宝钢转炉钢包用耐火材料的现状及发展趋势
NAIHUO CAI LIAO /耐火材料2002, 36(4) 231~234
综 述
宝钢转炉钢包用耐火材料的现状及发展趋势
□ 邱文冬 牟济宁 汪宁
宝山钢铁股份公司炼钢厂 上海200941
摘 要 综述了宝钢转炉钢包用耐火材料的变化过程及使用现状, 重点介绍了近年来宝钢在钢包耐火材料使用上的一些技术进步, 提出了存在的问题及对策, 展望了今后宝钢转炉钢包的发展方向。关键词 宝钢, 转炉, 钢包, 耐火材料, 使用现状, 发展趋势Ξ
t t 部分。其中、二期工程建成的, 万t , 实际产钢量在700万t 以上, 目前连铸比70%左右, 精炼方式有RH 、KIP/C AS 及LF 。250t 炼钢系统是三期建成的, 设计产
为38次, 吨钢耐火材料平均消耗为5. 9kg ; 使用进口的锆质砖为包壁和渣线砖, 包底使用蜡石砖, 平均寿命为90次, 3. 6kg ; , 包底砖采, , 吨钢耐火材料。年7月二期连铸投产后钢, 包龄仅30次左右, 吨钢耐火材料消耗在10kg 左右, 高铝包的主要问题是剥落、粘渣及渗冷钢, 导致钢包超重和拆包困难。1990年以后, 宝钢与国内耐火材料生产厂及研究机构一起联
合开发了包壁用铝镁(尖晶石) 碳砖、微膨胀高铝砖, 渣线用镁碳砖, 包底用蜡石-碳化硅砖, 同时提高钢包管理水平, 使300t 钢包包龄从30次左右逐步提高到100次以上, 吨钢耐火材料消耗从10kg 降低到3kg 。
钢量325万t , 实际产钢量在330万t 以上, 连铸比100%, 精炼方式有RH 、IR -UT , 冶炼钢种以低碳
钢、超低碳钢为主。
1 转炉钢包用耐火材料的发展历程
自1985年9月投产以来, 宝钢300t 钢包用耐火材料主要的变化过程如下:
渣线:蜡石砖(1985年9月至1988年) →锆质砖(1985年9月至1989年) →高铝砖(1986年6月至1990年2月) →镁碳砖(1989年7月至今) ;
包壁:蜡石砖(1985年9月至1988年) →锆质砖(1985年9月至1989年) →高铝砖(1986年6月至今) →铝镁碳(1990年5月至1998年6月) →微膨胀高铝砖(1991年至1997年) →不烧铝镁砖(1998年6月至2002年4月) →铝镁尖晶石质浇注
2 转炉钢包用耐火材料使用现状
永久层:包底永久层和大部分包壁永久层使用高铝质浇注料, 另有一部分包壁永久层使用蜡石砖或高铝砖。
渣线:镁碳砖(碳含量14%, 已试验过碳含量
7%左右的镁碳砖) 。
包壁工作层:主要有二种, 一种是高铝砖, 另一种是铝镁尖晶石质浇注料。使用时, 高铝砖和浇注料的吨钢成本基本相当。
包底工作层:主要是蜡石-碳化硅砖, 使用寿命较低, 小修周期仅25次, 导致包底耐火材料消耗较高。也有部分钢包使用整体浇注料, 方法是在冲击区用预制块, 四周用浇注料, 寿命在70~100次。主要问题是钢包小修周期仅25次, 挖修透气砖及水口座砖后容易导致冷钢和渣渗入, 形成夹层结
Ξ邱文冬:男,1965年生, 博士, 高级工程师。收稿日期:2002-06-12
料(1995年10月至今) ;
包底:蜡石砖(1985年9月至1991年12月) →蜡石-碳化硅砖(1991年11月至今) →铝镁尖晶石质浇注料(1999年至今) →铝镁质预制块和高铝不烧砖组合(2001年10月至今) 。
在宝钢投产初期, 使用蜡石砖的钢包平均包龄
编辑:李光辉
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构, 钢包重量增加, 而且难以多次修理, 耐火材料成本增加, 无法推广应用。目前正在试验无碳包底砖。
表1是宝钢和国外某先进钢厂钢包(250t ) 各部位的耐火材料消耗情况。宝钢的生产工艺条件与国外某先进钢厂中的A 厂二炼钢及B 厂相似。
表1 宝钢与国外钢厂钢包吨钢耐火材料消耗 kg
项目渣线包壁包底其他
S/N
250t 钢包2002年1~4月平均包龄214次, 吨
钢耐火材料消耗平均为1. 99kg 。
目前宝钢已拥有一套成熟的整体浇注钢包的施工、使用及维护技术, 转炉钢包将在今后两年内全部改为整体浇注钢包。3. 2 保温材料的开发应用
国外某钢厂(1999年) 宝钢宝钢宝钢
(1999年) (2000年) (2001年) A 厂B 厂
