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耐火材料行业知识

刚玉质捣打料在钢包上的作用

  钢包吹氩工艺是炉外精炼技术中的一个重要组成部分,钢包透气砖作为一种功能型耐火材料在炼钢吹氩工艺过程中起着决定性作用。在实际使用中,钢包透气砖和包底砖直接接触砌筑于包底。透气砖座砖一般为刚玉质,而包底砖一般采用含碳材料。由于二者的热膨胀系数相差较大,高温下产生较大的剪切应力,导致透气砖座砖在钢包周转使用过程中产生裂纹,易于剥落、掉块,进而导致透气芯失去座砖的有效保护,受到高温钢液的浸润和沖刷,导致吹通率降低,侵蚀速率增大,影响透气砖的使用寿命。为解决这个问题,国内钢铁企业在透气砖砌筑时采取在透气砖座砖和包底砖之间增加填缝材料的方法。本钢炼钢厂目前使用一种刚玉捣打料作为钢包透气砖填缝材料,并在实际应用中取得了良好的使用效果。
  刚玉捣打料的生产
  1.1原料选择
  采用粒度为5mm?3mm、3mm?1mm的棕刚玉和1mm?0mm、≤0.074mm的白刚玉作为刚玉捣打料的主要原料,并引入少量粒度≤0.088mm的碳化硅细粉,以增强材料的热震稳定性。采用无机聚磷酸盐类作为结合剂,加入部分烧结剂促进烧结性能,加入少量外加剂改善捣打料的施工性能。
  1.2生产方案
  根据生产配方准备各种原料,配方组成包括颗粒料和共磨粉,其中:粒度>1mm的颗粒原料比例为60%?64%,粒度≤1mm的原料作为共磨粉,所占比例为36%?40%。共磨粉中结合剂所占比例为12%?16%,烧结剂为6%?8%,外加剂为2%?4%。实际生产时先将粒度≤1mm的颗粒料以及结合剂、烧结剂和外加剂等按比例加入到球磨机中磨制15min,制成共磨粉备用。然后再将颗粒料和共磨粉加入到搅拌机中进行混合,搅拌均匀后,装袋待用。现场施工时,刚玉捣打料只需加入洁净的自来水即可使用,加水量为45%?5.5%,现场加水量根据捣打施工要求可以适当增减。
  1.3 性能检测
  按照生产配方配制刚玉捣打料,加入洁净的自来水。然后用压力试验机按照300MPa的压力制成25mm×25mm×100mm的标准样块,分别检测样块的体积密度、线变化率、常温抗折强度和耐压强度以及1400℃的高温抗折强度等。  
  刚玉捣打料的应用
  2.1现场施工
  刚玉捣打料的现场施工可以按照以下步骤进行:首先对透气砖进行正确定位。施工包底材料时,在透气砖座砖与包底砖之间预留60mm?80mm的缝隙作为填缝区域。包底材料施工完毕后,将捣打料倒入搅拌机,加入洁净的自来水,开始搅拌。加水量以捣打料在搅拌过程中不形成球形料块,用手能握成团状而不散开为标准。搅拌5min后,判断捣打料是否混合均匀,然后吊入钢包开始施工。
  首先,将预留填缝区域中杂物清理干净,添加约1/3高度的刚玉捣打料,用风镐用力均匀捣实,然后再添加捣打料至1/2的高度继续捣实。捣打过程和加料过程同时进行,如此反复添加并进行转圈捣打4层以上,表面捣打结实即可。捣打每层料时应将下层捣打料表面划出宽3mm,深10mm?20mm的划痕,每边划4道,以保证每层捣打料之间结合紧密。捣打过程一定要连续进行,每次捣打时间控制在10min。捣打结束后,将透气砖座砖周边与包底砖的结合面捣打成坡面。施工结束后,按照钢包正常工艺进行烘烤即可上线使用。
  2.2现场应用
  该种刚玉捣打料在本钢炼钢厂180t钢包上进行现场应用。试验中选择了10个钢包,主要记录使用刚玉捣打料后透气砖的吹通率和使用寿命,同时记录了同条件下没有使用刚玉捣打料填缝的透气砖的使用情况。试验结果见表3,表中数据为统计数据的平均值。
  表3 刚玉捣打料的现场应用结果
  由表3可以看出,使用刚玉捣打料填缝后,钢包透气砖的吹通率和使用寿命均有较大提高。透气砖吹通率从84.0%提高到99.0%,透气砖使用寿命提高了16.8%。使用刚玉捣打料对透气砖的使用性能有较大的改善作用。
