钢包用浇注料的研究与应用

更新时间:2023-11-18 15:33:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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钢包用浇注料的研究与应用

1 概述

钢包是炼钢工序中重要的容器,为提高钢包寿命,降低耐材消耗,钢包用耐材已从定形向不定形耐材为主演变,并向全不定形化发展。从经济、省力、环境等方面考虑,浇注施工成为钢包施工的有效方法,浇注施工的种种优点也促进了钢包用浇注料的发展。我国20世纪80年代初开发了水玻璃结合的铝镁浇注料,而后开发了第二代无水玻璃的铝镁浇注料,但仍不能满足钢水温度上升及连铸钢包包衬的要求,之后又开展了尖晶石质浇注料的开发,如矾土尖晶石浇注料、镁铝尖晶石质浇注料、铝尖晶石浇注料等。 莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂(简称莱钢炼钢厂)现用浇注料每月在750t左右,供料厂家较多(4家),包龄50~70炉次,相差较大,质量不稳定,生产不便管理。虽然是整体承包,但耐材消耗仍偏高。随着炼钢节奏的不断加快和市场经济的发展,对包龄有着越来越高的要求。莱钢炼钢厂闲置一套制砖生产线,对现实情况调查分析后认为,充分利用现有的闲置设备,自产钢包浇注料,对稳定质量,提高包龄、降低耐材消耗是可行的。

2 浇注料工艺研究

2.1 原料分析与选择

根据莱钢炼钢厂钢包用耐材的生产实际及我国丰富的高铝矾土资源,选用以优质高铝矾土熟料作骨料,镁砂粉、高铝矾土熟料细粉、刚玉细粉、尖晶石细粉作基质及无机结合剂结合。

(1)高铝矾土熟料是经过1500~1700℃高温煅烧的铝土矿,以这种料作为配料中的骨料,可以保证浇注料的体积稳定性。选用高铝矾土熟料的主要化学组成见表1。

(2)镁铝尖晶石的加入会在加热过程中生成镁铝尖晶石,在使用过程中产生膨胀和微裂纹,缓冲了材

料内部的热应力,故其抗热震性能好。同时由于浇注料中存有较多的镁铝尖晶石,因而对炉渣具有较强的抑制渗透作用。所选镁铝尖晶石的主要化学组成为:Al2O3:60%~64%;MgO:28%~32%。其加入量可以从尖晶石加入量与侵蚀指数的关系确定,加入量不应超过20%。

表1 高铝矾土化学组成

体积密化学组成/% 度吸水率\\g.cm-3 /%

Al2O3 ≥86 Fe2O3 ≤1.5 Ti2O3 ≤3.0 CaO+MgO ≤0.4 K2O+Na2O ≤0.4 ≥3.15 ≤1.0 (3)镁砂选用中档镁砂,以细粉的形式加入。基质中配入适量的镁砂,目的是在使用过程中于1200~1300℃生成抗渣性能优良的尖晶石,同时还能产生适量的体积膨胀,使整个钢包形成一个整体。其化学组成为:MgO≥95%;SiO2≤2.0%;CaO≤1.6%;灼减≤0.3%;体积密度≥3.25g/cm3。随着镁砂加入量增加,膨胀上升显著,烧后强度有下降趋势。加入量以7%左右为宜。

(4)作为钢包浇注料的结合剂(添加剂)比较多,如:纯铝酸钙水泥、氧化物超细粉、硅溶胶、铝溶胶、磷酸盐、ρ-Al2O3或是几种的配合使用等,目前采用纯铝酸钙水泥、聚磷酸盐和氧化物超细粉的较多。 纯铝酸钙水泥结合浇注料的配比同普通铝酸钙水浇注料一样,只不过所用的铝酸钙水泥纯度高,化学成分主要为Al2O3、CaO,杂质含量很少。纯铝酸钙水泥是用工业氧化铝和纯的石灰石或方解石、或工业磷酸钙为原料,按一定比例混合磨细后,采用烧结法或电熔法而合成的。其矿物组成主要是铝酸钙(CaO.2Al2O3)和少量的铝酸钙(CaO.Al2O3)。凝结速度正常,初凝时间为1h左右,终凝为6~8h。 聚磷酸钠是碱性耐火材料常用的一种结合剂,其特征是:结合十分牢固,形成的磷酸盐结合物在与熔渣和金属熔液接触时侵润性较小,且具有良好的热震稳定性。