0. 240. 30. 320. 190. 020. 040. 330. 380. 290. 120. 080. 030. 350. 360. 340. 080. 080. 030. 290. 60. 950. 610. 050. 060. 340. 680. 90. 7160. 050. 030. 350. 610. 970. 610. 060. 060. 390. 690. 90. 480. 050. 030. 350. 580. 940. 460. 060. 060. 400. 690. 890. 470. 050. 03为减少钢包的过程温降, 提高钢包包壳的使用寿命, 宝钢与研究机构合作研究开发了一种钢包用保温板, 保温板的性能为:110℃24h 烘后的体积密度为0. 905g ・cm -3,110℃24h 烘后压缩量20%时的压缩强度为2. 16MPa ℃6h 烧后线收缩率为1. 86, 热面0. 138W ・() -1, Al 2O 3。
, 未使用保温板时, 包壳平均温度为368℃, 使用20mm 厚保温板时, 包壳平均温度下降到261℃; 对于整体浇注包, 未使用保温板时, 包壳平均温度为377℃, 使用20mm 厚保温板时, 包壳平均温度下降到272℃。3. 3 永久层浇注料的开发应用
水口
宝钢钢包(300t ) 和国外钢厂(250t ) 维修情况如下:, 包寿命在100, 次; , 105次, , 次, 而国外钢包采用整体浇注时的寿命达到288次; 宝钢钢包包底采用蜡石-碳化硅材质时, 寿命为25次, 国外钢包包底采用整体浇注, 寿命为48次; 宝钢钢包小修周期为25次, 小修内容为包底全部, 国外钢厂小修周期为48次, 主修透气砖及水口。
永久层原来使用的是蜡石砖和高铝砖, 每次大修时永久层均无法保留, 严格意义上不能称永久层, 只能称安全层, 而蜡石砖和高铝砖砌筑的永久层由于有大量砖缝, 安全层也并不安全。为使永久层既能长寿, 又能安全, 开发了一种供永久层使用的较为高档的高铝莫来石质浇注料, 其特点是在浇注料厚度较薄的条件下具有高的强度、良好的热震稳定性及高温体积稳定性。钢包永久层整体浇注的好处主要有两点:一是提高钢包使用的安全可靠性; 二是延长永久层使用寿命, 降低工人劳动强度, 使隔热保温材料可多次使用, 降低钢包生产成本。目前永久层使用寿命最低为500次。3. 4 低碳镁碳砖的应用
3 转炉钢包用耐火材料的技术进步
3. 1 整体浇注技术的应用
宝钢300t 钢包从1995年9月开始使用进口浇注料进行试验。用日本浇注料共浇注6个钢包, 平均包龄217次, 吨钢耐火材料消耗为1. 94kg , 用欧洲浇注料共浇注11个钢包, 平均包龄251次, 吨钢耐火材料消耗为1. 84kg 。为降低成本, 宝钢从1996年12月先后试用了国内九家耐火材料厂生产
的浇注料, 到2000年6月, 共使用了43个钢包, 平均使用寿命258次, 吨钢耐火材料平均消耗1. 78kg , 达到并超过了进口料的使用水平。
2000年300t 钢包LF 炉投产, 整体浇注钢包包
为减少耐火材料对钢水的污染, 宝钢曾先后在钢包渣线上试验过镁锆质、铝镁质、铝铬质、镁铝质等多种材质的预制块, 效果均不理想。在目前无碳材料不能满足渣线使用要求的情况下, 宝钢进行了降低渣线镁碳砖中碳含量的试验, 把渣线中的碳含量从14%左右降低到7%左右, 为保证低碳镁碳砖有良好的抗热震性和抗熔损性, 在结合剂和外加剂上进行了大量研究。低碳镁碳砖在300t 钢包上进行了多次试验, 结果证明低碳镁碳砖使用寿命可达
龄下降幅度较大, 同时永久层改用整体浇注后, 工作层厚度减薄,2001年平均包龄降到154. 5次。根据这种状况, 宝钢发明了一种全新的浇注方法, 虽然包龄不高,2002年1~4月平均仅157. 5次, 但吨钢耐火材料消耗仅1. 6kg , 而且吨钢成本可比以往的浇注方法下降20%以上。 232 2002/4
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110次左右, 与普通镁碳砖相当, 可基本满足300t
用烧结刚玉、锆刚玉、部分稳定氧化锆等低硅原料生产的新型铝碳锆质滑板, 其性能指标与原来使用的普通铝碳锆滑板的对比见表3。
表3 铝碳锆滑板的性能对比
项目
w /%
