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轉爐爐口用防粘渣噴補料的研制與應用

發布日期: 2019-11-25 08:10:15    閱讀量(146)    作者:王海燕

在轉爐冶煉過程中,經常發生噴濺現象,轉爐噴濺的高溫熔融物在墜落的過程中,溫度逐漸下降、黏度逐漸上升,從而粘附在轉爐爐口、爐帽、水箱等部位,隨著粘渣物的不斷堆積與擴展,最終會導致轉爐爐口的粘渣問題。國內外學者從轉爐爐口粘渣清理專用設備、防粘渣與粘渣隔離技術、粘渣處理方法等方面開展了對轉爐粘渣問題的系列研究,其中,研究的爐口粘渣清理專用設備、氧槍二次燃燒防粘渣技術和吹氧爐口粘渣處理方法在個別煉鋼廠進行了實施,但由于設備的專業性強、對操作控制水平要求高而未能大規模推廣;采用轉爐防粘渣涂料的粘渣隔離技術在國內很多煉鋼廠得到應用,但常用的水基粘渣隔離涂料由于涂層厚度薄而存在熔渣侵蝕、滲透、剝落粘渣面覆蓋不完整等問題,導致實際應用效果不理想,甚至出現了增大粘渣結合強度與粘渣清理難度的負面效應。

武漢鋼鐵股份有限公司(以下簡稱武鋼)條材總廠煉鋼分廠有2120t無水冷爐口頂底復合吹煉轉爐,在實際生產過程中,雖然在爐口、爐帽粘渣面采用了市售硅酸鹽系列防粘渣隔離涂料,但每班仍需采用氧槍燒割與鋼釬或拆爐機振打等方法進行2~3次爐口粘渣物的人工處理,此外,每天還要采用氧槍吹氧處理爐口一次,卻依然存在爐口粘渣嚴重而導致下降罩水冷機構破損漏水等問題,制約了轉爐生產能力的發揮與冶煉經濟指標的改善。針對上述問題,開發了一種以鎂碳耐火材料廢磚再生料為主要原材料的轉爐防粘渣噴補料,并取得了優良的試驗效果。

1 試驗研究

1.1原料選擇

選擇鎂碳耐火材料廢磚再生料為主要原材料,采用簡單的人工挑選除灰、破碎、磁選與篩分的再生工藝耐火再生料粒度為0.15~11~3mm選擇粒度0.15~1mm的燒結鎂砂為細骨料,80μm的電熔鎂砂與碳化硅、45μm的電熔鎂砂、粒度小于等于0.15mm的石墨、硅微粉和α-Al2O3微粉為粉料,選擇土水泥為固化劑,六偏磷酸鈉為結合劑,木質磺酸鈣為減水劑,聚丙烯纖維為防爆劑。

以鎂碳耐火材料廢磚再生料為噴補料的主要原材料,大幅度降低了天然原材料的消耗和噴補料成本采用鎂碳耐火材料廢磚再生料、燒結鎂砂為骨料,電熔鎂砂為部分粉料,保持噴補料中MgO含量,提高噴補料對轉爐鎂碳磚的適應性,防止噴補層與噴補面之間低熔點物質的形成,降低噴補層與噴補面使用工況條件下的結合強度采用碳化硅與石墨為部分粉料,提高噴補層的耐火性能、抗侵蝕性能與抗浸潤性能,降低噴補層表面粘渣速度以及噴補層自身及其與噴補面結合強度通過硅微粉、α-Al2O3微粉的利用,改善噴補料的攪拌均勻性、噴補流動性與附著性能以六偏磷酸鈉為結合劑、礬土水泥為固化劑,提高噴補層凝固速度,降低噴補料的反彈率以木質磺酸鈣為減水劑,降低噴補施工用水量通過聚丙烯纖維熔損與揮發作用,提高噴補層的抗崩裂性能,滿足轉爐高溫噴補面的施工性能要求。

1.2試樣制備

按照再生料使用比例約為40%進行了噴補料的配方設計。先將粒度為0.15~11~3mm的骨料與聚丙烯纖維進行預混,然后加入其他原料混合均勻,加水攪拌均勻后制成40mm×40mm×160mm試樣,根據不同配方試樣脫模后快速烘烤的抗崩裂性與力學強度對比,進行了配方優化,確定了符合現場使用要求的噴補料配方,如表1所示,并對該配方噴補料試樣進行了相關性能檢測和微觀結構分析。

表1 試驗原材料配方

 

2結果與分析

2為研制轉爐防粘渣噴補料的力學性能檢測結果,圖1為經1350℃×3h燒后試樣的巖相檢測照片。

表2 研制轉爐防粘渣噴補料的力學性能檢測結果

 

