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不定型耐火材料在精炼钢包永久层上的应用
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炼钢炉/冶金机械展厅
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安钢第一炼轧厂的精炼设备有钢包炉(LF)和真空脱气装置(VD),精炼手段包括电弧加热、氩气搅拌、包内造碱性渣、真空脱气等。在钢包内强化钢渣反应的热力学和动力学条件,短时间内可进行升温、调整成分、脱氧、脱硫、脱气、去除夹杂和夹杂物变性等一系列处理,得到纯净度高和成分均匀的钢液,但LF+VD精炼钢液对钢包耐火材料的性能及砌筑工艺提出了更高的要求,因此钢包永久层材质及砌筑工艺对提高钢包整体寿命至关重要。

精炼钢包结构

安钢100t精炼钢包结构为,钢包永久层内侧与高温工作层接触,外侧紧贴高铝喷吹毡(隔热层)及钢质包壁,永久层耐火材料的厚度一般为70~110mm,在线使用过程中2侧存在1000~1650℃的温差。

永久层的选材及砌筑工艺

安钢100t精炼钢包永久层耐火材料及砌筑工艺经历了高铝T-3砖砌筑、轻质浇注料模具整体打结和自流浇注料无模具打结3种模式。

1 原用耐火材料工艺分析

该厂最早采用高铝T-3砖砌筑钢包永久层,即在隔热层(高铝喷吹毡)外平砌或侧砌1层高铝砖,因其工艺繁琐、维护频繁、砖缝易渗钢、寿命低、成本高,故已逐步被不定型耐火材料所取代,而采用了轻质浇注料模具整体打结工艺。其工艺过程分阶段进行:①先安装好座砖模具,在包底和包壁紧贴钢壳铺1层高铝喷吹毡,再用搅拌均匀的轻质浇注料打结包底永久层;②包底浇注料凝固后,将包壁打结模具逐次放入包内并固定好(要求模具与周围间隙均匀),然后把搅拌好的轻质浇注料注入模具与钢外壳的间隙内(切忌高铝喷吹毡剥落或卷进浇注料中),再用振动棒将浇注料振动均匀、密实;③静放8~12h,模具脱出,烘烤器烘烤12h后砌筑工作层。该工艺优点是工艺简单、维护方便、成本低,是现阶段国内钢厂广泛应用的方法;缺点是仍存在座模、振动、脱模、烘烤等繁琐工序,砌筑工艺及材料须进一步优化。实践发现,永久层若等包砌筑好后一起整体烘烤,则在干燥过程中会因永久层与工作层的形变不一致而产生缝隙,并导致“钻钢”。

2 新型不定型耐火材料整体打结工艺分析

在应用研究的基础上,该厂针对轻质浇注料存在的问题,借鉴国内外同类型企业的经验,总结出1套适合其生产特点的钢包永久层整体打结工艺,无模具自流料打结钢包永久层,选用的自流浇注料理化指标见表1。

表1轻质浇注料与新型自流浇注料物化指标比较

材料与物化指标 轻质浇注料 自流浇注料
w(Al2O3)/% >30 92.0
w(MgO)/% -6.0
w(SiO2)/% <30 0.3
显气孔率/%:110℃,24h 17.3
1500℃,3h 23.6
线变化率/%(1500℃,3h) 0~-0.6 +1.54
体积密度(g·cm-3):110℃,24h 1.3 3.01
1500℃,3h 2.91
耐压强度/MPa:110℃,24h 37.1
1500℃,3h 3 54.0
附着强度/MPa(1200℃,3h) 5 3.2
高温抗折强度/MPa(1400℃) ≥0.9 7.0
导热系数/(W·m-1·K-1)(700℃) 0.35

