太钢精炼系统用耐火材料技术与发展

太钢精炼系统用耐火材料技术与发展我要打印IE收藏放入公文包我要留言查看留言来源：中国电炉网添加人：admin添加时间：2007-08-1913:13:32太钢是中国特大型钢铁联合企业和最大的不锈钢生产企业，其主导产品有不锈钢、冷轧硅钢、热轧卷板、模具钢、军工钢、气瓶钢和车轴钢等。2004年，太钢钢产量达460万t(其中不锈钢产量达72.16万t)，销售收入达290亿元，实现利税21亿元。为调整产品结构和提高质量竞争力，太钢近几年相继建成了大批炉外精炼设施，具有了批量生产纯净钢的生产能力。主要精炼手段有：3座45tAOD炉、1座75tK-OBM-S炉、1座75tVOD炉、l座80tRH炉、l座60tLF炉、1座75tLF炉和1座60tVD炉。目前，太钢正在上马150万t不锈钢新项目，包括碳钢和不锈钢两个生产系统。碳钢冶炼系统包括：1座铁水倒罐站，1座180t铁水脱硫装置，1座180t顶底复吹转炉，2座炉后在线吹氩喂丝站，1座180tLF炉，1座180tRH炉；不锈钢冶炼系统包括：1座180t顶底复吹脱磷转炉，2座160tEAF炉，2座180tAOD炉，1座180tLF炉。该项目完成后，太钢将形成年产250～300万t不锈钢的生产能力。在大力发展钢铁工艺技术的同时，太钢在发展耐火材料应用技术，提高耐火材料使用寿命方面也做了大量工作，其中AOD炉和K-OBM-S转炉炉龄攻关取得的成绩最为显著。本文主要介绍了太钢精炼系统用耐火材料技术与发展。1AOD炉用耐火材料太钢有3座AOD炉，1983年投产，它们为提高不锈钢的产量和质量，降低冶炼成本以及奠定太钢在国内不锈钢生产中的地位发挥了巨大的作用。最初，由于耐火材料的使用，包括选材、砌筑方法、烘烤工艺、补炉护炉手段尚处于摸索阶段，再加上冶炼造渣工艺等诸多因素的影响，虽然通过不断改进使AOD炉龄有所提高，但与国外200多次的炉龄相比，始终处于较低的水平：对于容积为18t的AOD炉，1984年至1987年使用的是镁铬质及白云石炉衬，其平均炉龄为26次；1987年至1992年使用的是油浸镁白云石砖，平均炉龄为35次左右；1996年至1999年8月采用镁铬砖与镁白云石砖综合砌筑，炉衬平均寿命一度达到45次左右，单炉最高寿命达到60次。1999年8月，为了提高不锈钢生产能力，AOD炉由18t扩容为40t，扩容后炉衬寿命骤然下降，平均只有27次左右。2000年，公司下决心全力提高AOD炉使用寿命。炉龄攻关工作从优化精炼工艺、改造炉体结构、改进炉衬材质与砖型、改造和增设相关的配套设备等多方面入手全面展开。1)在精炼工艺方面，改双渣法为单渣法，缩短高温冶炼时间，并提高熔渣碱度，使整个精炼过程中熔渣中的MgO和CaO基本上达到饱和，以减少炉衬中的MgO和CaO向熔渣中熔损。2)在炉体结构方面，改风眼区的弧形炉底为直筒形炉底，并将风眼区域扩大(圆心夹角由150°扩大到180°)。同时，加长风眼区砖，并将风眼砖由组合型砖改为整体型砖。3)AOD炉建成初期，炉衬全部使用镁铬砖，以后随着镁白云石材料的开发，在风眼区以外的其他部位逐步推广使用镁白云石砖，风眼区一直使用电熔半再结合镁铬砖。AOD精炼工艺造渣制度改变之后，炉衬全部使用镁白云石材料。4)在AOD炉相关配套设备方面，增设了风动送样设备，改进了气流系统阻力平衡，改造了各种气体流量的自动记录和控制系统以及化学成分快速传输装置等，为AOD炉生产能力的充分发挥创造了强有力的条件。随着上述措施的逐步实施，炉龄也不断提高：2000年1季度平均炉龄为32.8次，四季度平均炉龄突破60次，12月份平均炉龄突破80次；2001年月平均炉龄已超过80次，单炉最高达到99次；2002年至2003年平均炉龄110次，最高炉龄达150次，吨钢耐火材料消耗由43.98kg降为18.78kg。2004年，对AOD炉设备进行了改造，增设了顶氧枪、自动上料及智能控制系统，同时炉容扩大至45t。