  可以认为,刚玉捣打料在使用过程中对透气砖起到有效地保护作用,消除了包底砖热膨胀对透气砖产生的剪切应力影响。具体来讲,由于透气砖和包底砖的性能差异,导致它们在使用性能上有较大不同。为了保证吹入氩气流量的稳定性,要求高温下透气砖热膨胀系数非常低,一般不超过0.05%。而包底砖的热膨胀系数一般在1%?2%,要求其使用时产生一定的膨胀提高包底的整体性,进而提高包底的整体使用寿命。在高温下由于包底砖的膨胀作用,对透气砖产生较大的挤压,产生相当大的横向剪切应力,严重时会导致透气砖座砖断裂,座砖在使用时易于剥落、掉块,导致透气砖芯断裂产生漏气、返气现象,进而影响透气砖的使用。采用刚玉捣打料进行填缝措施,在透气砖和包底砖之间增加一个缓冲层,避免了二者直接接触,消除了透气砖和包底砖之间的剪切应力,可以缓解并解决此问题。
  另外,使用刚玉捣打料后,在钢包更换透气砖时,只需拆除捣打料即可取出用后残余透气砖,而不破坏包底的整体结构,从而降低了施工难度,提高了施工效率。
  影响刚玉捣打料使用的因素分析
  3.1原料及配比的影响
  首先,选择捣打料原料颗粒的临界粒度应不大于5mm,而且骨料不宜过多,否则不易捣打密实。而粉料太多会影响材料的高温强度,材料的烧后线变化大,导致捣打料位置渗钢。因此捣打料骨料和粉料的比例应进行优化,使材料形成以骨料为主体,粉料和细骨料填充骨料间隙的最紧密堆积,提高材料的密度和高温强度,并且控制材料的高温线变化率。
  其次,选择原料时要对不同品种的原料进行合理配比。如果捣打料选用材料的耐火度较低,低熔点物较多,材料过早烧结,使得捣打料的抗侵蚀和抗沖刷能力大大降低。在使用中表现为使用几炉后,捣打料明显低于透气砖座砖和包底砖,使座砖暴露在钢水中,导致其横断或掉块。因此捣打料的骨料和粉料均以白刚玉为主。另外还需加入少量烧结剂和SiC等原料,这样才能保证刚玉捣打料在使用时进行合理烧结,并保证有良好的热震稳定性。
  3.2 现场施工因素的影响
  现场施工对刚玉捣打料的使用影响因素很多,概括起来主要有以下几个方面:首先是包底砖的砌筑。如果包底砖砖缝过大,捣打料难以捣打密实,体积密度降低,导致烘后强度不高,包底材料的整体性不好;其次,钢包砌筑时,座砖周边预留的填缝区域内会残留一些包底砖火泥或者包底找平用的镁砂等。捣打施工时,如果这些材料清理不彻底,捣打料与包底永久层或者与包底砖结合不紧密,甚至出现松动和剥落;另外,捣打时风锤压力不足,施工时一次加料太多,捣打次数不够,导致捣打料不密实。以上这些因素都会导致捣打料与座砖或者包底砖之间出现缝隙,在使用过程中钢水渗入,加快了材料的侵蚀速率,造成捣打料比座砖侵蚀快,导致座砖横断或掉块。
  3.3 现场应用条件的影响
  如果炼钢工艺的连续性较差,导致钢水在钢包内放置时间延长。为了保证透气砖的吹通率采取间断性吹氩,增加了捣打料与钢液的接触时间,导致捣打料侵蚀加快。另外,如果钢包内残余钢渣过多时,需要对透气砖砖芯进行烧氧清扫操作时,有可能会吹扫到透气砖座砖或捣打料,造成材料局部侵蚀加快,甚至导致局部掉块,影响捣打料使用效果。最后,如果钢包烘烤制度不合理,也会导致捣打料在烘烤和使用过程中出现裂纹甚至掉块。以上条件都会导致刚玉捣打料在现场使用时过早失去了对钢包透气砖的有效保护,缩短透气砖的使用寿命。因此应根据实际情況采取有效的预防措施进行及时处理。例如,改善炼钢工艺,增加工艺过程的连续性;规范烧氧清扫作业,減少对捣打料的侵蚀等等。
  结  论
  1)采用临界粒度应不大于5mm的白刚玉和棕刚玉为主要原料,添加部分外加剂,并按照合理的生产方案生产出满足现场应用的刚玉捣打料。
  2)在现场应用时必须严格遵照刚玉捣打料施工工艺的要求,并根据不同现场实际应用条件采取措施进行及时处理,才能保证刚玉捣打料在使用过程中对钢包透气砖的有效保护作用。
  3)刚玉捣打料作为钢包透气砖填缝用耐火材料在现场实际应用中取得了良好的效果:可以提高透气砖吹通率和使用寿命,大大改善了透气砖的使用性能。在钢包更换透气砖时,降低施工难度,提高工作效率,有效地保证了炼钢厂生产的顺行。


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