唐钢一钢LF精炼钢包用耐火材材使用研究

1642007年炉外精炼年会论文集2007年7月LadleRefining2007AnnualMeetingProceedingsJuly.2007唐钢一钢LF精炼钢包用耐火材材使用研究郭连英冯慧霄佟志新唐钢技术中心，唐山600016摘要文章介绍了几年来对LF精炼钢包用耐火材材的改进工作。通过采取改进耐材材质，合理调整综合砌筑钢包用耐材品种结构，钢包砖由立砌改为平砌等措施，使LF精炼钢包用耐火材材的使用寿命由75炉提高到98炉，钢包用耐火材材的综合消耗由15.1元/吨钢下降到12.4元/吨钢。关键词LF精炼钢包，镁碳砖，铝镁碳砖，立砌，平砌唐钢一钢厂有150吨转炉3座，3座LF精炼站，配备165吨精炼钢包31台。自LF精炼炉投产以来，钢包工作层一直使用镁碳砖、铝镁碳砖综合砌筑。随着炼钢生产的逐步稳定顺行，砌包工人操作水平的逐步提高，钢包使用、维护进一步加强，钢包使用寿命逐步提高，包龄由投产初期的40多炉逐步提高到2003年平均75炉。2004年以来，随着品种钢数量的增加，钢包精炼比例加大，生产节奏的加快，钢包使用寿命已经不能满足炼钢生产发展的需要，因此对钢包用耐材进行了使用研究。通过改进耐材材质，合理调整综合砌筑钢包用耐材品种结构及修砌方式，钢包寿命有所提高，并且大幅度降低了钢包用耐材的成本消耗，经济效益显著。1原砌筑钢包用耐材品种结构1.1永久层：低水泥浇注料。1.2包底：两层铝镁碳砖。1.3包壁：14层铝镁碳砖。1.4渣线：4层镁碳砖。1.5包沿：高强浇注料。上述几种材料的理化性能指标见表1，钢包用耐火材材砌筑见图1图1原钢包用耐火材材砌筑Figure1.originalmasonryrefractoriesusedladleJuly.20072007年炉外精炼年会论文集•165•表1原钢包用耐材的理化性能指标Chart1Physicsandchemistryindexoforiginalrefractoriesusedladle项目单位镁碳砖铝镁碳砖低水泥浇注料高强浇注料Al2O3%≥65≥70≥70MgO%≥76≥12C%≥14≥10显气孔率%≤4≤7体积密度g/m3≥2.9≥2.9≥2.6≥2.6耐压强度MPa≥40≥40≥35≥35荷重软化温度（0.2MPa，0.6%）℃≥1600抗折强度（110℃，16h）MPa≥8≥8烧后线变化率（1500℃，3h）%±0.5±0.5此种耐材配置的钢包在使用过程中存在的问题是，渣线与包壁交界部位，由于两种材料的膨胀系数不同产生环缝，钢水、钢渣渗入，加剧了对耐材的侵蚀，该部位出现一道凹槽，使之呈现薄弱态势，进一步加剧了钢水、钢渣的冲刷、侵蚀，如此恶性循环，先于其它部位损毁，或者出现掉砖情况，使用寿命受到限制。2无碳钢包砖和低碳钢包砖经过几年的使用证明，原砌筑钢包用耐材品种配置不尽合理，通过借鉴其它兄弟单位生产经验，从2004年3月份开始试验无碳钢包砖和低碳钢包砖工作衬。此次改进是包壁使用无碳钢包砖和低碳钢包砖代替原来的铝镁碳砖，其它部位用耐火材料品种不变。无碳钢包砖和低碳钢包砖的理化性能指标见表2。表2无碳钢包砖和低碳钢包砖Chart2Brickofno&lowcarbonusedladle项目Al2O3，%MgO，%MgO+Al2O3，%C，%显气孔率，%体积密度，g/m3耐压强度，MPa无碳砖≥91≤17≥3.0≥40低碳砖≥10≥75≤5≤5≥2.95≥40通过使用试验，无碳钢包砖及低碳钢包砖使用寿命明显高于铝镁碳砖，第一个无碳砖钢包寿命达到116炉，低碳钢包砖使用寿命90炉，远高于当月其它钢包平均寿命76炉水平，但是耐材成本有所提高。为了缓解钢包周转紧张的问题，扩大了无碳钢包砖及低碳钢包砖使用数量。2004年，无碳钢包砖及低碳钢包砖使用数量为67个钢包，平均使用寿命为98.02炉，钢包砖消耗14.21元/吨钢；同期使用铝镁碳砖钢包数量为205个，平均使用寿命为77.53炉，钢包砖消耗12.62元/吨钢。2004年钢包用耐材综合消耗为15.01元/吨钢。3铝镁碳砖、镁铝碳砖、镁碳砖综合砌筑经过2004年近一年的使用研究认为，无碳钢包砖及低碳钢包砖使用寿命明显高于铝镁碳砖，缓解了钢包周转紧张的问题，但是耐材成本有所提高，没有达到降低炼钢生产成本的目的。经过讨论研究，2005年初制定了如下修砌方案：1永久层：低水泥浇注料。•166•2007年炉外精炼年会论文集2007年7月2包底：2层铝镁碳砖。3包壁：9层铝镁碳砖。4渣线：5层镁碳砖。5渣线与包壁过渡层：4层镁铝碳砖。6包沿：高强浇注料。