鋼包整體耐火材料的不定形化技術(shù)介紹

關(guān)于鋼包（一）主要用途：鋼包精煉爐可供初煉爐（電弧爐、平爐、轉(zhuǎn)爐）鋼水精煉之用， 是滿足連鑄、連軋的重要冶金設(shè)備。 

(二)設(shè)備特點(diǎn)：設(shè)備具有常壓電弧加熱，真空脫氣、吹氬攪拌，吹氧喂絲，常壓 或真空加料、測(cè)溫、取樣，電視攝像，頻內(nèi)觀察等功能：

不定形耐火材料澆注施工技術(shù)的引進(jìn)

作為鋼包包底和包壁不定形耐火材料的施工方法，當(dāng)初引進(jìn)的是*普通的澆注施工方法。

1、澆注施工

澆注施工方法：首先，在包底施工后進(jìn)行半天左右的自然養(yǎng)護(hù)。接著，安裝框架和混合攪拌機(jī)，在澆注耐材之后，為使整個(gè)縫隙填充均勻，用棒式振搗器進(jìn)行助振。再經(jīng)半天左右的自然養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行脫模，然后對(duì)渣線部位進(jìn)行耐火磚的砌筑施工。

2、澆注材質(zhì)的選擇

對(duì)用于包底和包壁耐火材料的特性，不僅要求其抗腐蝕性和抗渣性要好，而且結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。一般認(rèn)為Al2O3－ＭｇO質(zhì)耐火材料能滿足上述條件要求。 Al2O3－ＭｇＯ質(zhì)耐火材料中的ＭｇＯ量在７－２８％范圍時(shí)，會(huì)形成組織致密、穩(wěn)定的尖晶石固溶體，因此一般用作煉鋼鋼包的耐火材料。該廠重視降低成本，提高鋼水沖擊部的抗磨損性，重視殘余膨脹性的影響作用，因此采用Al2O3－ＭｇＯ材質(zhì)作澆注料。另外，即使在長(zhǎng)施工體的厚度較?。?薄４０ｍｍ）的情況下，為確保澆注料的流動(dòng)性，因此規(guī)定Al2O3骨料粒度在8mm以下，而且還添加了金屬Ａl，作為防止干燥時(shí)發(fā)生爆裂的措施。

3、實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果

對(duì)15t 鋼包包壁*上部的熔損速度進(jìn)行了調(diào)查。與耐火磚比，澆注料各部位的*大熔損速度為0.4mm／爐，而渣線磚的修補(bǔ)周期（大約４０爐鋼水）是在磚的熔損達(dá) 16mm左右時(shí)才進(jìn)行的，因而不會(huì)對(duì)鋼包壽命產(chǎn)生不良影響。另外，使用后的工作面在清除粘附的金屬和對(duì)表面進(jìn)行若干清理后，只要工作面沒(méi)有全部熔損，就可以進(jìn)行接長(zhǎng)修補(bǔ)，由此能減少新噴補(bǔ)施工時(shí)耐火材料的使用量和減少鋼包產(chǎn)生的廢磚達(dá)３０％左右。

4、擴(kuò)大不定形化技術(shù)的課題

雖然已知澆注材料在耐用性能方面是沒(méi)問(wèn)題的，但為降低整個(gè)煉鋼耐火材料的成本，今后有必要將不定形化技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用于其它耐火材料的施工體（例如，25t鋼包、ＶＬＦ鋼包和出鋼槽等）。 采用該方法進(jìn)行澆注施工時(shí)擔(dān)心有以下問(wèn)題：

①由于澆注體需要固化養(yǎng)護(hù)（為使?jié)沧Ⅲw的強(qiáng)度能達(dá)到渣線筑爐部位的強(qiáng)度，需要時(shí)間養(yǎng)護(hù)），因此降低了筑爐效率。

②各施工部位需要專用的框架，因此難以確?？蚣艿陌惭b位置。

為解決這些問(wèn)題，必須改進(jìn)施工方法。

濕式項(xiàng)補(bǔ)施工技術(shù)的引進(jìn)

1、改進(jìn)施工方法

為解決上述問(wèn)題，*近以煉鋼廠為主引進(jìn)了正在不斷被推廣的濕式噴補(bǔ)施工技術(shù)。噴補(bǔ)操作程序如下。首先，用混合機(jī)將不定形材料與水混合后分批裝入料斗，然后把裝入料斗的噴補(bǔ)料用活塞式壓力泵通過(guò)管道送到噴嘴，同時(shí)通過(guò)另外一根管道采用壓縮空氣將固化劑送到噴嘴端部，在噴出之前與噴補(bǔ)料混合后噴補(bǔ)在施工體上。

與以往的澆注施工相比，濕式噴補(bǔ)施工的主要特征如下：

①由于不需要框架，因此能在任意位置進(jìn)行任意厚度的施工。

②由于添加固化劑，縮短了固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間，因此能進(jìn)行連續(xù)施工。

