技術(shù)資訊 / Technology information
門頭溝鋼包用耐材技術(shù)的研究與發(fā)展是什么？
2023-11-18
近年來，全球粗鋼產(chǎn)量穩(wěn)步增長，2021年全球粗鋼產(chǎn)量達(dá)到19.5億t，而我國粗鋼產(chǎn)量達(dá)10.33億t，在世界范圍占比更高達(dá)56.5%。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，我國連鑄比和通過鋼包進(jìn)行的鋼水精煉比均逐漸提高，目前二者已分別達(dá)到99.6%和95%以上。因此，連鑄鋼包及爐外精煉鋼包的技術(shù)發(fā)展受到廣泛關(guān)注。
門頭溝中間包耐材
連鑄鋼包及爐外精煉鋼包作為煉鋼的重要熱工設(shè)備，其耐火材料消耗量在鋼鐵行業(yè)消耗耐火材料總量中占比超過30%，對噸鋼耐材消耗量起著關(guān)鍵性的決定作用，因此門頭溝鋼包耐材技術(shù)是近幾年的重要研究課題之一。連鑄鋼包及爐外精煉鋼包用耐火材料品種眾多，品質(zhì)相差很大，鋼包壽命從幾十次到接近300次不等，隨煉鋼技術(shù)與工藝的發(fā)展，以及對耐火材料資源的開發(fā)與利用的進(jìn)步而不斷變化與進(jìn)步。鋼包內(nèi)襯所用耐火材料的材質(zhì)大致有10多種，由于不同的冶煉技術(shù)及原材料種類供應(yīng)的不同，在同一時(shí)期鋼包內(nèi)襯的材質(zhì)也有所不同，但大體上可分為3個(gè)發(fā)展階段:(1)鋯石磚、半鋯石磚、Al2O3-SiO2質(zhì)磚時(shí)期；(2)高鋁磚、堿性磚、中性磚襯廣泛應(yīng)用時(shí)期；(3)不定形包襯快速發(fā)展時(shí)期。經(jīng)過不斷的研究與開發(fā)，涌現(xiàn)出許多新產(chǎn)品及新技術(shù)，連鑄鋼包及爐外精煉鋼包用耐材技術(shù)取得巨大進(jìn)步，值得引起關(guān)注和探討。
1 連鑄鋼包及爐外精煉鋼包的分類和冶煉工藝
鋼包又稱鋼水包，其初始作用是承接煉鋼爐的鋼水，把鋼水運(yùn)送到爐外精煉設(shè)備或澆鋼現(xiàn)場。連鑄鋼包發(fā)揮著承接和輸送鋼水的初始作用。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，鋼包增加了如下功能：加熱，調(diào)節(jié)鋼液溫度；真空脫氣（脫氫、脫氧）和去除夾雜；攪拌鋼液，勻化成分和溫度；金屬的合金化和成分調(diào)整；吹氧脫碳；精煉造渣功能（脫硫、脫磷）等。爐外精煉鋼包主要包括LF/LF+VD、VOD、RH/DH、SL/KIP和CAS/CAS-OB等形式。 連鑄鋼包承接了鋼水以后，需等待前一個(gè)鋼包澆鑄結(jié)束，因此它盛鋼水時(shí)間較長，溫度也較高。爐外精煉鋼包服役條件更惡劣，不同類型的精煉鋼包因鋼種及冶煉工藝不同，其服役環(huán)境存在較大差異。 LF爐也叫鋼包爐，通常是把轉(zhuǎn)爐、電弧爐冶煉出來的鋼水，經(jīng)過加合成渣及合金元素，喂絲，吹氬，加熱等把鋼水進(jìn)一步脫氧、脫硫、去除非金屬夾雜并進(jìn)一步合金化的爐外精煉設(shè)備。也可用LF爐將AOD爐精煉后鋼水進(jìn)行二次精煉，減少夾雜物保證鋼水的純凈度。其工作條件惡劣，對鋼包襯用耐火材料的耐火度、抗渣性、抗熱震性及耐磨性要求進(jìn)一步提高。