改进钢包用耐材的理化性能指标见表3，改进后钢包用耐火材材砌筑见图2图2改进钢包用耐火材材砌筑图Figure2Refractoriesusedmasonryladleafterimprovement表3改进钢包用耐材的理化性能指标Chart3Physicsandchemistryindexofimprovementrefractoriesusedladle项目单位镁碳砖镁铝碳砖铝镁碳砖低水泥浇注料高强浇注料Al2O3%≥9≥67≥60≥65MgO%≥74≥70≥6C%≥1210-13≥8显气孔率%≤3≤4≤7体积密度g/m3≥2.98≥2.95≥2.95≥2.6≥2.6耐压强度MPa≥40≥40≥40≥60≥50荷重软化温度（0.2MPa，0.6%）℃≥1600抗折强度（110℃，16h）MPa≥8≥10烧后线变化率（1500℃，3h）%±0.5±1.0由于原钢包砌筑方案中，渣线用镁碳砖与包壁用铝镁碳砖膨胀系数差别较大，使用过程中钢包包壁和渣线交界处产生环缝，出现渗钢或凹槽而先行损坏，本次改进主要针对该问题，在钢包包壁和渣线交界处用4层镁铝碳砖代替4层铝镁碳砖。镁铝碳砖的膨胀系数借于镁碳砖与铝镁碳砖之间，起到缓冲应力的作用，同时镁铝碳砖抗钢水及钢渣侵蚀的能力也优于铝镁碳砖，因此使用镁铝碳砖代替铝镁碳砖后既可以减轻环缝问题，又使该部位抗侵蚀能力得到加强。2005年5月份开始实施该方案，共投入9个钢包进行试验，钢包使用寿命显著提高，试验钢包平均使用寿命为84.44炉，同期使用的原方案钢包使用寿命平均为78.12炉。因此从2005年6月全面推广改进方案，2005年6-12月份钢包平均寿命见表4。July.20072007年炉外精炼年会论文集•167•表42005年6-12月份钢包平均寿命Chart4AveragelifeofladlebetweenJuneandDecemberin2005时间6月7月8月9月10月11月12月寿命（炉）93.1394.4498.8594.6393.9394.5293.684立砌改平砌通过改进砌筑钢包用耐火材料的品种结构，减轻了包壁和渣线交界处产生环缝的问题，钢包使用寿命相应提高，但是并未彻底解决问题。使用过程中渣线部位镁碳砖偶有断砖、掉砖现象发生，还有向内鼓胀现象，给安全稳定生产带来不利因素。通过查阅有关资料，给了我们很大的启发。钢包炉用耐火材料均为含碳材料，鳞片石墨由于其层状结构存在各向异性的性质，将其加入到耐火材料中，通过成型压制后石墨的层状结构均与受压方向垂直，使得钢包炉用耐火材料（尤其是镁碳砖）在受压方向和非受压方向物理性能存在着很大不同。钢包砖立砌时，由于层状石墨受压后有恢复原状的趋势，使镁碳砖受到较大的拉应力而断裂、向内鼓胀、水平砖缝开裂，制约了钢包整体寿命；钢包砖平砌时由于石墨层间的收缩使得蠕变变形能力增大，热应力变小，防止了钢包砖断砖、掉砖和向内鼓胀，减少水平砖缝开裂而过早损毁，可以显著延长渣线部位的使用寿命。因此从2006年7月份开始试验平砌钢包，同时在钢包沿焊一圈三角钢架，包沿料浇注入支架内，既防止因碰撞而损坏包沿料又起到缓冲应力的作用。通过试验证明达到预期效果，试验钢包寿命达到110次，中间只更换了一次渣线砖，而且残砖厚度较同期立砌钢包砖厚十几mm。8月份开始逐步扩大推广平砌钢包，对耐材供货商提出严格要求，控制耐火砖厚度尺寸偏差不超过1mm，减小砌筑砖缝，提高修砌质量。另外采取了钢包砌筑完毕，在钢包砖表面涂抹一层防氧化涂层，防止在烤包过程中钢包砖氧化，进一步提高了钢包砖使用寿命。至2006年11月份，平砌钢包使用寿命平均103次，立砌钢包使用寿命平均94次，LF精炼钢包用耐火材料综合消耗为12.4元/吨钢。5结论通过改进LF精炼钢包用耐火材料品种结构，由立砌改平砌，在钢包砖表面涂抹一层防氧化涂层，显著提高了钢包砖使用寿命，满足了炼钢生产的需要；LF精炼钢包用耐火材料综合消耗由15.1元/吨钢降低到12.4元/吨钢，经济效益显著。参考文献张文杰李楠主编，《碳复合耐火材料》，科学出版社AppliedresearchonrefractiesusedLFrefiningladleofNo.1Steel&RollplantofTangshanIron&SteelCo.LTDGuoLY，FengHXTechnologycenterofTangshanIron&SteelCo.LTDABSTRACTThispaperintroduceimprovementworkofLFrefiningladleovertheyears.ThroughAppliedimprovementrefractorymaterial,properadjustedbreesstructureofrefrac-toriesusedinladle,masonryladlechangelaidonendintolaidonflat,operatinglifeofrefractoriesusedLFrefiningladleimprovedfrom75to98,syntheticalconsumptionofrefractoriesusedLFre-finingladlefalledfrom15.1to12.4Yuan/Ton.KEYWORDSLFrefiningladle；MgO-C；AL2O3-MgO-C；Laidonend；laidonflat