炼钢用耐火材料的主攻方向

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炼钢用耐火材料的主攻方向

张贺

鞍山市奥鞍耐火材料有限责任公司 辽宁鞍山 114000

摘要:近年来,随着汽车、造船以及机械等制造业对钢铁需求的不断增加,进一步促进了钢铁制造业的高速发展。钢铁生产离不开耐火材料,在一定程度上直接影响着产品质量以及钢铁业未来发展方向。当前,炼钢新技术的应用和生产结构的优化对耐火材料要求越来越严格,相关学者也加强对炼钢用耐火材料的研究投入,以全面提高炼钢用耐火材料的使用性能。基于此,本文主要对炼钢用耐火材料的主攻方向进行分析探讨。

关键词:炼钢用;耐火材料;主攻方向

1、前言

相关研究表明,耐火材料的材质和性能与钢水成分控制的精准化、非金属夹杂含量的多少等有密切关系,尤其是炉外精炼和中间包浇铸过程中,耐火材料的选用更是与钢水的质量直接相关。生产耐火材料会产生大量污染,耗用大量资源,随着绿色经济的到来,减少耐火材料在生产过程中的耗用,对环境保护与资源节约而言具有积极的意义。

2、冶炼设备和工艺

钢铁是大型船舶、冶金、军工以及航天航空等重大装备制造业的基础与前提,随着科学技术与社会经济的高速发展,耐火材料的技术也得到完善和发展,生产成本降低,使用寿命和使用性能得到提升,这有利于生产出高品质的产品。进一步促进钢铁生产工艺的提升和钢铁的稳定发展。在钢铁生产过程中,决定产品质量重要环节的是冶炼钢水的质量,这对钢水的化学成分和纯净化控制提出严格要求,也就是说只有对钢水化学成分进行严格控制,且提升净化水平,才可以保证钢水质量。根据研究数据表明,耐火材料的性质和性能与钢水成分控制的精细化有着密切的关系,不仅影响着钢水成分控制,还影响其中非金属夹杂含量,尤其是炉外精炼和中间包浇筑过程中,耐火材料的质量直接影响着钢水的质量。铸件和钢锭生产需要经过精炼炉处理,一般一座100t超高功率电驴和一座120t精炼炉,最大可以生产500t级双真空钢锭以及700t级铸件毛坯。钢水经过真空脱气之后,在经过中间包进行真空浇筑,减少关键焊缝的数量,进一步提升产品品质。

3炼钢用耐材料主攻方向

炼钢生产技术的发展和社会经济发展对耐火材料不断提出新的要求,现阶段,炼钢用耐火材料的生产工艺、使用技术和产品功能等方面还存在一定问题,这样促使相关学者加强对炼钢用耐火材料的研究。为了满足和推动炼钢技术的发展,提高炼钢用耐火材料的使用性能,还需要对炼钢用耐火材料的质量进行改进、施工、修补,降低单耗。铸锻件的冶炼生产是离不开冶金设备的,而钢锭的生产相比铸件来说,对于质量要求和化学成分控制更为严格。

首先,炼钢用耐火材料选择应该注意的问题。炼钢用耐火材料的常温耐压强度、重烧线变化和荷重软化温度等要素是直接影响炼钢用耐火材料质量的关键,一般来说,对于炼钢设备来说,并不是非常严格,而炼钢用耐火材料最基本的性能要求就是在铸造的过程中不能软化、不能变形,并且保持一定的韧性和密度。有些炼钢用耐火材料材质对温度较为敏感,这就需要考虑炼钢设备的反应氛围,面对目前的钢铁形式,钢包是连接炉前-精炼-铸机的重要设备,在生产实践中,经常由于现场操作人员对上水口的定位的重要性认识不足或者对滑板火泥的材质要求不严,涂抹火泥较厚为10mm左右等原因,造成生产中断、烧毁设备等一系列问题,给钢厂的生产和人身安全带来极大的危害。这就需要重新制定操作规程,改变使用耐火材料的材质,保证安全,高效生产。并且就某些炼钢用耐火材料材质进行综合分析,比如含碳量较高的耐火材料,在氧化性氛围下很容易发生氧化,不适合在氧化性氛围强的条件下使用。同时,原有的卤水和镁质火泥已经无法适应当前需要,改为更高品质的水和铝铬质火泥。考虑耐火材料的组成材质和含量成分,将原滑板凸台表面的火泥由原来的10mm降为3mm。

