新闻中心
News
几十年来我国钢包内衬耐材的技术进步措施案例分享
来源:
|
作者:254changhong
|
发布时间: 2021-03-03
|
824 次浏览
|
分享到:
昨天我们说了钢包内衬耐火材料从几十次发展到几百次的历程，今天我们讲一下在这期间为提高钢包使用寿命、减少吨耗、加速周转、防止粘包、降低排放等方面所采用的一些技术措施 。
1、浇注料套浇、喷补与减排降耗，提高钢包寿命
钢包采用浇注料的整体内衬比砖砌内衬消除砖缝，施工便于机械化，施工速度快，省工省力，降低筑衬成本，提高了使用寿命，减少耐火材料消耗。
从20世纪80年代初的水玻璃结合铝镁浇注料到95攻关成功的高铝矾土基尖晶石浇注料，以及大型钢包用的刚玉—尖晶石浇注料都比砖砌内衬使用寿命高，耐火材料消耗降低。是采用套浇，即当内衬侵蚀超过原厚度一半时，清除包衬上的残渣残钢，先补浇包底，再坐上胎模补浇包壁，补浇后的内衬尺寸和新包内衬相同，经烘烤即可重新投入使用，使用次数与新包相仿。由于补浇用料只相当新内衬用料量的1/3～1/2，节约大量耐火材料消耗。在钢包没有严重冷钢冻结事故的情况下，套浇可以不断循环下去，这样就基本实现了残存耐火材料的排放。
例如，莱钢130t钢包采用剥皮套浇修砌工艺，并用喷补续衬焊接技术进行小修，经3次小修的4次包龄达190次以上，工作衬耐火材料消耗同比套浇工艺降低0.61kg/t钢。然后再对工作衬进行剥皮套浇中修，再续衬3次小修，依此循环8～9个周期，可使钢包浇注工作衬寿命达1500次以上。如果将浇注料进一步优化，套浇及喷补技术进一步提高，不但钢包寿命大大提高，而且基本做到残存耐火材料的排放。
我国小型钢包基本上都采用套浇工艺，大型钢包也做过套浇试验，效果很好，但没有在生产上全面推广。
还可用火焰喷补技术对钢包内衬进行修补，使喷补料与钢包壁表面达到高附着率，喷补料与附着的内衬壁之间，很快形成强度较高的陶瓷结合新的内衬。例如，用镁碳砖或铝镁碳砖砌筑的连铸精炼钢包，采用MgO45%～55%，20%～30%，FeO18%～24%，SiO₂4%～8%。引入FeO、SiO₂是为了使火焰喷补过程中形成液相，提高喷补料的附着率和烧结性。钢包火焰喷补属于先进技术，由机械化、自动化程度高的设备，将被侵蚀、损坏、耗损的内衬及时修复，大幅度提高钢包内衬寿命，使耐火材料内衬物尽其用，向钢包永久内衬，用后耐火材料排放迈进。
田守信等人做了降低精炼钢包耐火材料单耗试验：某钢厂电炉60tLF钢包渣线为再生MgO-C料66%的再生MgO-C砖，熔池为再生料88%的再生MgO-C砖。为了降低对内衬的侵蚀，采取控制电炉末期渣量和渣中FeO含量，采用镁钙碳质改质剂，改善维护制度，用二等高铝砖对熔池贴补，使钢包寿命由40～50次提高到88次，耐火材料消耗由9.3kg/t钢下降到5.6kg/t钢。
宝钢邱文东提出钢包耐火材料的理想配置为：包壁保温层厚30mm，永久层整体浇注厚80～100mm，工作层浇注厚180～210mm，渣线采用低碳镁碳砖厚180～230mm，包底整体浇注，根据包大小选择合适厚度。参考国外经验，制定修理模式(见下表)，开发接续浇注修补技术，在不废弃原衬的情况下连续施工筑衬。
2、钢包加盖，永久层隔热保温，回收余热，节能环保
我国钢铁冶金能耗比日本高50%，大型钢铁企业也高30%左右。其中钢包散热损失占很大比例，先是敞开的钢包口热辐射散热量占钢包散热的30%。到目前为止，我国个别钢厂实现钢包盖保温盖，钢包盖用含锆纤维折叠毯，保温效果明显。
