1650维护形式喷补 投补 翻 喷补 投补 翻 xx 最高炉龄 炉140009000钢包公称容 t100210盛钢 t98215盛钢时间 min12090 浇注时间 min 炉 1 35 4038使用寿命 炉90 100100 110精炼形式LF VD LF RH精炼时间 min3538精炼温度 1570 16xx60 15801 1 铁水包耐火材 包钢铁水包按区域分有三类 分别归炼铁厂 炼钢厂 和薄板厂所有 炼铁厂铁水包为100t 内衬为铝碳化硅碳砖 使用寿命500 700次 承 担从高炉到钢厂大部分铁水的输送任务 其中有部分供炼钢厂的铁水 包需进 铁水预脱硫处 炼钢厂100t铁水包的使用分两种 一是在制钢一部只承担从混铁炉到 转炉铁水的输送任务 内衬包壁为铝碳化硅碳砖 包底为整体浇注 使 用寿命约1500次 另一种是制钢二部需进 铁水纯镁脱硫处 内衬全 部为铝碳化硅碳砖 使用寿命约1000次 薄板厂210t铁水包需进 铁水预脱硫处 铁水包内衬为铝碳化硅碳砖 和铝镁碳砖 使用寿命约650次 1 2 鱼雷罐耐火材 包钢260t鱼雷罐于xx 投入使用 共有14个 保温层采用复合绝热板 永久层采用普通高铝喷补 两个端面采用粘 土砖 工作层全部采用铝碳化硅碳砖 上半圆工作层与永久层之间采 用高铝可塑捣打 罐口采用高铝钢纤维浇注 鱼雷罐在运 过程中需进 2 3次冷检 目前使用寿命为800次 1 3 转炉用耐火材 包钢所有转炉均采用锆质纤维板为保温层 镁砖为永 久层 MgO C砖为内衬 并填充少 镁砂填充 出钢口采用等静压成型的MgO C质的材 吹氩采用MgO C质供气砖 维护采用镁质喷补 MgO C质溅渣护炉 及镁质大面补炉 同时使用高铝质挡渣棒或挡渣球 1 4 钢包用耐火材 100t钢包隔热层采用硅质保温板 永久层采用高铝浇 注 内衬渣线采用MgO C砖 包壁采用Al2O3 MA砖 渣线下部过渡砖采用MgO Al2O3 C砖 包底采用Al2O3 MgO C砖 包底永久层采用高铝质捣打 渣线上部包沿砖采用再生MgO C砖 水口座砖采用MgO C质 并采用铬质增刊包钢炼钢用耐火材 概述引流砂 钢包维护采用 镁质喷补 和刚玉质热修补 210t钢包与100t钢包 同的是包底也采用MgO C砖 而包沿采用浇注 1 5 滑动水口上 下水口为Al2O3 C质 滑板为Al2O3 C质和Al2O3 ZrO2 C质 100t钢包采用的是邯郸天正泰盛的滑动水口机构 210t钢包采用 的是维苏威的滑动水口机构 100t钢包上水口使用寿命15次以上 滑板和下水口5 6次 210t钢包 上水口使用寿命12次以上 滑板和下水口3 4次 表2 主要耐材 化指标部位品种 化指标w Al2O3 w MgO w C 体积密度 g cm 3 显气孔率 常温耐压 MPa常温抗折 MPa线变化 鱼雷罐铝碳化硅 碳砖 53SiC88 2 6 8 40 3普通高铝喷补 50 2 0 12 3 0 1高铝可塑捣打 70 2 2 15 3 0 5高铝钢纤维浇注 75 2 8 30转炉炉衬镁碳砖 74 14 2 9 5 35 10永久层镁砖 GB2275 87 1 大面补炉 75 2 4转炉喷补 80 2 4整体出钢口砖 72 15 2 9 3 30 8转炉出钢口填 85 2 4转炉接缝 82 7 2 0钢包渣线镁碳砖 74 14 2 9 5 35 10刚玉质无碳砖 90 3 0 45铝镁碳砖 80 6 