钢包的使用要求。存在的问题是砖的质量不稳定, 今后应开发质量稳定的低碳镁碳砖, 最终使低碳镁碳砖完全取代普通镁碳砖。3. 5 包沿口可塑料及保护板的应用
以前当镁碳砖砌到最后一环时, 与包沿口钢板之间的空隙约50mm 的高度是用高铝质浇注料填充的, 存在的问题是施工不方便, 浪费较多, 而且为了将浇注料灌入缝隙中, 需要加入较多的水, 容易导致镁碳砖的氧化, 为此开发了一种高铝质的可塑料, 特点是施工方便。钢包在使用中钢水和渣溢出会烧毁包沿口钢板, 导致钢包提前送修, 这种现象在300t LF 钢包表现更明显。通过与上海贝尔耐火材料公司合作, 开发了一种“L ”板, 3. 6 Al 2O 3Z rO 2C 9. 438. 62
/(g ・cm -3) 3. 123. 01
体积密度显气孔率耐压强度
/%67
/MPa 158. 3136. 5
新型滑板78. 618. 87普通滑板71. 86. 23
从性能指标来看, 新型铝碳锆滑板与普通滑板相差不大, 但由于新型滑板中SiO 2含量低, 在使用。新型铝300, 平均使用寿命30, 使得行车长期处
, 严重威胁着行车的运行安全, 同时也减少了钢包的有效容积, 影响出钢量。另一方面, 考虑到行车的运行安全, 粘渣超重的钢包只好提前打掉, 使钢包周转紧张, 包龄降低, 耐火材料消耗增加。研究表明, 粘渣的直接原因是渣冷凝后析出高熔点相所致。粘渣主要是钢种(渣) 、钢包热状态和包衬耐火材料共同作用的结果, 它不仅与钢包渣中的Al 2O 3含量高有关, 也与钢包热状态差和渣、钢渗入耐火材料有关。其他原因包括连铸比逐年提高, 铝镇静钢比例较高, 钢包小修次数多, 耐火材料抗渗透性不足, 保温剂影响等。
为减少钢包粘渣现象, 采取了一些有效手段, 如加快钢包红包周转, 改变保温剂的化学组成。更重要的是开发了钢包除渣剂, 采取化学办法使渣改性。通过使用除渣剂, 钢包粘渣现象显著减少, 砖砌钢包平均包龄从粘渣严重时的85次左右提高到了115次, 降低了钢包生产成本, 保证了行车的安全生产。目前钢包除渣剂已推广到同样存在粘渣和超重问题的250t 钢包上使用。
, 50次左右。存在的问题是有时难以贴补, 有时贴
补后钢包壁易渗入钢水和渣, 导致超重。1996年开始使用镁质及镁钙质喷补料对熔损严重部位进行喷补, 喷补附着率在85%左右, 喷补加水量为20%左右。存在的主要问题是喷补厚度有限, 一般在30mm 左右, 而且镁质料容易粘渣, 喷补表面无法
清理。镁质料能使用15~25次, 镁钙质料能使用5~20次。经过多次试验研究, 开发了一种铝镁质修补料代替喷补料, 加水量在7%左右, 其特点是附着性好、耐熔损、易于施工, 效果很理想。每次小修时均对包壁熔损较严重的部位进行修补, 修补料使用寿命可达25次以上。修补料性能见表2。另外1400℃1h 的高温抗折强度为1. 9MPa , 荷重软化温度T 0. 6%=1350℃, T 2%=1450℃, w (Al 2O 3) =89. 51%, w (MgO ) =6. 48%, w (SiO 2) =1. 21%。
表2 钢包修补料的理化性能
处理条件
抗折强度/MPa 耐压强度/MPa 体积密度/(g ・c m -3) 显气孔率/%线变化率/%
110℃24h 1000℃3h 1400℃3h 1500℃3h 1600℃3h 8. 529. 82. 9720-7. 823. 72. 93230
-142. 82. 8922+0. 4
33. 5>1842. 95200
->1852. 9817-0. 7
4 存在的问题及对策
4. 1 砖砌包比例较高
目前宝钢尚有相当一部分钢包使用高铝砖。在成本相当的情况下, 砖砌包的吨钢耐火材料消耗比整体包高1kg 左右, 继续使用高铝砖是不明智的。与整体浇注钢包相比, 砖彻包有以下几点不足:一是熔损快, 对钢水污染大; 二是砌筑工作量
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3. 7 滑板材质的改进
针对现有钢包用铝碳锆滑板在使用中存在的问题, 宝钢和上海永和耐火材料公司合作开发了采
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大, 维修困难; 三是安全性差。因此, 在有条件的钢包上应尽快全面使用整体浇注包。有一部分300t 钢包的包壳由于使用时间较长, 变形严重, 已无法放入模芯浇注。对这部分包壳也已试验了预制砖, 成本和消耗与整体包相当, 甚至优于整体包, 目前也在使用中, 在取得了经验后有必要进一步推广。4. 2 包底寿命低
