转炉修补用耐火材料新技术

转炉修补用耐火材料新技术
转炉处在炼钢生产流程的中心，是钢厂的主要设备之一。转炉的装料侧、出钢侧和炉底的耐火材料长期处在高温状态下，并受到机械力冲击和炉渣的反复侵蚀，其结构极易遭到破坏。目前，国内外的大多数转炉每炼钢8-10炉次就必须进行炉底和大面修补。而耳轴部位以及其他大面自流料修补不到的位置，通常采用喷补的方式进行修补。现阶段沥青/树脂结合的大面自流料被广泛用于大面及炉底修补，而转炉喷补作业则大多采用干法进行。

　　传统大面料含有10%以上的沥青/树脂，存在着烧结时间过长，烧结烟气污染环境、危害人体健康，材料孔隙多、结构不致密，抗侵蚀、耐冲刷性差，使用寿命短等诸多不足。干法喷补则由于喷补料多以磷酸盐或硅酸盐作为结合剂，导致材料高温性能劣化，耐侵蚀性能差，需要频繁进行炉况维护，影响耐火材料消耗和转炉作业率。同时，由于加水过多，导致材料致密性下降，强度性能降低，抗侵蚀、耐冲刷性也随之恶化，工人劳动强度大，喷补效果不佳，使用寿命不高。
　　为了解决上述问题，研制了环保型“水基”大面自流料和转炉遥控喷注修补技术，两项技术可彻底弥补传统转炉炉前大面修补过程中烟气有毒害、烧结耗时长、使用寿命低以及传统干法喷补劳动强度高、作业环境差、喷补效果不佳、寿命不长等不足。这将使转炉炉前修补向高效、环保和低耗方向迈进一大步。
　　1 环保型“水基”大面自流料
　　1.1 实验室试验
　　环保型“水基”大面自流料以高纯镁砂为主要原料，采用无机液体结合剂和合理的颗粒级配，并含超微粉、分散剂、低温和高温流平剂以及粘结剂等。试验对比了新型大面自流料和从使用现场取回的国内某耐火材料厂生产的沥青/树脂结合大面自流料（对照组）烧结特性。对照组的材料性能指标详见表1。
　　试验料和对照组料各取500g，一起放置到1200℃的耐火材料底板上。试验料铺展迅速，在很短的时间内即在底板上铺平，而对照组料铺展的较慢，最终铺展直径也略小于试验料。试验料烧结过程中有水汽逸出，无烟无异味。而对照组料烧结过程中冒出刺鼻的黑烟。试验料经过135s后不再有气体逸出，视为烧结完毕，而对照组料的烧结时间则长达535s。冷却后检测两种大面自流料与底板的粘结强度。1200℃高温下成型试样，经烧结自然冷却后进行物理性能检测，试验结果见表2。
　　1.2 应用
　　环保型“水基”大面自流料在国内某厂30t转炉上进行了多次的工业试验。使用传统型大面料修补一次用料约0.8t，使用寿命20炉左右，烧结时间约45min。同样重量的环保型“水基”转炉大面自流料添加液体结合剂（干料的5.3%）搅拌至自流状后用料斗倾倒入炉。试验记录见表3。
　　两种大面料烧结过程烟气情况对比，详见图1。可见，环保型“水基”大面自流料在烧结时间、使用寿命以及环保性能方面均显示出明显的优势。
　　1.3 效益分析
　　以该厂3座30t转炉年产钢水200万t计，全年共炼钢约67000炉次。传统型大面料寿命按20炉计，则全年3座转炉共需要修补3350次。每次耗时以45min计，则总修补耗时为150750min。
　　若采用环保型“水基”大面自流料则全年3座转炉共需要修补802次，每次耗时以17min计，则总修补耗时为14035min，全年可累计节省时间136715min。按平均23.5min炼一炉钢计，每年可多炼钢5817炉，全年可增加钢产量17.5万t。
　　2 转炉遥控喷注修补技术
　　2.1 转炉喷注工艺
　　传统的转炉侧墙喷补采用的是人工干法喷补，由于人工操作以及材料自身的局限，导致使用寿命不高，需要频繁修补。新的喷注系统通过操纵遥控喷补车来进行喷补作业，能够遥控实现喷枪的伸缩、旋转、仰俯及左右摆动等动作。该系统的工艺示意图如图2所示。该系统由以下系统组成。
　　1）浇注料连续搅拌系统；
　　2）浇注料管道输送系统；
　　3）喷枪冷却系统；
　　4）速凝剂输送系统；
　　5）遥控操作系统。
　　该项技术能够实现对预先搅拌好的自流料进行远距离输送；在喷枪尾部引入高压气体，将自流料喷射到炉壁上形成致密的耐火修补层。
　　与干法喷补不同，喷注工艺喷出的自流浇注料与基材粘结牢固，不反弹，不流淌。该技术还能够改善作业环境，降低工人劳动强度，提高喷补质量，延长材料使用寿命，减少喷补频次。
　　2.2 喷注料特性
　　实验室对比了国内某厂制造的干法喷补料和我们开发的喷注料的相关性能指标，结果如表4所示。
　　结果表明，喷注料的密度与强度性能均优于干法喷补料。可以预计，喷注料耐侵蚀性以及抗冲刷性要优于干法喷补料，喷注修补后的使用寿命也有较大幅度的提高。该遥控喷注修补系统将在短期内投入工业应用。
　　3 结论
　　新开发的环保型“水基”大面自流料是一种环保高效的转炉大面自流料，解决了目前普遍采用的传统型大面自流料污染环境、毒害人体，烧结时间过长，使用寿命短以及污染钢水等问题，大大提高了转炉周转效率，增产增效效果显著。
　　转炉喷注修补技术实现了高性能镁质浇注料在转炉修补领域的喷涂施工，把转炉喷补料性能从“喷涂料”提高到了“浇注料”的水平，使转炉喷补向高致密、高强度方向前进了一大步。遥控喷补车实现了喷注作业的远程控制，降低了工人劳动强度，改善了作业环境，使得喷注作业能够完成的更加精细，以获得更好的喷注效果，进一步延长喷注料使用寿命。
表1 对照组的材料性能指标

化学组成，%					酌减，%	粒度组成，%
MgO	SiO2	CaO	Fe2O3	C		5-3mm	3-1mm	1-0.088mm	<0.088mm
78.72	1.31	1.04	1.17	8.16	7.28	14	28	25	33

表2 　试样的烧结特性

材料	传统大面料	新型大面料
常温流动度，mm	-	245
热态流动度，mm	170	175
烧结时间，s	535	135
烧结过程烟气	刺激性黑烟	无黑烟
体积密度，g/cm3	1.87	2.41
抗折强度，MPa	1.4	5.6
耐压强度，MPa	17.3	37.2
粘接强度，MPa	0.8	0.6

表3 　两种大面料工业应用情况对比

材料	用量，kg	使用寿命，炉	烧结时间，min
新型大面料	800	83.3	17
传统大面料	800	20	45

表4 　喷注料与干法喷补料性能对比

项目		干法喷补料	新型喷注料
体积密度，g/cm3	110℃×24h	2.37	2.84
	1600℃×3h	2.36	2.84
耐压强度，MPa	110℃×24h	24	74
	1600℃×3h	27	59
线变化率，%	1600℃×3h	-2.05	-0.58