铁水预处理用耐火材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,耐火材料在钢铁冶金中的应用,辽宁科技大学,镁质材料工程中心,第二部分： 铁水预处理用耐火材料,鱼雷混铁罐车,铁水包用耐火材料,喷枪用耐火材料,铁水搅拌器用耐火材料,铁水预处理的,原因,钢铁原料、燃料的日趋贫化，造成了这些原料、燃料中的磷、硫含量高，使得炼钢用铁水中初始磷、硫含量增加；,另一方面，随着科学技术进步的发展，用户对炼钢产品的质量、性能的要求越来越苛刻，这就要求钢中的杂质含量如磷、硫含量很低才能满足用户的要求。而传统的转炉炼钢方法，由于炉内的高温和高氧化性，是转炉的脱磷脱硫能力受到限制。,铁水预处理发展,铁水预处理工艺始于铁水炉外脱硫，1877年伊顿（A.E.Eaton）等人用以处理不合格的生铁。铁水预脱硅、预脱磷始于1897年，英国人赛尔（Thiel）等人用一座平炉进行预处理铁水，脱硅、脱磷后在另一座平炉中炼钢，比两座平炉同时炼钢效率成倍提高。到20世纪初，由于人们致力于炼钢工艺的改进，所以铁水预处理技术发展曾一度迟缓。,直至20世纪60年代，随着炼钢工艺的不断完善和材料工业对钢材产品质量的严格要求，铁水预处理得到了迅速的发展，并逐步成为钢铁冶金的必要环节。,KR法与喷吹法在铁水预脱硫中的应用,1）KR机械搅拌法：是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包溶池一定深度，借其旋转产生的漩涡使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。,2）喷吹法：利用惰性气体（N,2,或Ar）作载体将脱硫粉剂（如CaO、CaC,2,和Mg）由喷枪喷入铁水中，载气同时起到搅拌铁水的作用，使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫。,KR法与喷吹法的优缺点,KR法优点是动力学条件优越，有利于采用廉价的脱硫剂如CaO，脱硫效果比较稳定，效率高，脱硫到0.005%以下，脱硫剂消耗小，适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。不足是，设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降大。,喷吹法目前以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势，优点是设备费用低，操作灵活，喷吹时间短，铁水温降小，相比KR法，一次投资少，适合中小型企业的低成本技术改进。缺点是动力学条件差，在都使用CaO脱硫剂的情况下，KR法的脱硫是喷吹法的四倍。,1）铁水预处理,铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理（简称为“三脱”），主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。,脱硅主要使用铁磷（氧化剂）和石灰系处理剂；,脱磷主要使用石灰系和苏打灰系处理剂；,脱硫主要使用石灰系处理剂和镁电石系处理剂。,石灰,2）铁水预处理对耐火材料的作用与要求,铁水预处理对耐火材料的作用：,高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；,各种预处理剂的化学侵蚀作用；,炉渣的渗透和侵蚀作用；,间歇操作带来的温度聚变作用。,铁水预处理用耐火材料的要求：,高温强度大，耐磨损；,耐各种处理剂的侵蚀；,抗炉渣的侵蚀性好；热震稳定性好。,便于现场施工，对环境污染小。