2 85 7 40再生镁碳砖 70 12 2 8 4 30 5透气砖w Al2O3 Cr2O3 90 3 2 80 10透气座砖 90 3 0 50钢包上水口 70 6 2 8 10 30滑板 70 7 12 70 10钢包下水口 70 30钢包水口座砖 74 14 2 9 5 35 10 钢包永久层浇注 50 2 0 30刚玉自流浇注 90 2 9钢包渣线 喷补 75 2 2 15 3磷酸捣打 75 32 耐火材料消耗我国钢铁冶金用耐火材 的单耗近几 有较大的降低 发 达国家钢铁工业用耐火材 的单耗一般为6 12kg t钢 日本为6 8kg t钢 甚至小于5kg t钢 而我国的耐火材 消耗尽管由15 前的60kg t钢下降到目前的20 25k g t钢 但与工业发达国家相比 单耗仍高两倍以上 即使我国最先进 的现代化钢铁公司 耐火材 单耗也在10kg t钢左右 2 与日本的平 均水平仍有较大差距 包钢耐火材 单耗与先进钢厂的差距 为明显 34包钢科技第36卷3 耐火材料损毁形式3 1 M gO C砖20世纪70 代末日本首先在转炉上采用MgO C砖作为炉衬 因具有良好的使用效果而迅速推广 到目前为止仍居其 它材 难以替代的主导位置 MgO C砖是由抗碱炉渣强的MgO和难以被炉渣侵蚀与润湿的石墨为主要原 制成的复合材 具有优良的抗侵蚀性和热震稳定性 以下对其损毁主要形式进 讨论 3 1 1 炉渣的侵蚀炉渣的侵蚀是通过镁砂向炉渣的熔解 熔出和石墨的氧 化进 的 纯度高 w CaO w SiO2 高 的镁砂耐侵蚀性好 石墨纯度高 杂质 含 低 抗侵蚀性好 镁砂中方镁石晶粒大时耐侵蚀性好 方镁石晶粒小时 由于矿渣从大 的晶界侵润 于破损 镁砂向炉渣中熔出 耐侵蚀性差 另外 加入金 属添加物可提高抗侵蚀性 对镁砂的方镁石粒径和金属添加物对MgO C砖抗炉渣侵蚀性影响研究显示 加入少 金属添加物能显著提高MgO C砖的抗侵蚀性 控制镁砂细粉粒度有助于提高抗渣性 3 1 2 氧化损毁石墨难以被熔渣浸润 阻止渣向砖内浸润 能提高抗侵蚀性 但 氧化是其重大缺陷 石墨的氧化主要体现为 与O2和CO2的气体氧化 与熔渣中的铁氧化 物等的液体氧化和与MgO的反应 气相反应主要是由于出钢后冷却或待机修衬维护等过程中卷入空气 使氧气分压较高而发生碳的氧化 在砖表面附有炉渣 有助于保护石墨被氧化 有人研究在1000 以上 砖表面挂有炉渣对石墨的防氧化效果明显 低于1000 且随着温度的 降低保护石墨 被氧化的效果迅速下降 而加入金属 Al Si Mg Al SiC B4C 等的添加剂后 高温下由热 学反应自由能分析 金属 添加剂首先与O2反应形成氧化物 防止了石墨被氧化 3 液体氧化主要是炉渣中铁氧化物 FeO 被还原 而使石墨被氧化形成 脱碳层 发生炉渣浸润 与镁砂发生反应 从MgO向炉渣中的熔解度增 高和蚀损增大 而造成砖的蚀损严重 MgO和石墨熔点高 并能在约1800 以内较稳定地共存 氧化镁 一氧化碳的平衡关系 图略 如在砖内部发生MgO与石墨的反应 砖组织会劣化 急剧发生蚀损 日 本学者研究实际转炉炉内气份时 在1650 以上就会出现这些问题 山口等人也研究认为砖内部生成的Mg g 在工作面附近发生再凝聚氧 化 形成致密的氧化镁 但如何才能形成这种氧化镁致密层 以提高Mg O C砖的耐蚀性还有待于进一步研究 3 3 1 3 剥落损毁含碳材 一般抗剥 性能好 