氧化物(硅灰、Al2O3)超细粉表现出的特性理论基础是表面现象理论,由于表面能的存在,细粉具有分散-凝聚作用。

在此根据结合剂的不同作用,选择了一种纯铝酸钙水泥、聚磷酸钠等复合型结合剂。

(5)添加剂的选择。为了使浇注料具有良好的分散性、流动性及低、中温强度,选用硅灰作为添加剂。当硅灰加入到铝酸钙水泥、Al2O3粉、镁砂粉等,在低温下能改变原来的水化物并与它们形成新的水化物,这些水化物形成网状链,都能将其形态保持到1100~1200℃,从而保证它们具有相当高的中温烧后冷态强度。研究表明:在浇注料中,SiO2微粉除了能增加中温强度外,并无其它益处,而且带来一系列损害高温使用性能的因素。其加入量应在0.5%~2.0%范围。

国外专家认为:硅灰加入后,与铝酸钙水泥起了反应,不象单纯铝酸钙水泥中形成CAH10、C2AH8和C3AH6等水化物,而是形成了类似沸石型的钙铝硅水化物,这种水化物在300℃以后才脱水,而且时间较短,快速放出大量蒸汽而导致爆裂。为此在浇注料中添加了防爆剂。 2.2 原料颗粒级配的确定

浇注料的质量取决于所采用的骨料和粉料的质量、骨料的粒度组成、添加剂加入量、用

水量和养护温度。对骨料要求烧结充分、致密、气孔率低、杂质含量少。骨料的粒度配比要 求设计成最紧密堆积。因此宜采用多级配料,预防颗粒偏析,总的组成一般为骨料占约70%,粉料(包括添加剂)约占30%。 2.3 配方的形成

根据原料的选择,采用特级高铝矾土熟料为骨料,纯铝酸钙水泥等作结合剂,添加一定比例的添加剂,形成配方。选用6级粒级及合理的配比。 2.4 试验及配方的修改完善

2001年4月,配制了两个包的浇注料,在钢包上进行浇注试验。在试验中发现该浇注料具有以下特点:(1)浇注施工过程中流动性好。(2)自然凝固时间较长,导致脱模时间较长。(3)烘烤过程中未见裂纹和塌料现象。(4)冷、热态强度高。使用证明,两个包的一次性包龄分别为48炉次和52炉次。具体表现为下渣线侵蚀较重。

通过分析认为,存在问题的原因有:(1)助结合剂加入量偏大,造成自然凝固时间较长。(2)颗粒配比不太合适,以及细粉纯度不够高,造成不抗侵蚀。鉴于以上因素,采取如下措施:(1)减少助结合剂的用量,缩短自然凝聚时间。(2)调整每种颗粒度的比例,调高了大颗粒的比例,相应调小了中间颗粒的比例。(3)用部分高纯粉代替普通细粉。

莱钢炼钢厂自行研制的钢包用浇注料,通过调整配方后其使用情况为:(1)浇注施工过程中,流动性及自然凝固时间均达到工艺要求。(2)LF精炼比在20%~30%的情况下,钢包综合包龄均在100炉次以上,最高达150炉次。

3 结论

3.1 莱钢炼钢厂研制开发的低成本高寿命钢包用浇注料,钢包综合包龄平均在100炉次以上。 3.2 低成本高寿命钢包用浇注料立足我国高铝矾土熟料资源丰富的优势,具有广阔的推广价值。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/optv.html

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