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混铁炉用耐材的现状和前景

前言  混铁炉是炼钢车间贮存铁水的热工设备。它的用途除了贮存铁水外, 还有混匀铁水成分和保持铁水温度的作用, 另外它在协调炼铁、炼钢生产过程及调节铁水的供需平衡方面也起着非常重要的作用。由于它长期储存高温铁水, 受铁水、渣的长时间的冲刷和侵蚀, 其炉衬材料的抗冲刷性、耐侵蚀性及抗热震稳定性等性能的优劣, 对混铁炉的使用寿命起着关键性的作用。1概述  混铁炉由炉体; 支撑底座; 倾动装置;气动松闸机构; 炉顶平台; 煤气、空气管道; 炉门升降卷扬; 鼓风装置; 干油润滑系统; 电控系统等组成

 1混铁炉内衬材料的损毁

传统的混铁炉内衬全部使用砖砌形式, 主要材料有高铝砖、镁砖、铝碳化硅炭砖、硅砖及镁铝砖等,也有的厂家针对砖砌出铁嘴损毁较快的现状, 对出铁嘴材料进行了改进, 用浇注料对出铁嘴进行整体浇注。近年来国内出现了整体浇注的混铁炉内衬,其材料包括低水泥高铝浇注料、刚玉- 莫来石- 碳化硅浇注料及Al2O3- SiO2 质微膨胀浇注料。混铁炉使用时和铁水罐相似,都是不直接接触铁水,铁水和炉壁有一层耐火材料,大概工作温度在1350~1450之间,它的用途除了贮存铁水外, 还有混匀铁水成分和保持铁水温度的作用, 另外它在协调炼铁、炼钢生产过程及调节铁水的供需平衡方面也起着非常重要的作用。由于它长期储存高温铁水, 受铁水、渣的长时间的冲刷和侵蚀, 其炉衬材料的抗冲刷性、耐侵蚀性及抗热震稳定性等性能的优劣, 对混铁炉的使用寿命起着关键性的作用。

另外, 目前国内中小钢厂混铁炉经常违规操作, 也加剧了损毁状况。包括: ( 1) 下限位控制 不严; ( 2) 煤气停送频繁, 炉内温度波动大;( 3) 铁水带渣量控制不严; ( 4) 受铁口, 出铁口 清理不当等。而且, 近年来中小铁厂矿石来源不一, 渣铁成分不稳定, 加剧了混铁炉内衬的不平衡侵蚀。传统的混铁炉内衬全部使用砖砌形式, 主要材料有高铝砖、镁砖、铝碳化硅炭砖、硅砖及镁铝砖等,也有的厂家针对砖砌出铁嘴损毁较快的现状, 对出铁嘴材料进行了改进, 用浇注料对出铁嘴进行整体浇注。

2常见的混铁炉损毁状况有:炉底耐火材料承受高温铁水的渗透; 不规则操作引起渣线上下浮动, 渣线区域面积增大; 铁口拐角处的墙体及沟口受铁水的频繁冲刷和侵蚀; 因化学侵蚀导致的掉砖、砖层变薄甚至炉衬穿漏和出铁口渣封。内衬的这种不平衡侵蚀, 导致局部过早损坏, 被迫停炉检修, 不仅影响一代炉龄, 而且给转炉生产带来诸多不便。内衬损坏的主要原因有三种: 化学侵蚀作用、热应力损毁及机械冲刷, 实际损毁往往是三者综合作用的结果。化学侵蚀取决于材质和渣系之间的相容性; 机械作用与铁渣流的机械冲击密切相关; 热应力作用则与耐火材料的性质、操作工艺有很大的联系。另外, 目前国内中小钢厂混铁炉经常违规操作, 也加剧了损毁状况。包括: ( 1) 下限位控制 不严; ( 2) 煤气停送频繁, 炉内温度波动大;( 3) 铁水带渣量控制不严; ( 4) 受铁口, 出铁口 清理不当等。而且, 近年来中小铁厂矿石来源不一, 渣铁成分不稳定, 加剧了混铁炉内衬的不平衡侵蚀。  3混铁炉综合砌筑方案  砌砖和整体浇注炉衬在施工和使用方面各有其优缺点。砖砌的优点: 不需模具、烘烤时间短、拆除时较为容易; 缺点: 存在砖缝、整体性差、施工时间较长、砖型复杂、需要有经验的砌筑人员。浇注的优点: 整体性好、没有砖缝、施工较为简单; 缺点: 需要支设模具、烘烤时间较长。根据混铁炉在实际中的使用情况及各部位的损毁状况, 结合砌砖及整体浇注混铁炉各方面的优缺点, 我们对混铁炉的砌筑方案进行了新的设计。   