对于间歇操作出现的剥 损毁主 要是由于急冷急热造成的热冲击而发生的热应 和结构上的 均衡产 生龟裂和扩展的机械应 所致 而膨胀性石墨比鳞片石墨对MgO C砖而言具有 好的抗剥 性能 3 1 4 钢水的冲刷与磨损MgO C砖强度特别是高温强度越高 受钢水冲刷与磨损 越小 金属铝粉的 加入在提高石墨防氧化性能的同时 可显著提高砖的高温强度 另外 对于转炉炉口 炉帽主要是由于熔池部位和炉身部位的砖热膨 胀所产生的应 造成剥 和在清除挂钢挂渣时的机械冲击造成的脱 砌筑时留适当的膨胀缝 用包铁皮砖和抗拉砖实现砖的一体化或在砖 缝中夹入铝质膨胀金属 形成熔融结合及采用树脂压入 施工来实现 包括部分炉帽在内的全部炉口一体化结构等的形式 可得到改善 对于出钢口用含碳较低的MgO C砖的损毁主要是高温钢水流的磨损 而间歇过程中石墨的气相氧化 会助长磨损 添加防氧化剂金属粉生产抗氧化性和耐磨性好的低碳MgO C砖能提高使用效果 对于炉侧主要是废钢和铁水加入时造成的机械 磨损 切削和剥 提高砖的高温强度 并通过溅渣护炉与火焰喷补技 术能保持其耐用性 对于炉底砖主要是由于底吹气体产生的冷却作用和由风口周围发生 的熔损造成的背面侵蚀现象 处于剧烈的钢水流中形成的热剥 和钢 水磨损 资 介绍使用碳化物其特殊添加物生产的热震性和抗氧化性 好的砖或添加20 25 膨胀性石墨的MgO C砖有较好的效果 3 2 A l2O3 C质滑板滑板因使用条件 同 其材 的选择与损坏形式 同 Al2O3 C质滑板是以刚玉为主要原 在基质中引入少 磷片石墨或炭墨 在还 原气氛下烧结形成陶瓷 碳结合的耐火材 由于碳的引入使滑板热导率增大 热膨胀系数降低 抗热震性能提高 但由于经真空浸油气孔微细化 使材 抗侵蚀较强 但其组织致密 耐 热冲击性有所下降 因高温下碳 被氧化 滑板会出现结构疏松 抗侵 蚀性下降 增刊包钢炼钢用耐火材 概述其损坏形式主要体现为化学侵蚀和机械 损毁 3 2 1 化学侵蚀与高温钢水和炉渣接触 发生化学反应 造成化学侵蚀 在浇钢过程中碳的氧化 造成组织破坏 降低耐磨性出现 拉毛 现 象 如上下滑板吻合性差 缝隙偏大 有钢水渗入 滑动面则 出现严 重 拉毛 现象 使滑板摩擦阻 增大 严重时甚至出现 钢现象 添加 B4C Si Al SiC等防氧化剂可提高改善其抗侵蚀性能 但适当Al的 添加还可显著提高高温强度 3 2 2 机械损毁在浇钢时 滑板内孔突然受到强烈高温钢水的热冲击 使铸 孔周围产生热应 而形成以铸孔为中心的辐射状微细裂纹 裂纹的出现使钢水或钢渣渗透式挂渣 对滑板造成化学侵蚀 化学侵 蚀又促进了裂纹的形成与扩展 浇钢过程中高温钢水反复循环冲刷磨 损 使滑板铸孔逐步扩大损毁 滑板抗热震性较差 多次使用时会出现 渗钢 夹钢 现象 3 3 A l2O3 MgO C砖精炼钢包渣线常用MgO C砖砌筑 而包壁和包底Al2O3 MgO C砖是常用的材 之一 以刚玉 或90矾土熟 电熔镁砂及石墨制成 的Al2O3 MgO C砖 由于MgO的适 引入提高了抗渣性 MA的形成残余膨胀性增大 有利于 整体性 其损毁形式一般来说 在与渣的接触部位上 是以化学侵蚀为主 而在 渣的影响较小的其它部位 以结构性剥 为主 包壁以结构性剥 化学侵蚀 碳氧化为主 底部以结构剥 为主 在钢水冲击区 热态剥 磨损 为严重 浇钢结束后残渣的化学侵蚀较 明显 3 3 1 化学侵蚀与剥落钢水特别是CaO SiO2 FeO