山钢在120t钢包加盖，经数据统计分析，运输过程温度损失约减少13℃，温度损失减少25℃，出钢温度在原来基础上下调25℃，提高了合金收得率，减轻钢水对内衬的侵蚀，转炉出钢口寿命提高10炉以上，延长钢包使用周期，减少炼钢炉料的使用量等。
而大部分钢厂的一些钢包只是在烘烤、LF处理和浇铸等固定地方加盖，其他地方都是敞开的，应该引起重视。其次就是钢水通过包壁传热占钢包散热的30%～40%，在钢包壁内衬永久层选用热导率小的材料，在不增加，甚至减小包壁厚度的情况下，如何提高保温效果是多年来研究的课题。
永久层从黏土砖到高铝砖，再到低水泥高铝浇注料，隔热保温效果太理想。后来一些钢厂在钢壳与永久层之间砌筑隔热材料，有的用泡沫轻质砖，有的用纤维毡或加热板等，但仍需砌一层安全衬，这样不但增加了砌筑工序，而且由于永久层与保温砖结合不好，增加了维修次数。因此有人研制出轻重质复合保温砖，在大冶钢厂60t钢包上试验，与黏土砖永久层相比，钢包外壳温度下降80℃以上，可降低出钢温度12℃左右。
田守信运用内衬四层砌筑方法，即在钢壳内表面涂层节能涂料，向内接着是10mm厚纳米热板，再向内是75mm厚的纳微米隔热浇注料，接着是工作衬，渣线工作衬为低热导率的镁碳砖，熔池为刚玉—尖晶石质不烧砖。其结果是渣线包壳温度225℃，熔池包壳200℃，包底壳170℃。而纳微米隔热浇注料和低热导率工作衬有效保护了纳米热板。永久层采用粒状纤维浇注料的热导率为一般浇注料的一半左右，永久层的实际温度在1000～1100℃，不会超过1350℃，纤维烧结，其强度也完全没有问题，见下表。某钢厂200t钢包原外壁温度260～280℃(有含锆纤维硬质板隔热)，永久层用粒状纤维浇注料后，钢包外壁温度180～230℃。钢包覆盖剂的作用不可忽视，本钢研制的添加膨胀珍珠岩和膨胀石墨的钢包覆盖剂，比传统的稻壳覆盖剂的钢水平均降温低0.4℃。
目前中、小转炉钢包，大都采用铝镁浇注料的整体内衬，永久层采用轻质浇注料。由于钢包外表面散热减少，可节能993.6MJ/h，折合标准煤为33.9kg。总之，各类大小的钢包在外壳与工作衬之间都采用了一些保温措施，但钢包余热回收利用也很重要，山东某钢厂将钢包烘烤过程中产生的废烟气引入铁合金料仓内，烘烤铁合金或其他炼钢原材料，从而节能减排，提高钢水质量。浇完钢后的钢包余热却很少被关注，其实从包口辐射出大量热能，是浇钢完成后敞开包口，热量就白白损失，可以考虑在包口安装热交换器，回收余热，然后将热空气送到其他炉窑(如电厂锅炉)与燃气混合进行燃烧，节能环保。
3、不同精炼方法、不同钢种的钢包内衬用不同耐火材料
不同精炼设备有不同的精炼条件，对钢包的侵蚀也不同，如普通钢包渣线用镁碳砖一次性使用寿命达120次，而一般LF炉钢包一次性寿命为60次。不同精炼设备钢包内衬侵蚀速度有差别，普通钢包∶LF∶LF-VD∶VOD=1∶2∶4∶8。LF-VD、VOD、RH、DH等有真空处理功能，在高温真空条件下不宜选择添加铝粉、硅粉和碳化硼的耐火材料，这些易与氧化镁发生氧化还原反应，降低钢包使用寿命。而不易与碳发生反应，MgO--C质耐火材料更适合在这些条件下使用。
随钢种采用不同的耐火材料做钢包内衬，如汽车板钢等碳钢要用低碳和无碳耐火材料做钢包内衬、帘线钢要用无铝耐火材料，一般选用镁钙砖做钢包工作衬、不锈钢用镁钙砖等。精品钢包要用精品耐火材料精细打造，还应当采用无渣出钢技术，即良好的挡渣出钢，不但降低渣对钢包内衬的侵蚀，还能减少脱氧剂的用量。