,3）预处理剂对耐火材料的作用,（,1,）苏打粉（,Na,2,CO,3,）,熔点,852,，生成的,Na,2,O,会与耐火材料中的,SiO,2,、,Al,2,O,3,等生成低熔点的偏硅酸钠等低熔物。,（,2,）石灰（,CaO,）,氧化钙可与耐火材料中的,SiO,2,、,Al,2,O,3,等反应生成长石类晶体和铝酸钙及玻璃相等物质。,（,3,）氧化铁,是一种两性氧化物，对酸性材料来说，它作为强碱的,FeO,起作用，生成,FeO-Al,2,O,3,-SiO,2,低熔物。,（,4,）电石（,CaC,2,）,它的侵蚀作用来源于氧化后生成的,CaO,的侵蚀。,（,5,）萤石（,CaF,2,）,是强溶剂，可降低炉渣的熔点和黏度，加速对耐火材料的侵蚀，分解生成的,CaO,也对耐火材料发生侵蚀。,1 鱼雷混铁罐车用耐火材料,鱼雷式混铁车用途：运送铁水和进行铁水预处理。,鱼雷混铁罐内耐火材料的工作条件,混铁罐车内的耐火材料使用时受到的作用有：,在铁水流入流出时，装入侧内衬受到铁水直接的强烈冲击磨损作用；,渣线部位严重化学侵蚀作用；,混铁罐车空罐的温度为,700800,，流入罐内的高炉铁水的温度为,14501500,，使得耐火材料内衬受到严重的热震损伤的作用；,由于喷吹处理时强烈的气流的搅拌，铁水罐内衬受到铁水和炉渣的冲刷与磨损作用。,2.1 鱼雷混铁罐车用耐火材料的发展,以日本为例：,1972,年代以前，不进行铁水预处理时，使用的是优质粘土砖；内衬寿命为,700,次。,1972,年以后，由于脱硫处理的需要：改为高铝砖、高铝,-,SiC,砖、高铝,-,SiC,-C,砖、莫来石砖、刚玉砖、白云石砖、红柱石砖和镁碳砖等。,上世纪,80,年代后，由于脱硫、脱硅和脱磷需要：改为,ASC,不烧砖，并在此基础之上在,ASC,砖中加入,ZrO,2,、石墨、,Al,等金属粉、,Si,3,N,4,、,Al,2,O,3,、,AlON,、硅线石族矿物和叶蜡石等，进一步提高了,ASC,砖的耐蚀性等性能。寿命达到了,1600,次以上。,鱼雷混铁罐车耐火材料内衬，根据使用条件和耐火材料的应用，大致分为：隔热安全衬、罐口、罐顶、渣线、渣线以下和铁水冲击垫衬等部位。,2.2 ASC不烧砖的特点,ASC,不烧砖为氧化铝、碳化硅和碳组成的树脂结合不烧砖。,氧化铝为砖的主要成分，对苏打和氧化铁型炉渣具有很强的抗侵蚀性能，但是耐热震损伤性较差；,碳可以有效地防止炉渣的渗透和侵蚀，可以改善材料的热震稳定性，但是易氧化。,碳化硅可以后效的防止碳的氧化，同时可以提高材料的耐磨性和耐冲涮性。,采用树脂结合可以提高材料的施工性能，可以有效地将原料结合在一起，同时在高温下使用烧成后的残碳，可以提高材料的抗侵蚀性能。,2.3 ASC不烧砖的损毁机理,Al,2,O,3,-SiC-C砖,砖工作面上的C、SiC被渣的组分氧化,砖的基质与渣反应,渣向脱碳层侵入,砖的结合强度下降,砖损毁,Al,2,O,3,颗粒脱落、熔蚀,基质熔出、侵蚀,ASC砖的改进措施：,提高砖的致密度；,改善砖的结合程度；,添加适量的防氧化剂。,3 铁水包用耐火材料,铁水包用耐火材料：,1、高铝砖（Al,2,O,3,6070）；,2、 Al,2,O,3,-SiC-C,浇注料使用寿命得到提高，原因：工作衬表面平滑不易挂渣，耐热震性能好，不产生剥落。,相对于鱼雷式混铁车而言，铁水包是一种适合于近距离运输的铁水预处理装置。,济钢铁水包用耐火材料,铁水包耐材材质及执行标准,部位,材质,执行标准,牌号,包底永久层,轻质浇注料,Q/JGNC45-01,MC150,包底工作层,高铝砖,GB/2988-87,LZ-65,包壁保温层,耐火纤维板,GB3003-82,/,包壁永久层,高铝砖,GB/2988-87,LZ-65,包壁工作层,高铝砖,GB/2988-87,LZ-65,铁水包承担了铁水预处理容器的功能，对耐材要求也进一步提高，工作层由高铝砖代替了原用的粘土砖。