③由于施工效率高（5－10t/hr），因此可縮短施工時(shí)間。

除此之外，它還能使耐火材料發(fā)生的熔化損失均勻，并可應(yīng)付緊急情況。即可以說(shuō)噴補(bǔ)施工法就是利用不定形耐火材料的特性來(lái)彌補(bǔ)澆注施工缺陷的施工方法。

2、改進(jìn)材質(zhì)

以上述的澆注材料為基礎(chǔ)，對(duì)澆注材質(zhì)的壓力輸送性能、抗腐蝕性能和抗爆裂性能進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）、提高壓力輸送性能

為使?jié)袷絿娧a(bǔ)材料能在壓力下從內(nèi)徑Ф38mm的管道和噴嘴通過(guò)，因此事先對(duì)各種噴補(bǔ)料在噴嘴內(nèi)的流動(dòng)性進(jìn)行了確認(rèn)試驗(yàn)，其結(jié)果示于表1。 由該表可知，如果直接采用象澆注料那樣的粒度，就會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞，因此降低了粗粒度比，并將Al2O3骨料的粒度從8mm降低到５ｍｍ。

表1 壓送試驗(yàn)的結(jié)果

試樣                   A       B     C    D

骨料比粗顆粒/中等顆粒 2/1     2/1   3/2  1/1

上限粒度（mm）         8       5     5    5

添加的水分（％）      6.2     6.4   6.6  6.9

排出的流量（mm）      182     178   183  178

壓送壓力（Mpa） ﹥     14     13     8    4

壓送評(píng)價(jià)              不好   不好   好   好 

（2） 提高抗腐蝕性能

  根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，采用表１的試料Ｃ和Ｄ時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞，但由于這兩種試料添加的水分量比澆注料的大，因此會(huì)影響抗腐蝕性能。基于此因，在試料Ｃ和Ｄ中，以水分低的試料Ｃ為基礎(chǔ)，通過(guò)高頻爐的侵蝕試驗(yàn)，調(diào)查了通過(guò)增加ＭｇＯ量來(lái)提高抗腐蝕性能的效果。結(jié)果，考慮到抗腐蝕性能和爐渣侵蝕的深度，將ＭｇＯ量增加到10％，能彌補(bǔ)抗腐蝕性能的惡化。

3、提高抗爆裂性能

采用上述材質(zhì)對(duì)15t鋼包和25t鋼包的包底及包壁進(jìn)行濕式噴補(bǔ)施工后，在預(yù)熱1小時(shí)左右時(shí)噴補(bǔ)料會(huì)頻繁發(fā)生爆裂故障，爆裂寬度大約３０－５０mm。作為防止發(fā)生爆裂的措施，由于當(dāng)初采取的是添加有機(jī)纖維的辦法，但不理想，因此在改善鋼包干燥條件的情況下進(jìn)行了研究。

（1） 爆裂發(fā)生的機(jī)理

采用一般干燥曲線模型對(duì)干燥中耐火材料內(nèi)部的溫度和水蒸氣壓力的變化進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明，干燥過(guò)程中施工體內(nèi)部存在３個(gè)區(qū)域，一是靠近加熱面含水率為０的干燥區(qū)域；二是水分迅速蒸發(fā)的蒸發(fā)區(qū)域；三是在蒸發(fā)區(qū)域產(chǎn)生的水蒸氣流向被加熱的背面，壓力超過(guò)了飽和水蒸氣壓，形成凝結(jié)現(xiàn)象的凝結(jié)區(qū)域。干燥時(shí)的爆裂只有在蒸發(fā)區(qū)域滿足了下列條件時(shí)才會(huì)發(fā)生。

Pａ＋ＵＴ＜Ｐｓ

Ｐａ：表面熱風(fēng)蒸氣壓（ＭＰａ）

Ｐｓ：蒸發(fā)面內(nèi)部的蒸氣壓（ＭＰａ）

ＵＴ：材料強(qiáng)度（Ｍ Ｐa＝與抗拉強(qiáng)度和抗拉變形有關(guān)的抗折強(qiáng)度

在加熱面一側(cè)的含水量減少到一定程度后進(jìn)行快速加熱時(shí)，由于蒸發(fā)區(qū)域中的溫度變化小，因此內(nèi)部蒸氣壓的增幅小，但另一方面在干燥初期含水量的狀態(tài)下進(jìn)行快速加熱時(shí)，由于蒸發(fā)區(qū)域靠近加熱面，

因此表層一側(cè)內(nèi)部蒸氣壓的增幅明顯。如上式表明的那樣，可以推測(cè)蒸發(fā)區(qū)域的內(nèi)部蒸氣壓增大后，會(huì)造成材料自身的強(qiáng)度無(wú)法承受這一壓力，因此發(fā)生了爆裂。