4、钢包红包接钢，加速周转，防止粘渣
钢包使用高铝质及一些碱性耐火材料内衬，包壁容易粘渣或结瘤，随着使用次数增加，粘渣越积越厚，造成有效容积减少，重量增加，如果达到或超过行车起重量，就给生产带来安全隐患。粘渣严重的只好拆除，这样使包龄降低，耐火材料消耗增加。采用红包接钢，加快钢包周转，急冷急热减少，包衬裂纹减少，粘渣就轻。山东某钢厂为加快钢包周转，编制了炼钢—精炼—连铸的钢包路径计划，有行走路径和重包行走路径计划。钢包有序调度，红包利用率，不但减轻钢包挂渣，还降低了能耗。
钢包挂渣的原因比较复杂，与炼钢工艺、钢种、耐火材料的材质和质量、钢包保温、钢包周转快慢等因素有关。其中加快周转、红包接钢是比较通用的办法。当然也有的耐火材料对钢种基本上粘渣，如蜡石砖。它的侵蚀机理是以熔蚀为主，与钢水熔渣接触形成黏度很高的液相层，阻止熔渣渗透，而且受热后具有微膨胀、内衬整体性好等优点。但其耐火性能差，当连铸和精炼上马后，蜡石砖被淘汰。
其次是钢包口结渣亦不能忽视，会使包口有效面积减小，造成倒渣不干净。往往采用烧氧切割或机械拆除，大多会破坏包衬，还消耗大量劳力。可以在包衬内表面涂抹或喷涂一层涂料，隔熔渣与包衬的接触，达到防止包衬粘渣的目的。方斌祥等人以菱镁矿、石英、黏土、氧化铬微粉及磷酸盐为原料做出的防粘渣涂料，在宝钢精炼包的镁碳砖表面上涂覆3～5mm厚，浇铸完成后，与黏附在镁碳砖表面的熔渣一起脱落，延长了渣线和包口镁碳砖的使用寿命。也有采用碳化硅和石墨等不易被熔渣润湿的物质，但价格较高。
我国钢包用耐火材料虽然取得很大的技术进步，但比起先进国家水平还有一些差距。钢铁企业、耐火企业应该努力赶上，达到或超过世界先进水平。作为钢铁生产大国和耐火材料生产大国，这是我们义不容辞的责任。
1、浇注料套浇、喷补与减排降耗，提高钢包寿命
钢包采用浇注料的整体内衬比砖砌内衬消除砖缝，施工便于机械化，施工速度快，省工省力，降低筑衬成本，提高了使用寿命，减少耐火材料消耗。
从20世纪80年代初的水玻璃结合铝镁浇注料到95攻关成功的高铝矾土基尖晶石浇注料，以及大型钢包用的刚玉—尖晶石浇注料都比砖砌内衬使用寿命高，耐火材料消耗降低。是采用套浇，即当内衬侵蚀超过原厚度一半时，清除包衬上的残渣残钢，先补浇包底，再坐上胎模补浇包壁，补浇后的内衬尺寸和新包内衬相同，经烘烤即可重新投入使用，使用次数与新包相仿。由于补浇用料只相当新内衬用料量的1/3～1/2，节约大量耐火材料消耗。在钢包没有严重冷钢冻结事故的情况下，套浇可以不断循环下去，这样就基本实现了残存耐火材料的排放。
例如，莱钢130t钢包采用剥皮套浇修砌工艺，并用喷补续衬焊接技术进行小修，经3次小修的4次包龄达190次以上，工作衬耐火材料消耗同比套浇工艺降低0.61kg/t钢。然后再对工作衬进行剥皮套浇中修，再续衬3次小修，依此循环8～9个周期，可使钢包浇注工作衬寿命达1500次以上。如果将浇注料进一步优化，套浇及喷补技术进一步提高，不但钢包寿命大大提高，而且基本做到残存耐火材料的排放。
我国小型钢包基本上都采用套浇工艺，大型钢包也做过套浇试验，效果很好，但没有在生产上全面推广。