,铁水包一次目标包龄应在400炉以上；永久层目标使用寿命在800炉以上。,4 喷枪用耐火材料,喷枪为铁水预处理的重要装置，在铁水预处理时，喷枪浸入铁水中，预处理剂通过喷枪以氧气、氮气为载气吹入铁水中，与铁水充分混合和反应。,喷枪主要由枪杆和枪体组成，枪杆的主要作用是完成与喷吹系统的连接和喷枪的安装固定；枪体的主要作用是将预处理剂导入到熔融的铁水之中进行铁水预处理。,目前预处理喷枪大都由金属管芯和耐火浇注料构成，管芯为普通壁厚的无缝碳素钢管，外层为高铝质不定形耐火浇注料，以震动成型的方法制成整体喷枪。,工厂,宝钢,鞍钢第三炼钢厂,铁水包容量/吨,320,80,铁水温度/,14001425,1400,处理剂种类,CaO，CaC,2,CaO，CaC,2,处理时间/min,20,22,枪龄/(次/支),22.7,25,表 铁水预处理喷枪的工作条件,使用的耐火材料为高铝质不定形耐火浇注料。,铁水预处理喷枪的损毁因素及对耐火材料的要求,喷枪用耐火材料的损毁原因,在喷枪的头部的喷出口周围，耐火材料受到高速气流和粉料的激烈磨损和炉渣的侵蚀作用；,在铁水浸滞的中间部位，熔损作用小，主要是受到材料在使用过程中温度波动产生的龟裂和剥落造成的损伤；,在渣线部位，主要受到预处理剂的侵蚀作用；,其次喷枪在使用过程中，喷枪的摇动和振动等机械作用引起的剥落。,喷枪用耐火材料的使用要求,在使用过程中，要求喷枪用耐火材料必须能与喷枪结构有机结合在一起，提高喷枪整体使用性能；,必须具有足够的强度，以适应喷枪使用时的机械振动带来的损坏；,应具有优良的热震稳定性，尽量减少温度的急剧变化使喷枪枪体产生裂纹；,还应具有良好的高温体积稳定性，避免因高温受热后产生收缩裂缝、剥落；,具有良好的抗侵蚀性，使浇注料能有效抵抗脱硫粉剂、熔渣等物质的侵蚀。,喷枪用耐火材料的损毁,改进方法：,通过改善材料的基质和用热震稳定性好的材料，可以显著提高材料的热震稳定性和抗侵蚀性；,添加耐热钢纤维，可以保持浇注料在使用过程中的整体性，减少材料使用过程中产生的内应力和结构剥落；,在钢管和浇注料之间留出膨胀缝隙，可以防止浇注料和枪心之间在使用时由于材料的性能不一致而产生的裂纹。,5 KR铁水脱硫搅拌器用耐火材料,搅拌预处理方法分为两种形式，分别是莱茵法和,KR,法。,莱茵法只是部分插入铁水，通过搅拌使罐上部铁水和脱硫剂形成涡流互相混合接触，同时通过循环使整个罐内铁水都能达到上层脱硫区。,KR,法脱硫是将搅拌器沉浸到铁水内部，而不是在铁水和脱硫剂之间的界面上，通过搅拌形成铁水漩涡，使脱硫剂撒开并混入铁水内部，加速脱硫过程。,使用的耐火材料为高铝质或莫来石质不定形耐火浇注料。,5 KR铁水脱硫搅拌器用耐火材料,工作条件：在铁水进行预处理时，搅拌器浸入到铁水包中，以,100 140r/min,的速度旋转搅拌，铁水呈漩涡运动。使铁水和预处理剂充分混合反应，搅拌器的耐火材料受到激烈的铁水和炉渣的冲刷磨损，脱硫剂的化学侵蚀作用，以及由于间歇作用遭受的温度激变作用，使用条件比较恶劣。,损毁的原因：,铁水和熔渣的冲刷磨损与侵蚀，,脱硫剂的侵蚀，,以及间歇操作带来的热震损伤。,改进措施,在配料中加入高膨胀性的硅石颗粒骨料。因为硅石颗粒在热的作用下会形成微裂纹，在受到热震作用时，起到缓冲应力的作用，从而提高材料的抗热震稳定性。,添加,2%,左右的氧化铝微粉，水泥的用量减少至,2%,，以提高耐火浇注料的抗侵蚀性能和耐磨性能。,添加,SiC,以改善浇注料的耐侵蚀性和抗热震性。,作 业,脱硫喷枪用耐火材料：,卢鹏、刘宏露、刘奇林；,KR搅拌器用耐火材料：,刘美池、刘博维、刘淼。,