3.1炉衬设计与选材指导思想

 1) 使炉衬各部位寿命同步, 加强薄弱环节, 达到延长使用寿命的目的;

 2) 采用成熟的技术和经验, 达到施工简便、安全可靠( 包括砌筑和今后大修炉衬的拆除)

 3) 提高炉体的保温性能, 节约能源; 4) 低的工程造价及生产费用。  

3.2混铁炉工作衬浇注料  

铁炉整体浇注内衬由保温层和工作层组成。根据内衬各部位的工作条件和损毁机理, 工作层采用不同性能的耐火浇注料, 其理化性能指标要求如表1 所示。

3.3炉底浇注料  

    混铁炉炉底是历次炉役中侵蚀较轻的部位, 其工作层选用抗冲击的低水泥高铝浇注料。该浇注料以特级高铝矾土为原料, 根据炉衬厚度确定合理的粒级配比, 并添加适量的铝酸钙水泥、α-Al2O3微粉和SiO2微粉制成, 具有抗热震性好, 耐压强度高, 抗熔渣侵蚀性能好, 以及抗冲击力强等优良好, 耐压强度高, 抗熔渣侵蚀性能好, 以及抗冲击力强等优良特性。但是炉底的选材上我们还是采取了比较稳妥的方案, 材料选用牌号为PN- SK65 的铝碳化硅低水泥浇注料, 这主要是考虑到生产中出现的不正常现象, 如倒回炉钢水或有的车间为追求产量违规松限位, 倒空炉内铁水等情况。PN- SK65 铝碳化硅低水泥浇注料的理化指标见表2:

3.4炉墙及出铁嘴  

    这些部位虽然在正常运行时工作温度只有1300 ℃ 左右, 但它们长期遭受铁水和熔渣的渗透和侵蚀。当兑铁水和摇炉倒铁水时, 又要遭受铁水和熔渣的强烈冲刷。其中易损部位的前墙和出铁嘴, 其次是后墙和两端墙。一般情况下, 这些部位的使用寿命决定着整个混铁炉的寿命。由于采用砌砖形式存在砖缝多的问题, 而且砖缝是一个非常薄弱的部位, 炉墙的损毁都是从砖缝开始的, 另外还存在因个别砖的质量问题而过快侵蚀, 从而导致停炉甚至塌炉的危险。而浇注料有整体性好, 不存在砖缝, 施工方便快捷的优点, 因此, 在炉墙和出铁嘴部采用牌号为PNTHG的高档铝碳化硅浇注料。此浇注料具有优异的抗渣及高温性能, 另外由于加入了SiC, 其抗热震性也很好, 它还具有微膨胀性能, 可防止炉墙材料在使用时由于烧结收缩而产生裂纹。  从设计上, 采取加强薄弱环节的措施。如设计厚度, 前墙大于后墙, 后墙大于端墙; 前后墙的中心部位大于其它部位, 这主要考虑到在正常生产时, 炉内铁水和渣的高度会有一定的波动, 而中部受到侵蚀和冲刷的机会较多。

混铁炉渣线和出铁沟是整个炉役中侵蚀最严重的部位,是导致混铁炉内衬使用寿命低的主要原因。根据原来采用Al2O3- SiC 系耐火浇注料的实践经验, 研究采用刚玉- 莫来石- 碳化硅质浇注料作为渣线料。此浇注料中的刚玉骨料为连续级配, 碳化硅为粒径< 2 mm 的细骨料; 基质部分以莫来石相为主, 刚玉相为辅, 并添加适量的Al2O3微粉、Si粉和SiO2微粉等。该渣线料具有抗侵蚀性能好、抗冲刷能力强和抗热震性好等优良特性。实验室的试验及实际的使用表明, 它比高铝砖、镁砖抵抗液态铁、渣的侵蚀和冲刷能力强得多.

