钢包粘渣与包衬耐火材料.pdf

钢 包 粘 渣 与 包 衬 耐 火 材 料t 姚金甫 田守信宝山钢铁股份有限公司技术中心 上海 201900摘 要 阐明了钢包粘渣与包衬耐火材料存在一定的关系, 抗渣渗透性差、 容易出现开裂的包衬耐火材料容易粘渣为防止钢包粘渣, 适于采用抗侵蚀性和抗渣渗透性优良的尖晶石砖、 铝尖晶石( 或铝镁) 浇注料、 低密度浇注料以及抗剥落性好的刚玉- 锆英石浇注料作包衬耐火材料关键词 耐火材料, 钢包, 包衬, 粘渣, 抗渣性X近年来, 连铸钢包普遍出现包壁粘渣现象钢包粘渣后, 会引起以下问题: ( 1) 造成钢包容积减小, 钢液面上升, 并且精炼时钢渣会上浮至包口, 使包口结渣、 结冷钢, 甚至会发生钢水溢出而烧坏电缆和钢包台车的事故; ( 2) 造成钢包质量增加, 直接影响起吊行车的运行安全; ( 3) 粘渣严重的钢包只好提前拆除, 造成包龄降低, 拆包和砌包工作量增大, 耐火材料消耗增加; ( 4) 造成钢包周转紧张; ( 5)粘渣还给包衬残厚的准确判断带来了困难, 残厚判断不准确, 严重时会发生漏钢事故为此, 对粘渣与耐火材料的关系以及防粘渣耐火材料的特点等进行了分析讨论1 钢包用耐火材料的特性随着冶炼水平和钢水质量的提高, 钢包越来越多地承担着精炼的功能。

由于碱性耐火材料抗侵蚀性优良, 并且对钢水质量有利, 因此, 钢包多用碱性耐火材料1. 1 钢包衬砖的特性根据不同钢包衬砖的性能和使用情况, 可从各个方面对其做出评价, 如表 1 所示可以看出, 除高铝砖外, 其他砖的抗粘渣性都不错, 但从综合性能看, 尖晶石砖( 不烧铝镁砖) 相对较好1. 2 钢包浇注料的特性表 2 列出了不同材质钢包浇注料的特性[1]可以看出, 锆英石浇注料的抗粘渣性最好, 尖晶石质浇注料的综合性能最好目前, 钢包渣线大多采用镁碳砖, 包壁为铝尖晶石或铝镁浇注料从发展前景看, 镁碳浇注料有望替代渣线部位的镁碳砖,成为全包壁为浇注料的整体钢包而镁碳浇注料当属抗粘渣性较好之列表 1 钢包衬砖的特性材 质蜡石砖 高铝砖 镁碳砖铝镁 碳砖尖晶 石砖镁钙砖抗侵蚀性差好极好好好好 抗渣渗透性极好差极好极好中等/好好 抗粘渣性极好差好好中等极好 钢包寿命短长长长长中等 热损失小中等大大中等中等 耐火材料价格低低高高低中等 钢包综合成本高低低低低高表 2 钢包用耐火浇注料的特性浇注料材质镁质高铝质锆英 石质尖晶 石质 耐磨性极好好中等极好 抗渣渗透性差中等极好中等/好 抗粘渣性差中等极好中等 钢包寿命较长较长中等长 热导率/ [ W#(m#K)- 1] (800e )4. 401. 701. 202.90比热容/ [ J#( kg#K)- 1] (800e )1. 211. 090. 671.13热损失大中等小中等 需要量/ ( kg#m- 3)2800285030503100 耐火材料成本低低低中等 钢包综合成本高中等中等低2 宝钢转炉钢包包衬的粘渣情况及改进2. 1 钢包粘渣和包衬所用耐火材料宝钢钢包包壁使用的是高铝砖、 不烧铝镁砖和整体浇注料, 使用过程中都会产生粘渣现象, 但粘渣的情形有所不同。

高铝砖和不烧铝镁砖使用 25~ 35 次开始粘渣, 70~ 80 次粘渣达到高峰, 以后钢包质量有所回落; 整体浇注料一般在使用 50次以后108NA IH UO CA ILI AO/ 耐火材料2003/ 2X¹ 姚金甫: 男, 1964 年生, 高级工程师 收稿日期: 2002- 05- 27 修回日期: 2002- 12- 15编辑: 柴俊兰综 述耐火材料/NAIHUO CAILIAO2003 , 37 ( 2 ) 108~ 110开始粘渣, 有些包使用 100次以后才开始粘渣超重分析原因, 这与包衬材料的材质及其抗侵蚀性不同有关砖砌包的抗侵蚀性比整体浇注料的差, 并且存在砖缝, 砖缝首先受到侵蚀, 砖缝处凹陷, 渣容易粘附大修时, 发现残砖的变质层很厚, 说明砖的抗渗透性较差整体浇注料均为高档刚玉- 尖晶石或铝镁浇注料, 抗侵蚀性好, 并且没有缝隙, 抗渗透性明显好于砖砌钢包浇注料残样的变质层很薄, 但残样中常常夹着冷钢, 主要是由于在钢包频繁的冷热交替使用中, 浇注料出现裂纹, 导致钢液和熔渣向里渗透而渗透的冷钢更会使钢包超重钢包残样的显微结构分析结果见表 3高铝砖的抗渣渗透性较差, 并且容易产生剥落; 不烧铝镁砖是靠使用过程中的反应烧结而进一步提高强度和致密程度以形成足够的抗侵蚀性。

