耐火澆注料
提高鋼包保溫性能的新型永久層耐火澆注料
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提高鋼包保溫性能的新型永久層耐火澆注料

發布時間:2022/6/17 17:21:48
鋼包是煉鋼過程中必不可少的容器,隨著煉技術的不斷發展,特別是爐外精煉LF和RH等處理,其作用從最簡單的盛接鋼水發展到了承擔一定冶煉功能的熔爐。鋼水在鋼包中長時間停留必然會造成鋼水溫度的散失,而導熱高的包襯會導致鋼水散熱損失加劇,鋼包殼體變形更加嚴重,鋼水溫降速率增大,造成包壁嚴重掛渣、結瘤、結冷鋼。

過度的低溫,甚至迫使中包斷流終澆,不僅影響鑄坯質量,鋼水收得率低,也增加了生產成本。因此保溫鋼包越來越成為鋼廠的需求。保溫鋼包耐材結構模式通常是輕質絕熱板或納米板+永久層澆注料+工作層耐材。

最起保溫作用的絕熱板它本身需要一層耐火材料來保護,該材料一要保護絕熱材料不受太大壓力,二要保護絕熱材料不超過使用溫度(如必須1000℃以下),那麼鋼包永久層澆注料就是這種重要的材料。保溫鋼包理想的永久層耐材應該具有良好的熱穩定性、保溫性、抗侵蝕性,具有應用安全可靠,結構完整,使用壽命長等特點。為了保持鋼包良好的保溫性能,減少鋼水溫降,在本次工作中對新型的CA6澆注料和輕質莫來石澆注料分別進行了性能評估,並在鋼包上應用,達到了比較好的綜合保溫效果。

1、試驗過程

目前鋼包永久層材料多為普通高鋁澆注料,主要原料為礬土。這種耐火澆注料使用過程中存在以下不足之處:第一、熱導率較高,使用過程中造成能量的損耗;第二、耐火度低,如果工作層使用出現異常,鋼水直接接觸永久層時,出現穿包漏鋼的概率較大,安全係數低;第三、體積密度較大,鋼包空包重量較大。所以對於鋼包保溫的特殊要求是不滿足的,需要開發出新型的綜合性能優異的永久層澆注料。本文對新型CA6澆注料和輕質莫來石澆注料進行了製樣與測試試驗。

1)原料及試驗方案

本試驗所用的主要原料及其化學組成見表1。

表1:主要原料的化學組成

其中CA6原料(CaAl12O19,簡寫為CA6)是CaO-Al₂O₃係中Al₂O₃含量最高的鋁酸鈣相,其熔點1875℃,熱膨脹係數為8.0×10-6℃⁻1,顆粒的體積密度為2.70g·cm⁻3,顯氣孔率26.8%。該料耐火性能與板狀剛玉相似,而導熱係數隻有剛玉的1/3,是近年來興起的一種新型優質保溫原料。CA6澆注料以CA6為骨料,基質部分采用板狀剛玉細粉、氧化鋁粉和鋁酸鈣水泥為結合劑製成。球形輕質莫來石顆粒的體積密度為1.59g·cm⁻3,顯氣孔率38.9%。輕質莫來石澆注料是采用微孔化的M70球形輕質莫來石球為骨料,基質部分采用板狀剛玉細粉、氧化鋁粉和鋁酸鈣水泥為結合劑製成,以保證較好的抗渣侵蝕性能,以提高永久層的安全性。

2)試驗過程和性能檢測

對2種澆注料進行澆注成型後分別進行物理性能測試及抗侵蝕試驗。物理測試方法均按國標或行業標準方法進行。

2、材料性能結果與分析

1)物理性能

由表2可知不同鋼包永久層澆注料的性能是有差異的。

表2:鋼包永久層澆注料的物理性能

輕質莫來石澆注料體積密度為2.17g·cm⁻3,單重較目前使用的高鋁澆注料降低24%,同時熱導率降低16%,可以達到鋼包輕量化和低導熱係數的目的。CA6澆注料也比普通高鋁澆注料輕5.6%,熱導率降低26%。

2)抗侵蝕試驗

將原鋼包永久層澆注料B、新型的CA6澆注料C、輕質莫來石澆注料3#分別澆注成坩堝。加入轉爐終渣,進行1500℃保溫3h條件下坩堝抗渣侵蝕試驗。觀察不同材料的抗熔損與滲透情況。完成試驗後坩堝剖開,侵蝕狀況見以下圖1:

注1:常規使用的高鋁澆注料

注2:CA6澆注料

注3:輕質莫來石澆注料

圖:不同澆注料1500℃保溫3小時坩堝抗渣試驗後的剖麵照片

CA6澆注料抗侵蝕滲透最優,坩堝孔內剩餘大量的渣;輕質莫來石澆注料抗侵蝕和抗滲透能力其次;普通高鋁永久層澆注料渣與耐火材料邊界不清晰,坩堝耐火材料與渣熔融在一起,抗滲透比抗侵蝕稍好些,說明1500℃下高鋁澆注料已經出現了較多的液相,因此該料需要改進提高其耐高溫性能,這對鋼包的安全性非常重要。球形輕質莫來石的微孔化對抗侵蝕及滲透性提高有利,因此該輕質料也可以將保溫和抗侵蝕性表現得比較好。

3、應用情況

以上3種澆注料在300t鋼包上進行施工應用。保溫鋼包永久層輕質莫來石澆注料、CA6澆注料目標要求是抗鋼水侵蝕性和保溫性兩者兼顧都較好,同時爐役過程結構整體性好、保溫效果穩定。經過3個爐役後不同鋼包永久層表麵狀況見以下照片:

圖2:不同永久層澆注料300t鋼包應用後照片

以上鋼包永久層在爐役後期均出現了不同程度的裂紋,這和材料的熱震性、強度及拆包過程中損壞狀況有關。對於如何減少保溫鋼包永久層材料開裂的綜合技術還是需要進一步深化研究。

從各包各個爐役渣線的平均溫度看,不保溫鋼包渣線鋼殼都在320℃以上,而采用保溫的4個試驗包渣線平均溫度在280℃以下,一般渣線鋼殼溫度下降50~100℃。包壁部位鋼殼溫降在20~50℃之間,視絕熱材料與永久層材料配置不同而稍有差別。保溫試驗包的絕熱材料在爐役期狀態保持良好,渣線、包壁鋼殼的平均溫度都比普通鋼包低,說明永久層起到了良好保護作用。為了安全保證,目前新的永久層材料在2個爐役後裂縫較明顯的情況還是需要優化改善的,確保可以應用到4個爐役。

4、結論

保溫型鋼包已成為鋼鐵企業節能環保、提升鋼產品質量的一種重要技術措施,鋼包永久層材料被賦予更高的要求。開發的CA6澆注料與輕質莫來石澆注料強度等物理性能達到鋼包永久層的應用要求,同時比常規的高鋁澆注料有更好的保溫性與抗侵蝕性,可以起到保護絕熱材料的作用,使鋼包在爐役期過程中保持良好的保溫性。對於減少保溫鋼包永久層材料開裂的綜合技術還需要進一步深化研究。
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