改造后，冶炼过程控制准确，冶炼时间短，炉龄又上一新台阶：月平均炉龄达160次，最高达189次。AOD炉用进口镁白云石砖性能见表l。表1AOD炉用进口镁白云石砖的性能项目炉衬风眼区w(CaO)/%18-2218-22w(MgO+CaO)/%≥90MgO≥70w(Al2O3+SiO2+Fe2O3)/%≤3≤2.5显气孔率/%≤8≤4体积密度/(g·cm-3)≥3.0≥3.0常温耐压强度/MPa≥50≥50荷重软化开始温度/℃≥1700-2K-OBM-S转炉用耐火材料K-OBM-S转炉是太钢2000年底新上的50万t不锈钢生产线的主体冶炼设备，于2002年12月11日投入生产。K-OBM-S转炉第一个炉役使用的是奥镁公司(RHI)的低碳镁碳砖，只炼了200炉不锈钢。从炉衬的侵蚀情况看，熔池部位、炉底风嘴、炉底环缝处侵蚀都很严重。从整个炉身来看，渣线位最薄，其平均蚀损速度约为2.25㎜·炉-1，炉底最薄处平均侵蚀速度达8.10mm·炉-1。从2003年初开始，开展了K-OBM-S转炉高寿命技术的研究工作。通过分析研究K-OBM-S转炉的工艺特点和炉衬损毁的原因，制定了相应的改进措施：1)通过采用特殊粒度配比的电熔镁砂、残碳率高的有机结合剂、复合金属添加剂和微细炭，对K-OBM-S转炉用低碳MgO-C砖进行不断优化，使其具有优良的抗氧化性能、较好的机械特性和抗侵蚀性。2)在保证冶炼要求的前提下，调整了顶、底供氧的比例以及底吹O2、N2(Ar)气体的比例。在降低底吹氧气强度的同时，加大了脱碳前期顶供氧的强度，有效地缩短了脱碳时间。3)为提高转炉Cr的收得率，降低高温对炉衬的损坏，比较了不同入炉条件和过程加料制度下熔池温度的变化，确定了较佳的工艺模式。4)K-OBM-S转炉炉底特别是风嘴区域的工作环境极为恶劣，炉底炉衬的侵蚀速度为炉身的4倍左右(炉身平均侵蚀速度为1.09㎜·炉-1，而炉底风嘴的平均侵蚀速度为4.1mm·炉-1)，炉底与炉身寿命不同步。为了提高转炉整体寿命，降低耐火材料消耗，缩短停炉时间，提高转炉作业率，必须对小炉底进行热更换(炉底热更换技术是指炉役使用期间，在热态下更换小炉底的技术)。小炉底与炉身、炉缸衬砖间为一宽度为80-120mm、深度为1250㎜的狭缝。由于需要大量(约6t)的填充料，在实际操作过程中常出现热更换料加热不均匀，部分料还未达到熔融态，部分料就已开始烧结的现象，在灌注过程中烧结料之间容易搭桥产生空洞，形成漏钢隐患。如何使热更换料灌入后均匀分布到炉身与炉底的接缝处并能形成具有一定强度的致密烧结层，是热更换技术的关键所在。为此，开发了两次布料技术，准确把握热补料的加热时间和加入时机，保证热补料的流动性和在环缝内的均匀分布，提高热换的成功率。5)通过LPG、氮(氩)气的切换，调整底部风嘴的冷却强度，控制风嘴“蘑菇头”的大小，以保证底吹效果和保护底部风嘴的平衡。6)比较了不同造渣工艺(造渣料的加入批次、数量)对过程碱度及冶炼效果的影响，确定了合理的造渣制度。7)开发了K-OBM-S转炉专用镁钙质炉底补炉料及炉底环缝专用修补料，并开发了在炉底风嘴供气状态下对炉底环缝进行维护的技术，一系列措施的采取获得了显著效果，使得炉衬寿命在炉衬砖国产化后仍能稳步攀升，平均炉龄达600次以上，最高炉龄达703次。2004年，为了缩短K-OBM-S转炉的在线更换时间，提高作业率，改在线拆砌为离线拆砌，即炉衬、炉底同步使用，整体更换。为此，对炉衬的厚度进行了调整，适当减薄炉身衬砖厚度，增厚炉底衬砖厚度，使炉龄达到400次左右。RHI进口砖与国产特制低碳镁碳砖主要性能指标的对比情况见表2。表2RHI进口砖与国产特制低碳镁碳砖主要性能对比项目大石桥市镁矿产品RHI进口砖1#2#3#w(C)/%5.985.076.185.57w(MgO)/%89.787.9988.0788.52耐压强度/MPa64.740.243.541.6体积密度/(g·cm-3)3.103.053.083.10显气孔率/%4.65.55.25.53VOD-LF钢包用耐火材料VOD炉是50万t不锈钢新生产线的主要精炼设备，LF炉主要起成分微调和工序衔接的作用，其主体为一椭圆形钢包。