还可用火焰喷补技术对钢包内衬进行修补，使喷补料与钢包壁表面达到高附着率，喷补料与附着的内衬壁之间，很快形成强度较高的陶瓷结合新的内衬。例如，用镁碳砖或铝镁碳砖砌筑的连铸精炼钢包，采用MgO45%～55%，20%～30%，FeO18%～24%，SiO₂4%～8%。引入FeO、SiO₂是为了使火焰喷补过程中形成液相，提高喷补料的附着率和烧结性。钢包火焰喷补属于先进技术，由机械化、自动化程度高的设备，将被侵蚀、损坏、耗损的内衬及时修复，大幅度提高钢包内衬寿命，使耐火材料内衬物尽其用，向钢包永久内衬，用后耐火材料排放迈进。
田守信等人做了降低精炼钢包耐火材料单耗试验：某钢厂电炉60tLF钢包渣线为再生MgO-C料66%的再生MgO-C砖，熔池为再生料88%的再生MgO-C砖。为了降低对内衬的侵蚀，采取控制电炉末期渣量和渣中FeO含量，采用镁钙碳质改质剂，改善维护制度，用二等高铝砖对熔池贴补，使钢包寿命由40～50次提高到88次，耐火材料消耗由9.3kg/t钢下降到5.6kg/t钢。
宝钢邱文东提出钢包耐火材料的理想配置为：包壁保温层厚30mm，永久层整体浇注厚80～100mm，工作层浇注厚180～210mm，渣线采用低碳镁碳砖厚180～230mm，包底整体浇注，根据包大小选择合适厚度。参考国外经验，制定修理模式(见下表)，开发接续浇注修补技术，在不废弃原衬的情况下连续施工筑衬。
2、钢包加盖，永久层隔热保温，回收余热，节能环保
我国钢铁冶金能耗比日本高50%，大型钢铁企业也高30%左右。其中钢包散热损失占很大比例，先是敞开的钢包口热辐射散热量占钢包散热的30%。到目前为止，我国个别钢厂实现钢包盖保温盖，钢包盖用含锆纤维折叠毯，保温效果明显。
山钢在120t钢包加盖，经数据统计分析，运输过程温度损失约减少13℃，温度损失减少25℃，出钢温度在原来基础上下调25℃，提高了合金收得率，减轻钢水对内衬的侵蚀，转炉出钢口寿命提高10炉以上，延长钢包使用周期，减少炼钢炉料的使用量等。
而大部分钢厂的一些钢包只是在烘烤、LF处理和浇铸等固定地方加盖，其他地方都是敞开的，应该引起重视。其次就是钢水通过包壁传热占钢包散热的30%～40%，在钢包壁内衬永久层选用热导率小的材料，在不增加，甚至减小包壁厚度的情况下，如何提高保温效果是多年来研究的课题。
永久层从黏土砖到高铝砖，再到低水泥高铝浇注料，隔热保温效果太理想。后来一些钢厂在钢壳与永久层之间砌筑隔热材料，有的用泡沫轻质砖，有的用纤维毡或加热板等，但仍需砌一层安全衬，这样不但增加了砌筑工序，而且由于永久层与保温砖结合不好，增加了维修次数。因此有人研制出轻重质复合保温砖，在大冶钢厂60t钢包上试验，与黏土砖永久层相比，钢包外壳温度下降80℃以上，可降低出钢温度12℃左右。
田守信运用内衬四层砌筑方法，即在钢壳内表面涂层节能涂料，向内接着是10mm厚纳米热板，再向内是75mm厚的纳微米隔热浇注料，接着是工作衬，渣线工作衬为低热导率的镁碳砖，熔池为刚玉—尖晶石质不烧砖。其结果是渣线包壳温度225℃，熔池包壳200℃，包底壳170℃。而纳微米隔热浇注料和低热导率工作衬有效保护了纳米热板。永久层采用粒状纤维浇注料的热导率为一般浇注料的一半左右，永久层的实际温度在1000～1100℃，不会超过1350℃，纤维烧结，其强度也完全没有问题，见下表。某钢厂200t钢包原外壁温度260～280℃(有含锆纤维硬质板隔热)，永久层用粒状纤维浇注料后，钢包外壁温度180～230℃。钢包覆盖剂的作用不可忽视，本钢研制的添加膨胀珍珠岩和膨胀石墨的钢包覆盖剂，比传统的稻壳覆盖剂的钢水平均降温低0.4℃。