但是, 由于Al2O3和 MgO 生成尖晶石是膨胀反应, 如果反应程度控制不好, 会造成不利的影响, 并且, 不烧铝镁砖往往中温强度较低, 这样, 使用过程中由于热面和冷面的温度差, 造成砖的冷热面强度差异很大, 形成热应力容易使砖发生断裂和剥落宝钢的不烧铝镁砖一度存在着中温强度偏低和基质疏松的问题, 渣容易渗透, 使用到一定程度又容易发生剥落因此, 如果解决好不烧铝镁砖的中温强度偏低和高温膨胀问题, 那么, 既能取得较长的使用寿命, 又会使粘渣减轻表 3 钢包衬残样的显微结构分析结果项 目主要损毁原因高铝砖残样渣中的 CaO 和SiO2与高铝砖反应生成CAS2- C2AS 系低熔点硅酸盐; 火泥是薄弱环节, 熔渣从砖缝渗入到很深的地 方; 热应力的作用使砖出现平行于工作面的裂纹( 横断裂纹) , 加上大量铁的渗透, 渗入铁的膨胀系数明显比高铝砖 大, 使横断裂纹扩大, 达到一定程度后, 砖发生剥落不烧铝镁砖残样残样基本表现为渣铁渗入, 与砖反应反应产物的主晶相为自形尖晶石, 基质形成 C2AS 与 CT 共生的相组合砖 基质中渗入的液相冷凝生成 CAS2, 颗粒侵蚀变化生成 CA6, 主晶相MA 的晶间结合相为 CAS2。

残样原砖层的形貌 结构显示, 基质疏松多孔整体浇注料残样骨料含电熔刚玉大颗粒或烧结氧化铝大颗粒, 基质为预合成尖晶石和原位反应尖晶石渣蚀反应生成 CA6、 C2AS、 CAS2和 CA2, 液相渗入到基质中, 在刚玉颗粒表面反应形成 CA6环带单从残样观察, 由于原料纯度高, 侵蚀反应带 较薄, 但明显存在平行于热面的裂纹根据以上的分析, 钢包粘渣与耐火材料的抗侵蚀性有很大的关系包衬材料的抗侵蚀性好, 抗渗透性好, 裂纹少, 就不容易粘渣2. 2 加强钢包衬的保温以减轻粘渣钢包的粘渣现象, 与转炉从出钢至连铸的长时间内钢水热量损失而产生温降有关当然, 出钢前钢包实施高温烘烤, 加快钢包周转以及在周转钢包过程中采用保温盖等都有助于减少温降, 从而减轻粘渣另一方面, 降低包衬的热导率, 减少钢包衬从铁壳向外散失热量是减少温降的重要措施比较普遍采取的办法, 是在永久衬和铁壳之间设置保温板[2], 另外是采用热导率较低的永久衬( 如粘土砖、 蜡石砖、 轻质浇注料) 和工作衬( 如蜡石砖、 锆英石砖、 低密度浇注料) 宝钢的钢包, 在铁壳和永久衬之间采用轻质保温板, 永久衬使用蜡石砖, 这对减少钢水散热, 防止钢包铁壳变形起到了有效的作用, 同时也有利于减轻粘渣。

宝钢目前正在研究开发工作衬用低密度浇注料, 有望在确保抗侵蚀性的同时减轻粘渣, 取得较好的综合效果, 并且使用量减少3 防粘渣钢包耐火材料的研究和使用实践众所周知, 镁碳砖、 蜡石砖不易粘渣然而, 含碳耐火材料会使钢水增碳, 而蜡石砖抗侵蚀性不佳近年来, 人们开始研究不含碳, 抗侵蚀性好, 粘渣较少的包壁耐火材料3. 1 防粘渣包衬砖为适应低碳钢冶炼的需要, 武钢炼钢厂[3]试验采用无碳铝镁尖晶石砖替代铝镁碳砖, 该砖的理化指标为: w( Al2O3) \68%, w( MgO) \5. 0%, 体积密度\2. 85 g#cm- 3, 显气孔率 [ 7. 0%, 常温耐压强度 \55 MPa使用结果表明, 用无碳包衬砖砌筑的钢包比铝镁碳砖平均降碳 5 @ 10- 6, 且使用时表面挂渣较少, 寿命达到了铝镁碳砖的水平3. 2 防粘渣钢包浇注料铝镁浇注料即原位生成尖晶石的浇注料, 其抗侵蚀和抗渗透性优于刚玉- 尖晶石浇注料, 因为尖晶石颗粒越细, 分布越均匀, 抗渣渗透性就越好, 而 1092003/ 2耐火材料/NA IHU O CA ILIA O 预反应合成尖晶石比使用中原位生成的尖晶石颗粒要粗大得多。

