新型转炉出钢口修补料的研制及应用
发布日期： 2020-12-30 10:16:57 阅读量（587） 作者：晁霞转炉顶底复吹技术和溅渣护炉技术的应用，使转炉冶炼品种扩大，质量和生产效率大幅提升，而作为转炉炼钢过程的最后一道工序———出钢，成为影响冶炼质量、产量和品种的重要因素。出钢口的使用寿命、更换时效及修补寿命则直接影响着炼钢生产效率和转炉冶炼周期。转炉出钢口修补料的烧结时间和使用寿命直接影响着炼钢生产。
转炉出钢口修补料是一种更换出钢口或修补出钢口时的维护材料。河南济钢第一炼钢厂自采用滑板挡渣工艺后，更换出钢口管砖对出钢口座砖的整体性要求更加严格，定位准确性更高，按照传统的更换方法已难以满足优特钢工艺需求，且大量修补料的进入，对于钢水的质量影响不可忽视，针对上述转炉修补工艺缺陷，济钢与马鞍山利尔耐火材料公司共同研究开发了一种新型出钢口修补料，并开创全新思维，以全新方法进行修补，在济钢两座120吨转炉上取得了令人满意的效果。
一、出钢口修补方式
我国钢铁企业拥有的转炉公称容量虽然不尽相同，但其修补出钢口的方式都基本一致，一般有两种方法。一是采用小型喷补机，即装上新出钢口管砖后，向管砖周边喷补密封料，该料为半干法喷补，一般含水量在15%左右，喷补料进入炉内后，喷补料的水份一部分迅速沸腾挥发，另一部分则和喷补料结合分布在管砖周边烧结，达到保护管砖的目的;二是配合投抛料直接向修补处喷水，在炉内高温下，部分水与投抛料结合被烧结后形成保护层。
二、两种喷补方法的缺陷
以上两种方式虽然解决了出钢口管砖的更换与周边蚀损部位的修复，保证了冶炼的正常进行，但也存在以下明显缺陷。
(1)转炉内衬均以镁碳砖砌筑，大量水份进入存在高温的炉内，使部分衬砖工作面迅速水化而形成Mg(OH)2，其后果是砖体粉化膨胀、疏松，而失去内衬的作用，其反应式具体为：
MgO+H2O→Mg(OH)2(白色粉末)
(2)由于水份进入炉内形成骤冷效应，导致衬砖的过渡层与未变层界面出现裂纹，随着水的不断加入，其裂纹逐渐扩大而形成裂缝，即砖体断裂，相当一部分砖会自动脱落，最终发展成凹坑。
(3)半干法喷补料及人工喷水给出钢口带来的水份，特别是人为喷水量很难控制，使出钢口周边的内衬及出钢口座砖的使用质量受到较严重的危害，主要表现为该部位很容易发生砖体破损、疏松、无强度、蚀损过快等，因此出钢口渗钢、漏钢不可避免，而一旦出钢口漏钢，修补特别困难，给转炉的正常运转带来明显影响。
(4)炉内水的存在，不仅破坏炉内气氛，还存在安全及漏钢等多方面的隐患。转炉镁碳砖在常温下都应避免水化，更何况在高温条件下，因此，每一次更换出钢口管砖都会对衬砖、座砖和管砖造成不同程度的损害，因而大大缩短了该部位使用寿命，该部位中后期往往会形成很深的奶嘴状凹坑，且管砖的使用寿命亦较低，一般保持在200炉次以内，更换出钢口管砖频繁，这还不包括水蒸汽对炉内其它衬砖的损伤。
(5)整个炉役内频繁更换出钢口管砖，使得其周边部位使用环境变得愈加恶劣，特别是出钢口座砖，后期已难以见到本来面目，不仅修补料大量增加，而且修补亦越来越困难，修补时间也越来越长。目前，国内相当一部分转炉使用后期的主要任务是修补出钢口，济钢120吨转炉使用上述方法更换出钢口管砖，加之更换挡渣滑板，总体时间约在两个半小时左右。
三、新型转炉出钢口修补料的研制及应用
(一)新型出钢口修补料的制备
1.主原料
镁质或镁碳质材料具有良好的抗侵蚀性能，根据修补料的使用要求，新型出钢口修补料采用的主要原料是高纯烧结镁砂颗粒、部分电熔镁砂颗粒和电熔镁砂细粉;结合剂的选择对修补料来说是至关重要的，它直接影响材料的各项理化性能指标。除要考虑与主原料的匹配并得到较高的结合强度外，还要考虑结合剂的硬化方式、硬化时间、对材料的流动特性、浸润性能等对施工性能的影响。好的结合剂既要满足良好的流动性又要确保短的硬化时间。由于主原料烧结镁砂是一种瘠性原料，沥青和酚醛树脂对其有良好的亲和性和浸润性，易于将镁砂结合在一起，并且具有优异的高温流动性能，本实验出钢口修补料采用优质中温改质沥青、抗氧化剂、粉状酚醛树脂、助流剂和助烧剂等作为结合剂，通过一定比例调和而得到的一种新型结合剂。