VOD钢包不仅担负着VOD工序的冶炼任务，也同样承担了LF炉的冶炼过程，其使用环境十分恶劣。转炉出钢的钢水温度、成份、炉渣情况，VOD和LF的精炼操作以及工序衔接情况都会影响VOD钢包的使用寿命。而且由于原有天车轨道和75t容量的限制，钢包设计成椭圆形状，使其在结构上存在先天不足，给包衬的设计和砌筑，烘烤曲线的确定以及包衬各部位的受力带来一系列的不利影响，因此其损毁速率远远大于其他精炼钢包。根据VOD钢包的特点，进行了一系列的改进：1)通过对直接结合镁铬砖(渣线、包壁、包底)+无碳尖晶石砖(自由空间)、半再结合镁铬砖(渣线、包壁、包底)+无碳尖晶石砖(自由空间)、半再结合镁铬砖(渣线、包壁、包底)+镁碳砖(自由空间)和全镁钙砖的试验，最终确定了全镁钙质的包衬材质。2)永久层原设计为40㎜厚的黏土薄片砖，砖缝穿钢现象频繁发生。为了减少以至杜绝这种事故的发生，将永久层由原来的黏土砖砌筑改为铝镁质自流料整体浇注。虽然厚度不变，但提高了永久层的整体性能，避免了穿漏钢事故。3)由于镁钙衬砖冷却后剥落严重，不能进行包役使用过程中透气座砖的更换，因此在包龄提高到13次以上时，透气座砖的寿命成了制约包龄的重要因素。为此，根据透气座砖的材质，专门研究了一种热修补技术，并开发了座砖热修补料，当座砖侵蚀到一定程度后，在热态下对其进行修补，以保证其使用到包役结束。4)钢包的椭圆形状还给吹氩位置的确定带来了困难。VOD钢包有两个吹氩口，原设计的吹氩口在椭圆的对角线上，但在实际使用中发现，另一对角线的两端成了搅拌死区，搅拌效果不好；后将两个吹氩口改在中心线同侧的长轴四分之一与短轴三分之一处，搅拌效果明显改善，但吹氩口一侧的包壁侵蚀比另一侧快，残衬厚度相差10㎜左右；后来又经过了几次调整试验，最终决定将吹氩口设在中心线上。随着VOD钢包使用技术的不断改进，其使用寿命逐步提高。2003年1月到2004年6月(采用的是镁铬砖)的平均包龄为10.9次，2004年7月到2005年4月(采用的是镁钙砖)的平均包龄为16.5次左右，包龄提高5.6次。VOD钢包用镁钙砖的性能见表3。表3VOD钢包用镁钙砖性能项目包身用砖包底用砖w(MgO)/%≥70≥70w(CaO)/%≥11≥12w(F.C)/%≥5≥3显气孔率/%≤7≤9体积密度/(g·cm-3)≥2.92≥2.85耐压强度/MPa≥35≥304LF-VD钢包用耐火材料1999年一钢“平改电”后，冶炼主体设备为50tHP-EBT电炉和60tLF钢包炉。LF炉负责钢水的精炼，完成脱氧、脱硫、脱气、去夹杂和合金化等任务。一钢新生产线投产初期，由于设备不稳定，操作不熟练，工艺不成熟，致使LF炉冶炼条件十分恶劣，LF炉最初月平均炉龄只有5.5次。通过改进砖型，挖补渣线，完善操作工艺，优化升温制度等，炉龄逐步上升，平均炉龄达55次以上。2001年VD炉投产，使得钢包内衬工作环境变得恶劣(钢水在钢包内停留时间延长1h左右，钢水出LF炉的温度提高50℃左右，且钢水在真空下处理15min左右)，钢包寿命急剧下降，平均寿命一度只有30次左右。目前，VD比例在90％以上，钢包寿命稳定在40次以上，渣线寿命20次。LF-VD钢包各部位用耐火材料的材质及其主要性能见表4。表4LF-VD钢包用耐火材料性能部位材质性能永久层轻质黏土/高铝砖w(A1203)≥48％；w(Fe203)≤2.0％包底永久层半轻质高铝浇注料w(A1203)≥25％；体积密度≤0.6g·cm-3；耐压强度≥1.0MPa；热导率≤0.25w·m-1·k-1渣线镁碳砖w(MgO)≥76％；w(C)≥14％；显气孔率≤4％；常温耐压强度≥40MPa；常温抗折强度≥12MPa：体积密度≥2.90g·cm-3包壁镁铝碳w(A1203)≥68％；w(MgO)≥9％；w(C)≥8％；显气孔率≤8％；常温耐压强