的熔损特别大, 尤其是钢帘线钢, 对耐火材料有特殊要求, 一般耐火材料不能使用, 在冶炼这种钢时, 渣线寿命有时连10次都达不到, 钢包修理次数多, 耐火材料消耗极高。虽然这种钢产量不大, 但对钢包耐火材料消耗的影响很大。必须开发满足这些钢种冶炼要求的耐火材料。4. 5 维修判断技术及标准落后
目前, 宝钢使用的包底砖是蜡石-碳化硅砖, 使用寿命仅25次。这是钢包耐火材料中最差的一个环节, 是耐火材料消耗高的主要原因。宝钢也在部分钢包上使用包底整体浇注, 无法大量使用的主要原因是维修困难, 由于小修周期仅25次, 多次修理后冷钢夹层较多, 寿命无法达到国外报道的125次以上, 同时吨钢成本也是蜡石-碳化硅砖的2倍。砖, , 4. 3 要降低钢包耐火材料的消耗, 必须有科学合理的残厚管理标准。由于钢包残厚基本上是人工判断的, 具有随意性及风险性, 操作人员往往更多地考虑钢包安全生产的重要性。要降低, 术, ; 使; 透气砖热更换安。通过提高耐火材料安全使用的可靠性, 来减少耐火材料的浪费。
目前, 25次, 而国际上先进钢厂一般在50次左右。小修周期短导致耐火材料消耗高, 钢包热周转率低。限制钢包小修周期提高的主要障碍是上水口和透气砖的寿命低。对各种材质的上水口进行过试验, 寿命均难有大的提高。开发了一种修理环, 可使寿命达到25次以上。目前正在研究上水口与座砖的结构, 使之能在热态下更换, 估计不久即可成功。国内外许多钢包都在实行透气砖的热态更换, 宝钢也有必要尽快解决此问题。
4. 4 特殊钢用耐火材料消耗高
5 发展趋势
钢包耐火材料总的发展趋势是降低消耗、清洁钢包。降低消耗不仅可以降低成本, 更重要的是可以减少对钢水的污染; 清洁钢包一方面是要用无碳、熔损小的耐火材料, 另一方面要减少钢包的粘渣。宝钢钢包耐火材料的使用要达到世界一流水平, 在今后几年内必须做到以下几点:1) 在工作层和永久层全面推广应用整体浇注技术;2) 延长包底小修周期, 除开发有宝钢特点的包底耐火材料外, 必须引进或开发先进的维修技术, 主要是激光测厚、透气砖热态更换及湿法喷涂技术;3) 在稳定低碳镁碳砖质量的基础上开发无碳渣线材料。
某些钢种(如钢帘线钢和电工钢) 对耐火材料
Current status and developing trend of refractorie s for converter ladle in Bao steel/Qiu Wendong ,Mou Jining , Wang Ning//Naihuo Cailiao. -2002,36(4) :231
The evolution p roces s and current status of refractories us e d in converter la dle in Baosteel are reviewe d , s ome technical a dvancement achieve d in the ap plication of refractories in converter la dle in Baosteel in re 2cent years are introduce d emp hatically ,the existing p roblems in the refractories ap plication and the counter 2meas ures are p rop os e d and the developing trend of converter la dle in Baosteel are forecaste d.
K ey words :Baosteel , Converter ,La dle , Refractories ,Utilization current status ,Developing trend Author ’s addre ss :Baosteel Steel Making Plant ,Shanghai 200941, China
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