新型不定型耐火材料自流浇注料的打结工艺过程:①安装座砖模具,在包底钢壳上平铺1层高铝喷吹毡;②用搅拌机将自流浇注料搅拌至自流状态,打结包底永久层;③待其凝固后砌筑包底工作层;④在包壁钢壳上平铺一层高铝喷吹毡;⑤砌筑工作层与高铝喷吹毡之间的宽度即为永久层打结厚度(一般为70~110mm),当包壁工作层砌筑到3~5层时(高300~500mm),将自流态的浇注料注入包壁工作层与高铝喷吹毡之间的空隙中,用泥刀插实,重复以上步骤,直至钢包砌筑完毕;⑥按照优化后的钢包烘烤制度,烘烤24h即可上线使用。此工艺继承了其整体打结永久层方法的优点,特点是:①永久层与工作层一起砌筑,结合紧密,在同时烘烤下的永久层耐火材料的形变被分解,不会出现裂缝,钢液无法渗入,提高了钢包的安全系数;②永久层自流浇注料强度较大,拆包、翻包时永久层不易被倒出或损坏,使用寿命延长;③取消了座模、脱模等工序,砌筑过程中耐火材料无需振动,避免了振动棒将钢包砖振动变形的现象发生,简化了工序,降低了劳动强度;④不存在单独烘烤永久层的工序,钢包采用优化后的烘烤曲线烘烤24h,能保证其烘烤效果,实践中未发现因钢包烘烤质量而造成钢液中气体升高的问题。与前2种砌筑工艺相比省时、省力,降低成本。

效果对比

钢包永久层采用不同材质及砌筑工艺的对比见表2。

表2 精炼钢包永久层采用不同材质及砌筑工艺的对比

项目 高铝T-3砖砌筑 轻轻质浇注料打结 自流浇注料无模具打结
施工方法 砌筑 模具浇注 无模具浇注
砌筑工艺 复杂 比较简单 简单
耐材维护 部分修砌 局部修补 局部修补
烘烤方法 单独烘烤 脱模后单独烘烤 与工作层一起烘烤,无需单独烘烤
耐材寿命 /炉 200~500 1000~1200 1500
吨钢耐材成本 /元 0.1750.106 0.088
容许使用温度 /℃ 1300~1400 1650~1700 1650~1700

安钢100t精炼钢包曾使用的耐火砖砌筑(高铝T-3砖)、轻质浇注料模具打结等模式,永久层使用中损坏严重,使用效果不甚理想:①耐火砖砌筑钢包永久层的砖缝有渗钢迹象,拆包过程极易与渗钢一同拆除,寿命较短;钢包包沿改造为竖式压板后,无法起到压紧钢包永久层砖的作用,在拆包、翻包时永久层砖易被部分倒出。②轻质注料配以模具整体打结钢包永久层虽解决了耐火砖砌筑所造成的易损坏、寿命短、成本高等问题,但却产生许多新问题:诸如钢包大、脱模困难、整体模具易损坏、分段式模具安装及脱模繁琐;浇注过程中需用振动棒不停振动浇注料,以防出现气孔等缺陷;脱模后的永久层需单独烘烤或凉干,否则较低强度的轻质浇注料易在下一步砌筑时导致永久层掉块;钢包从永久层打结→永久层烘烤→工作层砌筑→工作层烘烤→上线,使用周期较长,费时费力、成本较高,降低其使用效果和推广价值。

钢包永久层改为自流浇注料整体砌筑,克服了前2种工艺的缺点,综合效益提高,使用效果良好,实践检验结果:钢包永久层平均寿命由260炉提高至改造后的1500炉;钢包整体平均寿命由59次(9117.5min)提高至改造后的75次(11885min);基本杜绝钢包渣线"穿钢"事故;劳动强度显著降低;目前自流浇注料的保温效果、材料强度以及优化后的烘烤曲线均能满足生产使用要求。但不易损坏的永久层在使用过程中其厚度会逐渐增加,故应经常检查其实际厚度,以避免钢包容积变小。

从钢包耐火材料消耗统计结果看出,永久层使用高铝T-3砖永久层吨钢成本为0.175元,使用浇注料模具打结永久层为0.106元,自流浇注料无模具打结钢包为0.088元。全年按200万t钢产量计算,钢包永久层耐火材料成本年节约(0.175-0.088)元/t×220万t=19.14万元,加上1年模具制造费用8.4万元,年创效益:(8.4+19.14)=27.54万元,其中不包括提高寿命、减少事故和降低劳动强度等带来的效益。

结语

选择经济且性能合适的永久层耐火材料和合理的砌筑工艺,提高了钢包永久层及钢包整体的寿命,降低了耐火材料消耗,减少了“穿包”事故发生次数,取得了良好的使用效果和经济效益。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2007-8-22)
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