其次,精炼包用耐火材料。为了满足炼钢技术设备大型化、自动化以及对节能环保等反面的要求,需要对精炼包用耐火材料的改进、生产工艺和修补技术进分析,降低单耗,延长使用寿命。精炼炉最早是由日本发明的,其主要作用就是将电路还原和进行合金化处理,一般来说,电路用于生产粗质炼钢水,以提高生产效率。在炼钢过程中,主要是为精炼炉提供碳、镁、磷等化学物质,且温度必须符合规格要求,同时在脱碳过程中会产生剧烈的碳氧反应,如果耐火材料的密度不足,气孔就会增多,钢水会沿着气孔深入到耐火材料中,使得材料的组织结构发生变化。现有重轨引流剂,在不用烘烤器底下的钢包时,经常发生引流开浇,造成铸坯掉队、降速等。这就要求引流剂生产厂家将锆质引流剂里的锆砂含量达到70%,钢包烘烤温度必须达到1000℃。由于精炼包用耐火材料对生产环境的要求,因为脱磷需要在高温高碱环境下进行,需要加入大量的石灰,且脱碳需要在极高的温度下进行,当随着生产温度越来越高,材料就会熔损剥落。这就需要精炼包用耐火材料在高温下具有较强的抗碱性,抵制炉渣的侵蚀,也就是说具有高温化学稳定性和较强的温力学性能。随着铸锻件产品要求越来越严格,精炼炉已经成为钢铁业不可缺少的设备之一,精炼炉的重要作用就是对钢液进行脱硫、脱氧和合金化处理,由于精炼包用耐火材料具有良好的抗渣性、高热导率和抗热性能,目前世界上很多国家都采用精炼包用耐火材料作为炉壁工作层材料。重机厂钢锭对氢、氧气等气体含量要求比较严格,大部分钢液都需要经过真空处理,要求真空之前的钢水温度不能低于1680℃,选用锆质材料的引流剂,保证烘烤器下的钢包罐内温度达到1000℃以上。在滑板凸台面上涂抹完滑板火泥后,再涂抹一层大鳞片石墨,最后在对钢液进行合金化处理。

最后是中间包用耐火材料的应用。中间包的主要作用是接收从精炼包流出的钢水,当钢水的液面和温度满足要求时,再提升塞棒将钢水浇至钢锭模内。在浇铸过程中,中间包具有稳定液面、降低钢水静压力、促进钢水中夹杂物上浮、净化钢液、控制浇入锭模钢水温度等功能。中间包的耐火材料主要包括工作层、塞棒和水口。从中间包的使用环境分析,所用的耐火材料需要满足以下几个条件:①良好的抗热震性,在浇钢前后冷热突变时不炸裂;②较低的热传导性和热膨胀性,使中间包具有较好的保温性能;③耐钢水冲刷侵蚀,在浇铸过程中对钢水的污染小;④容易清理,方便周转使用。

腊石材质由于含SiO2较高,达65%以上,在高温及熔渣作用下,表面会产生高黏度液相,形成隔离层,阻止钢液和熔渣继续渗透,从而降低材料的熔损侵蚀速度。氧化锆加入耐火材料后,能明显改善材料的热稳定性和化学稳定性,延缓钢水对耐火材料的侵蚀。并且氧化锆易于耐火材料形成高熔点的复合物,使耐火材料不易进入钢水,提高了钢水的纯净度。出于成本和对产品质量的综合考虑,中间包工作层可以根据生产的产品采用腊石质耐火材料和锆莫来石材料,塞棒采用铝碳质材料,水口视产品要求采用锆质和铝碳质。

4、结语

通过研究炼钢用耐火材料在某重机厂的应用,确认铸锻件产品的质量与耐火材料密切相关,选用耐火材料应考虑设备的工作环境。目前重机厂炼钢用耐火材料基本能满足生产需要,但是在冶炼超纯净钢、超低碳钢时存在不足。未来重机厂耐火材料的发展方向需要满足冶炼洁净钢的要求,即对钢液污染小,不影响钢液化学成分。

参考文献:

[1]林育炼.洁净钢生产技术的发展与耐火材料的相互关系[J].耐火材料,2010,44(5):377-382.

[2]李红霞.中国耐火材料行业的发展与资源、能源和环境[J].耐火材料,2010,44(6):401-403.

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