因此，選用的內(nèi)襯耐火材料日趨化，使用壽命一般在50～100爐次[2]，操作條件和維護(hù)方法不同將導(dǎo)致內(nèi)襯壽命存在較大差異。而有的LF爐后帶有VD（真空脫氣的英文縮寫），VD使鋼水在真空下充分去氣（H2、N2），并進(jìn)一步脫硫、脫氧，使鋼水更加純凈。這種情況還要求內(nèi)襯材料具有良好的真空穩(wěn)定性，鋼包使用壽命會因VD工藝進(jìn)一步下降。LF鋼包渣線使用壽命與VD工藝關(guān)系為：n LF=50-25×n VD。即每增加一爐VD，鋼包渣線使用壽命下降約50%。 VOD是真空吹氧脫碳的英文縮寫。即這種爐外精煉設(shè)備是對鋼水進(jìn)行真空脫氣、吹氧脫碳處理。由于吹氧使?fàn)t內(nèi)溫度升高到1700℃以上，最后還要脫硫還原，因此渣的堿度變化大，煉鋼溫度高，真空條件對耐火材料爐襯的損壞大。這樣苛刻的使用條件決定了VOD爐襯使用壽命較低，一般只有10～21爐次的使用壽命，所以要用優(yōu)質(zhì)耐火材料。 RH爐是真空吹氬循環(huán)脫氣的一種鋼水精煉設(shè)備，而DH是真空脫氣的一種精煉設(shè)備。它主要用來生產(chǎn)低碳、低氮、低氫的鋼種。通過在浸漬管里吹高速氬氣（或配合吹氧脫碳），和上部的真空（脫氮、脫氫），使鋼包里的鋼水通過浸漬管進(jìn)入真空室下部，然后通過另一根浸漬管流回到鋼包。鋼包內(nèi)襯受到高速循環(huán)流動鋼液的沖刷及鋼水溫度波動的影響。在這樣的條件下，要求鋼包內(nèi)襯具有非常高的抗沖刷和抗熱震性。 SL（氏蘭法）和KIP（川崎噴粉法）屬于噴射冶金技術(shù)，通過噴槍向鋼水噴吹合金粉或精煉粉劑達(dá)到脫硫和去除夾雜凈化鋼水的目的，主要冶煉特殊低硫鋼。要求鋼包襯具有較高的抗渣侵蝕性和抗熱震性。 CAS/CAS-OB（密封吹氬法/密封吹氬+吹氧法）：鋼包底部噴吹氬氣并加入合金與渣對鋼水進(jìn)行成分微調(diào)，有效凈化鋼水和去除夾雜。帶吹氧升溫功能時(shí)，鋼包受到鋼水和合成渣的強(qiáng)烈沖刷與化學(xué)侵蝕作用，停爐間歇受到強(qiáng)烈的熱沖擊，因此要求選用的鋼包內(nèi)襯高溫強(qiáng)度高、抗熱震性好、能抵抗高溫鋼水和熔渣的侵蝕。
五種典型精煉鋼包冶煉工藝示意圖
2 鋼包用耐火材料的種類和特點(diǎn)
常見鋼包內(nèi)襯的基本結(jié)構(gòu)
由于各鋼廠的冶煉工藝和冶煉鋼種不同，鋼包內(nèi)襯用耐火材料的品種和類型也不同。連鑄鋼包和精煉鋼包用耐火材料種類大致相同，只是精煉鋼包功能增加，使用條件的惡化，因此會選擇性能更優(yōu)的耐火材料來提高服役壽命。目前，鋼包內(nèi)襯用耐火材料主要有Mg O-C磚、鋁鎂尖晶石澆注料、鋁鎂碳磚、Mg O-CaO-C磚、Mg O-CaO磚/白云石磚、鎂鉻磚、高鋁磚等。在上述鋼包內(nèi)襯中，前三種鋼包襯占絕大多數(shù)。主要鋼包內(nèi)襯用耐火材料的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍如表1所示。與工作襯相比，鋼包襯所用的耐火材料對耐火度、抗侵蝕性、抗熱震性及耐磨性等性能要求略低，但對襯的保溫性能要求在提高，常用的傳統(tǒng)耐材有鋁鎂澆注料、鋁硅質(zhì)/半輕質(zhì)鋁硅質(zhì)澆注料、輕重質(zhì)復(fù)合磚、高鋁磚、黏土磚等，也有開發(fā)的鋁鈣系新型鋼包襯用澆注料等。
