一种用于炼钢炉底烧结材料。 众所周知,平炉炉底烧结层是承受炼钢过程机械冲击,温度变化,化学侵蚀等重要部位。因此,无论是国内还是国外,历来把炉底材料的研究视为关键技术不断地研究和探讨。通常比较理想的平炉炉底工作表面,应以MgO为主要成份,且结构均匀、致密的镁砂烧结层,才足以承受平炉加冷料时的冲击而不至于把烧结层击穿,以及确保在冶炼过程中具有一定的抗化学侵蚀能力。由于炉底参与冶炼反应,所以希望炉底一方面缓慢地熔蚀,一方面烧结为整体的行为由上而下随温度梯度发展,使每一个冶炼周期结束之后,炉底又能形成一个新的坚实的壳层。
美国专利号为US4168177公开了一种喷补炉料的耐火材料。此种材料是将使用过的碱性氧气转炉炉衬砖加工成MgO耐火材料的颗粒,再加入2~14%的粘结剂配制而成,其成分列入下表:
组分最优值(重量%)大致范围(重量%)MgO9078 ~ 97无水硅酸钠31 ~ 7有水碳酸钠31 ~7钠化澎润土41 ~ 8
该种材料的特点是具有良好的粘着力-最小的回复性和较高的强度。但它只是一种比较理想的喷补炉衬用的耐火材料。
多年以来,对炉底烧结层技术研究方面采取了如下的方式:
1、打结炉底。打结炉底寿命虽然很长,但是耽误时间较多;
2、烧结炉底。即炉底烧结层被破坏后(大约30炉左右),把炼炉材料热铺上去,以最大的热负荷进行高温烧结;
3、烧结炉底材料的研究。碱性平炉烧结材料一般均用镁砂与氧化铁皮固熔,形成良好的烧结层,寿命为20~30次。其缺点是:
①、由于烧结层MgO含量低,随着铁皮加入量的增加,耐火性能降低,致使炉底烧结层寿命较短;
②、不安全,劳动强度大;
③、炼炉率高,作业率下降,钢产量随之减少,耐火材料消耗增加。
几种炼炉材料配方列入表1:
现在烧结炉底用的合成砂及全合成地高铁砂其烧结机理主要是利用铁镁无限固熔和其他低熔矿物的生成促进烧结。因此,烧结层耐火性能低,抗渣性能差,容易烧结和被侵蚀,炉底使用寿命最高达30次左右。
为了克服现有技术的不足,延长炉底寿命,本发明提供了一种高纯度、高密度(简称双高砂),抗渣性和耐冲刷性强的烧结炉底用新材料。
本发明选取了高纯度、高密度的技术路线,其MgO含量高达90~94%,CaO/SiO2<1,Al2O3、Fe2O3、CaO等成分含量较少,不需添加任何粘结剂或矿化剂,仅以自身合理的化学成分,合理的颗粒组成。高密度,比表面积大,烧结活性度高,在当前用氧炼钢的高温下(>1650℃),生成适量的液相正适于方镁石发育长大而促使炉底烧结。此材料烧结的炉底是以耐火度高的方镁石为主晶,少量的(10%左右)硅酸盐液相呈粘度很大的胶状包裹着方镁石晶粒,使整个炉底致密的烧结为一体,既耐高温抗渣性又好,延长了炉底使用寿命。
双高砂的成份范围列入下表:
成份大致范围(重量%)最优值(重量%)MgO90 - 9492SiO2≤4.0<3.5Fe2O3≤2.0<2.0CaO≤2.0<2.0Al2O3≤1.0<1.0烧碱≤0.5<0.4
双高砂的原料选择。为了获得抗钢液、熔渣冲刷和侵蚀的烧结层,必须选取具有较高耐火性能的原料。经过多次试验,最终选择了MgO含量高达90~94%左右的电熔皮砂为主要原料。由于电熔皮砂MgO含量高,杂质少,菱镁石经过电熔锻烧,其自身碱度为0.49。从岩相分析来看,低熔点相很少,特别是不见CF、C2F的出现。因此,在1650℃~1750℃高温下烧结,可以获得耐火度高,抗渣性好的烧结炉底。
双高砂的颗粒组成规范如下:
粒度(mm)大致规范(%)最优值(%)10 - 55 - 1085 - 140 - 50461 - 0.08815 - 2522≤0.08815 - 3024
镁砂经过破碎、粉碎后,其颗粒都是大小不一、棱角不齐的多边形。因此,合理的选择颗粒也尤为重要。由于镁砂的堆积密度大,按照表中粒度搭配,无论是宏观,还是在显微镜下观察其组织结构都是致密的。
双高砂的制造工艺较为简单,生产所需设备也少。选用电熔镁砂的皮砂,经选料除去未被熔结的外皮护砂及底座护砂,再经破碎、粉碎,按颗粒组成要求进行筛分和配料,最后混拌均匀,便成为新型的护炉镁砂。
按照上述的配方及制造工艺,在鞍钢第二炼钢厂的双床平炉和倾动式平炉上进行了试验,均达到了预期的效果。
应用时,为了防止炉内残渣,残钢对双高砂的污染,要在停炉前对熔池进行稀渣,用压缩空气吹净砌体上的灰尘,并用卤水湿润砌砖体及烧结层。冷铺时以出钢口中心线为最低点,对称铺好炉型。一般中门炉膛铺250mm左右,两个边门铺300mm左右,堤坡为200mm左右。另外,为增加附着力,在前后墙及堤坡的上部,将掺有4~5%卤水的双高砂,经搅拌后用槽扣且拍实。炉底铺好后,按加热制度进行烘炉,并烧结炉底。
本发明克服了现有技术的不足,收到了良好的效果。在双床平炉上应用,其平均寿命为159次,最高达三个炉役,冶炼431炉未炼炉;在300t倾动式吹氧平炉上应用,其效果比合成砂提高3倍以上,经济效益显著。试验证明双高砂成份选择合理,粒度范围适当,制造工艺简单,是一种很有发展前途的护炉新材料。