2.修补料的制备
将80%～90%的优质中温改质沥青、1%～3%的抗氧化剂、1%～5%的粉状酚醛树脂、2%～10%的助流剂和3%～6%的助烧剂混合8分钟，制得结合剂;将高纯烧结镁砂颗粒、电熔镁砂颗粒加入混碾机中混合均匀5分钟，再加入总质量1%～3%的0#柴油，混合5分钟，保证柴油将镁砂颗粒完全润湿，再加入电熔镁砂细粉和10%～20%的上述制备好的结合剂，搅拌混合10分钟，制得新型出钢口修补料。
(二)性能检测
新型转炉出钢口修补料是一种镁质自流料，其理化指标见表1：
表1 新型出钢口修补料理化指标
从上述理化指标中，通过IL值可以判断该自流料不仅自流而且在自流中燃烧，其材质为镁质，但烧结后为低碳镁碳质，即有固碳结构，以增强该料的修补强度。
(三)新型出钢口修补料的应用
在更换出钢口管砖及安装滑板时，该修补的操作极为简单，具体实施步骤如下：
(1)机械清除出钢口残余管砖。见图1。
(2)将已整体粘合好的管砖放入出钢口，连同滑板内水口，定位后固定并以马丁砂封死。见图2。
(3)倒炉并根据出钢口周边的蚀损状况将一定量的修补料通过料斗倒入转炉装料侧后，倾动转炉。向出钢口方向倾翻，直至自流料密封好管砖与座砖之间的缝隙，并填充好周边的凹坑。转炉可反复小幅快速摇动几次，见图3、图4。修补完成后，可以利用炉内温度让修补料烧结约15min，即可安装滑板并组织生产。
经过近3个月多次试用，济钢第一炼钢厂已取得较为成熟的操作经验，目前该自流料已在两座120吨转炉上稳定使用，效果图见图5。
通过在济源钢厂的试验，该修补料避免了外来水份对内衬的腐蚀，提升了炉内温度，出钢口管砖的使用寿命提高至300次左右;出钢口修补时间从原来的40min降低到现在的30min以内，平均烧结时间降低10min左右;出钢口管砖更换时间明显缩短，从传统方法的2.5h左右缩短至1h10min左右，缩短了50%的时间。该修补料使用后不仅施工性能优良，而且很好地固定出钢口管砖，使用过程中未出现修补料自然脱落现象。分析其原因，应该是新型出钢口修补料通过柴油的引入，使得颗粒充分润湿，并在高温的作用下使得修补料内部充分烧结，提高烧结效率;而结合剂中优质中温改质沥青，使得修补料在高温状态下具有良好的流动性能，并且沥青在烧结过程中配合粉状酚醛树脂形成均匀交错的碳网结构，而助流动剂的添加可大幅度提高修补料的流动性能;助烧剂的引入，不仅起到促进烧结的作用，而且高温状态下反应提高了修补料的强度;金属抗氧化剂的引入使得其在高温状态下与C产生反应增强相，起到纤维增韧的作用，提高了修补料的强度，因此，新型出钢口修补料兼顾了高温流动性能和烧结性能。
四、结语
(1)新的修补方式彻底杜绝了外来水分大量进入炉内，避免了水份与内衬的不良反应，保证了炉内温度及氛围的相对稳定，提高了内衬的使用寿命。
(2)由于该料进入炉内后，随着其流动、燃烧，不仅不会像传统方式那样引起炉内温度骤降，反而会提高炉内温度，其充分燃烧也不会对环境造成污染。
(3)这种新型自流料的工作原理是边流动边烧结，且由于其良好的流动性，对于出钢口座砖与管砖之间的缝隙密封良好，对出钢口周边的凹坑填补迅速。
(4)通过跟踪观察，该料具有良好的高温性能，烧结后强度高，且耐钢水冲刷，残留时间长，大大减少了投料的次数和使用量，出钢口管砖更换时间缩短1h20min，出钢口管砖的使用寿命亦提高至300次左右。
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