3.5炉顶及受铁口浇注料  

    混铁炉炉顶及受铁口受炉内贮铁量和温度的影响较大,要求此部位的内衬浇注料具有抗高温气流的冲刷和侵蚀能力, 高温体积稳定性和抗热震性好, 为此选用Al2O3- SiO2质微膨胀浇注料。该浇注料选择莫来石为主要原料, 配加特级高铝矾土骨料和刚玉细粉, 以纯铝酸钙水泥为结合剂, 并添加α-Al2O3微粉、SiO2微粉及膨胀剂而制成, 具有抗热震性好, 体积稳定性好, 耐高温冲刷等优良特性。

3.6混铁炉保温层浇注料  

    混铁炉筒体和端墙采用轻质粘土砖、硅藻土填料和石棉板复合保温层, 出铁口侧墙由于受外壳的限制, 炉衬比较薄, 其保温层采用硅酸铝纤维毡。炉底由于受铁水静压力较大, 因此在炉底用粘土砖取代轻质粘土砖。保温层除了起到保温作用外, 还有抵偿工作衬膨胀的作用。 混铁炉整体浇注内衬的保温层结构如下: 炉底、熔池、出铁沟底部采用轻质浇注料+ 轻质高铝砖, 取代了砖砌工艺用的石棉板+ 粘土砖; 炉顶和出铁沟顶部采用硅酸铝纤维毡。所用保温材料的主要理化性能指标要求如表4所示:

3.7混铁炉的烘烤   

    混铁炉的烘烤采用2 根100mm 的烘炉管进行。烘炉时炉顶的温度最高, 而且升温也最快, 但由于其它部位的材料都是浇注料, 而且厚度较厚, 因此升温速度不能太快, 特别是在110℃左右及260 ℃~ 330℃ 这两个阶段应缓慢升温并适当进行保温, 这两个阶段浇注料的脱水率最高。在110℃左右, 脱除的主要是游离水及CaO·Al2O3 ·10H2O、2CaO·Al2O3 ·8H2O 这两种水化产物的结晶水, 这个阶段脱水量占总脱水量的15%左右; 在260 ℃ ~ 330 ℃ 这个阶段, 主要是C3AH6 - C3AH 和AH 分解脱水, 其脱水量占总脱水量的15% ~ 30%。若升温过快, 浇注料内的水份蒸发率大于其扩散率, 当两者相差悬殊时, 浇注料内部水份汽化而体积膨胀, 使浇注料内部产生很大的张力, 该张力大于浇注料的强度时, 就会发生爆裂。具体的烘烤曲线如图2 所示。

4展望  

随着不定形耐火材料在耐火材料中的比率提高,耐火浇注料必将迅速发展,与此同时品种增加质量也将相应提高,重点仍将发展低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料,结合资源条件选用均化和优质原料和特殊骨料以改善基本组成,研究和推广采用纤维加强耐火浇注料和自流耐火浇注料,应用各种外加剂以提高耐火浇注料的性能,此外,发展专用型浇注料(如出铁沟、盛钢桶内衬等)以及具有特殊功能型材料(如耐磨、耐酸、耐碱、高强隔热、高强高导热等特性),在生产和应用技术方面完善生产设备与施工配套机具。作为不定形耐火材料主要品种的耐火浇注料除具有不经烧成即可直接使用的共同特点外,在不定形耐火材料诸多种类中生产工艺比较简单,不需要特殊设备,机械化程度高,施工最为简便,材料利用率高,此外一般具有较高的常温强度,可以制成预制件在窑炉旋工现场安装,如连铸的中间罐用耐火浇注料堰板预制件安装。耐火浇注料主要应用于冶金工业窑炉,也在石油、化工、建材、电力和机械工业窑炉和热工设备中广泛使用。

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