Al2O3系炉渣与砖中Al2O 3 MgO反应 形成低熔物而对砖衬蚀损 使用时MgO与Al2O3反应生成MA 发生体积膨胀 使基质部分产生微裂 纹 且在MgO小颗粒周围 这种微裂纹在冷却时会产生缝隙 当这种微 裂纹与缝隙连接并扩展到工作面时 就会使渣侵入到砖的内部 使砖 的成分受到化学侵蚀 与此同时 温度的反复变化则发生结构性剥 3 3 2 碳的氧化在正常使用时 Al2O3 MgO C砖工作面附近由于氧分压低 碳基本能稳定存在 但在烤包和浇钢后 砖中的碳会因空气中的氧而发生气相氧化 尤其是烘包后形成脱碳层 就会助长化学侵蚀和磨损 3 3 3 磨损出钢时钢水流的冲刷和透气砖气体的搅拌作用 使包底产生热态 剥 和磨损而损毁 在靠近电极附近 还由于高温钢水的作用 冲刷磨 损及化学侵蚀 为严重 也 损毁 3 3 4 穿钢损毁包衬由砌缝或砖产生裂纹 发生钢水从工作面穿到背面现象 3 4 精炼钢包用Al2O3 MA材 精炼钢包包壁采用Al2O3 MgO C砖或MgO Al2O3 C砖显著提高使用寿命 但由于含碳高和导热率较高的特点 存在钢水 温降大 钢水粘渣严重 以及砖中的碳在冶炼过程中会渗入钢液 对冶 炼纯净钢 低碳钢和超低碳钢极其 利 同时由于钢包浇注 受加水 养护温度 烘烤制度 施工条件及环境温度的影响 造成使用性 能的波动 限制了整体浇注 的推广使用 采用Al2O3 MA系预制件和 烧砖取得了较好的效果 其损毁主要是基质中Al2O3和 MgO在1000 左右开始形成MA 发生体积膨胀 使砖发生龟裂和剥 及 渣的渗透侵蚀 由于钢包内衬是在高温与降温的循环中作用 高温下砖衬与熔渣反应 形成低熔物被侵蚀 温度变化使砖严重剥 损毁 3 5 A l2O3 SiC C砖树脂结合 烧Al2O3 SiC C砖 具有良好的抗化学侵蚀性 抗热震性 抗机械冲刷性和耐磨损性 等 被广泛应用于铁水包和鱼雷车 其损毁特点为 在铁水部位反复被 高温铁水浸泡 受铁水的熔损和热冲击冲刷侵蚀 特别是在冲击区 受 高温钢水强烈的机械冲刷 高温铁水的熔损热冲击和机械冲刷是造成损毁的主要原因 在渣线部 位与熔渣和铁水接触 熔渣的化学侵蚀是损毁的主要形式 对于鱼雷 车顶部 使用时一般与铁水及熔渣接触较少 大部分时间 在高温氧 化气氛中 由于砖中的石墨 被氧化 往往导致砖被氧化发白 结构疏 松 强度下降而损毁 因此对于顶部用砖需要具备抗冲刷性和侵蚀性 重要提高其抗氧化 性 4 结束语随着包钢炼钢工艺技术的发展进步 对炼钢用 下转第46页 54 6包钢科技第36卷压 由旁通阀前馈 反馈控制系统方框图可看出 当高炉煤气流 V S 发生变化时 前馈控 制器获得此信息后 既按一定的控制动作来改变阀门的开度 以补偿 高炉煤气流 的变化对被控变 高炉炉顶压 的影响 同时对于前馈未能完全消除的偏差 以及未被引入前馈的其他干扰作 用 如高炉煤气温度的波动引起的炉顶压 的变化 在温度控制器获得 高炉顶压的变化信息后 通过温压补偿的流 计算对阀门产生校正作 用 这样两个通道的校正作用相叠加 将使高炉炉顶压 尽快的回到给定 值 因此 实际上它是一个按干扰控制和按偏差控制的结合 也称之为复 合控制系统 图1 旁通阀前馈 反馈控制系统方框图3 3 采取前馈 反馈系统控制方案的优点 1 在前馈控制的基础上设置反馈控制 可以大大简化前馈控制系统 只须对影响被控参数最显著的干扰进 补偿 而对其他许多次要的干 扰 可依靠反馈予以克服