由表2可見,研制的轉爐防粘渣噴補料中抗侵蝕、抗浸潤、耐高溫性能優良的C+SiC成分總質量分數大于12%,滿足了防粘渣噴補料抗侵蝕與抗浸潤的需求,具有良好的粘渣隔離效果此外,噴補料常溫、中溫與高溫力學強度較低,其中,抗壓強度維持在3MPa左右,抗折強度為0.8~2.0MPa保證粘渣隔離層的解離性能,滿足了隔離層表面粘渣物易剝離與清理的需求。

 

由圖1a~1d可見研制的轉爐防粘渣噴補料試樣中主要物相有方鎂石、碳化、尖晶石、碳等。其中,方鎂石常呈團分布碳質顆粒周圍粘結相比較少,常有裂隙基質中有部分尖晶石。

由圖1e可知,試樣邊緣己經燒結,部分基質與骨料(鎂碳廢磚再生料顆粒、燒結鎂砂顆粒)反應結合。由圖1f可知,試樣中心有部分燒結,骨料與基質未反應結合,試樣中氣孔比較多,主要為形狀不規則的氣孔,氣孔有大有小。

根據試樣巖相檢測結果,試樣中配入的各種原材料細粉在高溫熱處理后部分形成了尖晶石新物相,有利于噴補料隔離層與轉爐爐口的粘結,防止隔離層在轉爐高溫運轉過程中的脫落試樣中碳化硅等碳質物的存在,改善了防粘隔離噴補料的抗澄性能,有利于降低隔離層表面的粘渣速度,延長粘渣清理周期由于試樣中碳和聚丙烯纖維等的氧化、燒蝕以及高溫熱處理過程中的收縮、膨脹作用,試樣中形成了大量的不規則氣孔與空隙,降低了試樣高溫熱處理后強度,有利于轉爐粘渣的清理、去除。

因此,研制的轉爐防粘渣噴補料能夠滿足轉爐粘渣隔離與清理的使用性能要求。

3工業性試驗與應用

根據配方完成了轉爐防粘渣噴補料的制備,于20109月在武鋼條材總廠煉鋼分廠2120t轉爐上進行了2次共3t防粘渣噴補料的半法工業性噴涂施工試驗。

采用專用噴涂設備,通過調整噴涂操作控制參數(壓縮空氣壓力、噴涂角度、噴涂加水量),在轉爐爐口區域表面形成了完整、均勻的粘渣隔離噴涂層,噴涂層厚度達35~50mm,金屬壁面的噴涂附著率大于80%,耐火材料表面的噴涂附著率大于90%,滿足了轉爐金屬外殼與爐口鎂碳磚表面半法噴補施工的技術要求,達到了試驗目的。確定的噴涂具體工藝參數為:壓縮空氣壓力為0.32MPa,噴補角度為75°,噴補加水量為5.5%左右,噴補施工完畢后可立即投入使用。

基于上述研制轉爐防粘渣噴補料的良好試驗結果,20113月在武鋼條材總廠煉鋼分廠2座轉爐進行了研制防粘渣噴補料的推廣應用。應用結果表明,研制的噴補料通過半干法厚層噴補,保證了噴補面粘渣隔離徹底,每班只需噴補1次即可滿足粘渣隔離需要噴補層自身及其與噴補面結合強度較低的特點,有利于粘渣物沿噴補層或其與噴補基體結合面的剝離,降低了粘渣物剝離、清理的難度,每班粘渣清理次數由2~3次減少到1~2次,粘渣清理時間由每次15~30min降到了10~15min,提高了轉爐爐口粘渣的清理效率,減少了非生產作業時間。研制防粘渣噴補料應用前后具體效果對比如表3所示。

表3 研制防粘渣噴補料應用前后效果對比

 

4結論

1)以鎂碳耐火材料廢磚再生料為主要原材料研制的鎂碳質轉爐防粘渣噴補料成本低廉,與轉爐鎂碳磚具有良好的適應性。--

2)研制的防粘渣噴補料施工性能良好,通過半干法噴補施工,可在轉爐爐口表面形成完整、均勻的粘渣隔離噴涂懇噴涂層厚度可達35~50mm,噴涂附著率達80%以上,每班只需噴補1次即可滿足粘渣隔離需要。

3)厚層噴補層自身及其與噴補面的結合強度較低,降低了粘渣物剝離、清理難度,減少了粘渣清理次數與時間,有效提高了轉爐爐口粘渣的清理效率,減少了非生產作業時間在不改變生產工藝的條件下,可提高轉爐生產能力。 

本文作者:朱善合 , 歐陽德剛 , 李明暉

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