目前中、小转炉钢包，大都采用铝镁浇注料的整体内衬，永久层采用轻质浇注料。由于钢包外表面散热减少，可节能993.6MJ/h，折合标准煤为33.9kg。总之，各类大小的钢包在外壳与工作衬之间都采用了一些保温措施，但钢包余热回收利用也很重要，山东某钢厂将钢包烘烤过程中产生的废烟气引入铁合金料仓内，烘烤铁合金或其他炼钢原材料，从而节能减排，提高钢水质量。浇完钢后的钢包余热却很少被关注，其实从包口辐射出大量热能，是浇钢完成后敞开包口，热量就白白损失，可以考虑在包口安装热交换器，回收余热，然后将热空气送到其他炉窑(如电厂锅炉)与燃气混合进行燃烧，节能环保。
3、不同精炼方法、不同钢种的钢包内衬用不同耐火材料
不同精炼设备有不同的精炼条件，对钢包的侵蚀也不同，如普通钢包渣线用镁碳砖一次性使用寿命达120次，而一般LF炉钢包一次性寿命为60次。不同精炼设备钢包内衬侵蚀速度有差别，普通钢包∶LF∶LF-VD∶VOD=1∶2∶4∶8。LF-VD、VOD、RH、DH等有真空处理功能，在高温真空条件下不宜选择添加铝粉、硅粉和碳化硼的耐火材料，这些易与氧化镁发生氧化还原反应，降低钢包使用寿命。而不易与碳发生反应，MgO--C质耐火材料更适合在这些条件下使用。
随钢种采用不同的耐火材料做钢包内衬，如汽车板钢等碳钢要用低碳和无碳耐火材料做钢包内衬、帘线钢要用无铝耐火材料，一般选用镁钙砖做钢包工作衬、不锈钢用镁钙砖等。精品钢包要用精品耐火材料精细打造，还应当采用无渣出钢技术，即良好的挡渣出钢，不但降低渣对钢包内衬的侵蚀，还能减少脱氧剂的用量。
4、钢包红包接钢，加速周转，防止粘渣
钢包使用高铝质及一些碱性耐火材料内衬，包壁容易粘渣或结瘤，随着使用次数增加，粘渣越积越厚，造成有效容积减少，重量增加，如果达到或超过行车起重量，就给生产带来安全隐患。粘渣严重的只好拆除，这样使包龄降低，耐火材料消耗增加。采用红包接钢，加快钢包周转，急冷急热减少，包衬裂纹减少，粘渣就轻。山东某钢厂为加快钢包周转，编制了炼钢—精炼—连铸的钢包路径计划，有行走路径和重包行走路径计划。钢包有序调度，红包利用率，不但减轻钢包挂渣，还降低了能耗。
钢包挂渣的原因比较复杂，与炼钢工艺、钢种、耐火材料的材质和质量、钢包保温、钢包周转快慢等因素有关。其中加快周转、红包接钢是比较通用的办法。当然也有的耐火材料对钢种基本上粘渣，如蜡石砖。它的侵蚀机理是以熔蚀为主，与钢水熔渣接触形成黏度很高的液相层，阻止熔渣渗透，而且受热后具有微膨胀、内衬整体性好等优点。但其耐火性能差，当连铸和精炼上马后，蜡石砖被淘汰。
其次是钢包口结渣亦不能忽视，会使包口有效面积减小，造成倒渣不干净。往往采用烧氧切割或机械拆除，大多会破坏包衬，还消耗大量劳力。可以在包衬内表面涂抹或喷涂一层涂料，隔熔渣与包衬的接触，达到防止包衬粘渣的目的。方斌祥等人以菱镁矿、石英、黏土、氧化铬微粉及磷酸盐为原料做出的防粘渣涂料，在宝钢精炼包的镁碳砖表面上涂覆3～5mm厚，浇铸完成后，与黏附在镁碳砖表面的熔渣一起脱落，延长了渣线和包口镁碳砖的使用寿命。也有采用碳化硅和石墨等不易被熔渣润湿的物质，但价格较高。
我国钢包用耐火材料虽然取得很大的技术进步，但比起先进国家水平还有一些差距。钢铁企业、耐火企业应该努力赶上，达到或超过世界先进水平。作为钢铁生产大国和耐火材料生产大国，这是我们义不容辞的责任。