实际使用表明, 抗渣渗透性较好的钢包浇注料, 使用时粘渣较轻对刚玉- 尖晶石浇注料试样在 1600 e 3 h 处理后, 用坩埚法进行抗连铸钢包渣的侵蚀试验[ 4], 渣的化学组成( w) 为: Al2O323. 79% ,CaO 39.50%,SiO211.41%,MgO 6. 78%, MnO 6. 26%, TFe 9.32%结果表明( 表4) , 不同水泥含量浇注料的抗渣渗透性相差很大虽然 S3的抗侵蚀性相对较差, 但它的抗渗透性最好因此,为减轻钢包粘渣, 针对本试验采用的钢包渣成分, 适于采用较高水泥含量的浇注料表 4 不同水泥含量浇注料的抗侵蚀性编 号S1S2S3 水泥含量/ %3711 抗熔损指数1864100 抗渗透指数1007325日本[ 5]钢包侧壁采用刚玉- 尖晶石浇注料后,由于浇注料热导率大, 造成钢水温度下降, 包壁粘渣严重, 钢包容积减小, 受钢量下降因此, 对原来的浇注料进行了改进包壁采用低热导率的刚玉- 尖晶石浇注料, 包底采用铝镁浇注料, 渣线仍用镁碳砖使用表明, 钢水温度下降得到了控制, 渣渗透很少, 造成粘渣的 CA6、 CA2等高熔点物质显著减少, 减轻了包壁粘渣。

日本公开了一项专利[ 6], 认为刚玉浇注料中加入一定量的锆英石或锆莫来石, 在确保浇注料抗剥落性和抗侵蚀性的同时, 可防止粘渣这是因为,含锆英石或锆莫来石( 粒度 \0. 3 mm, 含量为 10%~ 80%) 的刚玉浇注料, 在使用过程中, ZrO2#SiO2和ZrO2- 3Al2O3#2SiO2分解生成的 SiO2在高温下为高粘度液相, 可防止渣渗透, 从而减轻粘渣综上所述, 防粘渣耐火材料的种类及其作用机理可归纳于表 5, 其中第 3、 4 和 5 类的防粘渣耐火材料具有好的发展前景需要指出的是, 防粘渣耐火材料只是相对其他材质而言粘渣较轻, 并不是采用了防粘渣耐火材料就一定不粘渣本文前面已经讲过, 造成粘渣的原因很多如果在使用防粘渣耐火材料的同时, 采用保温板和热导率较低的永久衬, 并且加快钢包周转, 这样会取得较好的防粘渣效果表 5 防粘渣耐火材料的种类和作用机理种类 防粘渣机理材质举例1与渣不浸润镁碳砖, 铝镁碳砖2高温下工作面形成 高粘度液相蜡石砖, 锆英石浇注料3密度低, 热导率低, 保温性能好低热导率的铝尖晶石浇 注料4抗熔损, 抗渣渗透性好铝尖晶石浇注料, 铝镁浇 注料5抗热震性及抗剥落性好刚玉- 锆英石浇注料, 刚 玉- 锆莫来石浇注料4 结语( 1) 钢包粘渣与包衬耐火材料存在一定的关系, 抗渣渗透性差, 容易出现裂纹的包衬耐火材料容易粘渣。

因此, 提高包衬耐火材料的抗渣渗透性或提高抗热震性和抗剥落性, 有助于减轻粘渣 2) 为防止粘渣, 适于采用抗侵蚀性和抗渣渗透性优良的尖晶石砖、 铝尖晶石( 或铝镁) 浇注料、低密度浇注料以及抗剥落性好的刚玉- 锆英石或刚玉- 锆莫来石浇注料参考文献1 彭西高译. 铝尖晶石浇注料整体钢包内衬的砌筑与修补. 国外耐火材料,1996, 21( 10) : 14~ 182 姚金甫. 国内外钢包的粘渣及对策. 钢铁, 2002,37(2) : 70~ 723 沈志益. 武钢连铸钢包用耐火材料的开发使用.. 99 全国连铸与电炉用耐火材料学术年会, 武汉, 1999年 9 月4 田守信, 陈荣荣, 姚金甫, 等. 水泥含量对刚玉- 尖晶石自流浇注料性能的影响.2002 年钢铁工业用耐火材料技术研讨会论文集,上海昆山, 2002 年 6月5 久保吉一, 黑川申洋, 丹下昌树. 第32 回精炼用耐火物专门委。