（2） 改進(jìn)干燥方法

對(duì)實(shí)際干燥中各部位溫度變化進(jìn)行實(shí)測(cè)，摸索出了*佳干燥條件。結(jié)果，根據(jù)以上噴嘴耐火材料的表面溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)行了干燥，基本抑制了爆裂。目前，把以下３點(diǎn)作為抑制爆裂的條件是很重要的。

①干燥開(kāi)始３小時(shí)后：加熱速度＜90℃／hr。

②在３－６小時(shí) 后：加熱速度＜200℃／hr（6小時(shí)后，以表面溫度８００－９００℃為標(biāo)準(zhǔn)）。

③在６小時(shí)后：爐殼溫度＞60℃時(shí)，加熱不能超過(guò)1200－1300℃。

但是，在冬季室外氣溫低的情況下，由于干燥前的養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）低，因此無(wú)法確保材料具有耐蒸氣壓的強(qiáng)度，故頻繁發(fā)生爆裂。作為其措施是采取預(yù)熱干燥的辦法，即筑爐后在鋼包內(nèi)對(duì)發(fā)熱體進(jìn)行燃燒，但這種干燥條件有待進(jìn)一步改善。

在實(shí)機(jī)使用的情況

1、熔損速度

15t鋼包的包壁采用濕式噴補(bǔ)材料后的熔損速度表明，采用噴補(bǔ)材料的平均熔損速度為1.57mm／爐，雖然比耐火磚的增大５％，但與澆注材相比，卻取得良好的結(jié)果，受鋼水沖擊部位的烙損速度*大為2.5mm／爐，與澆注材料的呈相同趨勢(shì)，但其絕對(duì)值低。與澆注材料的主要區(qū)別在于透氣磚和受鋼水沖擊部周圍的熔損速度非常低，這兩處分別是采用吹氬攪拌和采用AOD（氬氧脫碳法）裝入鋼水時(shí)因鋼水沖擊而造成熔損嚴(yán)重的部位，由此可知采用噴補(bǔ)料的施工體具有良好的抗磨損性能。

2、斷面組織

從15t鋼包在使用３９?fàn)t后噴補(bǔ)材的斷面組織照片和爐渣的侵蝕深度來(lái)看，包底的侵蝕深度比包壁的大３０－４０mｍ，在微變層內(nèi)部能看見(jiàn)有一部分橫向裂紋，還能看見(jiàn)有部分金屬侵人。包壁的爐渣侵蝕深度較淺，為１５－２０mm，與澆注材的基本相同。另一方面，由于原始層的組織非常致密，且氣孔率也低，只有 12％，因此形成了良好的組織。

使用后的鋼包包壁經(jīng)取樣做Ｘ線衍射后可知，工作面的組織主要是a－Al2O3、硅鋁酸二鈣（2CaO－Al2O3－SiO2：耐火度1590℃）、尖晶石（ＭｇＯ－Al2O3：耐火度2135℃）；母材由β－Al2O3和尖晶石構(gòu)成，由此可以推測(cè)澆注材和噴補(bǔ)材的化合物相同。這種 CaO－Al2O3－SiO2系低熔點(diǎn)化合物的形成是造成熔損的主要原因。另外，尖晶石不是作為材料添加的，它是材料中的Al2O3骨料和基料中的ＭｇＯ細(xì)粉在高溫下反應(yīng)后形成的，即使在母材中，尖晶石也已形成分布范圍廣的組織形態(tài)。

施工效率和成本

各種施工方法的施工天數(shù)比較結(jié)果表明，以一座鋼包的筑爐操作天數(shù)為例，采用澆注施工時(shí)，由于能連續(xù)接長(zhǎng)修補(bǔ)，因此包底和包壁的解體時(shí)間可以縮短，與耐火磚相比，可縮短總的工期２５％；采用 噴補(bǔ)施工時(shí)，由于添加了固化劑，節(jié)省了養(yǎng)護(hù)時(shí)間，因此可縮短工期４０％。

成本的比較結(jié)果表明，與澆注料相比，噴補(bǔ)料的價(jià)格僅僅是固化劑這一項(xiàng)的價(jià)格比澆注料高，但由于可延長(zhǎng)使用壽命，因此比耐火磚可節(jié)約成本２８％左右，比澆注材料的節(jié)約14％。今后如果能將不定形化的噴補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用于目前仍采用耐火磚的容器（如，25t VLF鋼包和中間包等），估計(jì)可以大幅度降低耐火材料成本?？梢哉J(rèn)為這是一種非常理想的施工技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

15t鋼包包底和包壁采用濕式噴補(bǔ)施工的結(jié)果表明，不論是施工效率，還是成本，都優(yōu)于澆注施工法。為實(shí)現(xiàn)將來(lái)中間包等也能采用不定形化技術(shù)和出鋼槽采用噴補(bǔ)修補(bǔ)技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)使用壽命，因此期待著這種濕式噴補(bǔ)機(jī)能成為廣泛應(yīng)用于各種物體施工的通用設(shè)備，從而進(jìn)一步降低耐火材料成本。