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钢包耐火材料与钢水质量和温降的工业博弈

添加时间:2017年7月6日  浏览次数:

    钢包是钢铁冶炼中的重中之重,在工业熔炼(冶炼)尤其是“精炼”过程中必不可少,愈来愈受到人们的关注,目前由于受到企业规模的限制、大、中、小型钢厂生产所选的钢包耐火材料在结构和厚度上比较随意,导致包衬耐火材料的氧势指数增大、耐火材料向钢水传氧能力加强,包衬基体组织形成大量的孔洞,加大了钢水热损失通量,加速了钢水的温降,包衬耐火材料的绝热性能对钢水降温、钢质量以及冶炼过程具有重要影响。

    在工业生产的过程中,钢包炉是一种应用于调节钢水温度、进行工艺缓冲的重要冶金装置。钢包是钢包炉的重要组成部分,它位于钢包车的上方,钢包的容量对工业生产的熔炼过程具有非常重要的作用,钢包可以与氢气流量共同配合对钢水进行搅拌处理,铸造性工业企业的钢包结构主要分为工作层和包体、包体材料大多为5~10mm之间的钢板,工作层的包体厚度通常可以达到20mm左右,材料通常为耐火材料,但是具体的型号和类型需要根据制作工艺及流程来决定。

钢包浇注料

    目前应用比较广泛的钢包耐火材料类别主要有硅酸铝质、铝鎂质、铝碳质、镁碳质、镁钙质、锆质。目前铝鎂碳质的钢包耐火材料使用比较广泛。其中铝鎂碳质整体捣打料通常会在200吨以上的钢包上使用,而且它的使用寿命时粘土材料的6倍左右,具有良好的使用效果:铝镁碳质浇注料的平均包龄在50~80次之间,比黏土材料高出8倍左右。钢包结构相对复杂,除包体和工作层之外,还包括绝热体、保护层和永久层。包体的厚度需要达到20mm,材料为钢板。工作层为150~160mm的镁碳砖。永久层选用浇注料厚度不能低于90mm。保护层的材料为10mm的石棉板,绝热层采用微孔绝热板作为绝热材料,厚度不低于5mm。

    其中钢包耐火材料影响钢水质量和温降的主要原因有:首先,不同的钢包耐火材料的选择和使用时关键性的影响因素之一。在进行工业熔炼的过程中,由于温度的不断上升以及操作工艺的进一步渗入,钢包耐火材料的材料性质会逐渐的发生转变,逐渐失去碱性并呈现出偏酸性的性质,与此同时材料内部的含氧量受到温度上升的影响将会比原先大幅提升。在熔炼加工操作完成之后,工序的停止会使材料的温度逐渐恢复到正常的状态,在这过程中,材料中含有的氧气,将会与合金发生一定的化学反应,从而生成不同性质的杂质,对钢水的纯净度造成不良影响。

    其次,钢包耐火材料不同颗粒配比情况是否合理对钢水温度的保持具有重要的作用。如果材料的粒度不达标就会对钢包的结构组成和质量在成严重的影响,导致钢水温度下降的问题,阻碍后续工业生产活动的进度。通过研究可知,颗粒粒径的大小与钢水的温度的下降幅度存在着明显的关系。比如,以碱性材料为例,粒径在0.5mm以下的材料引发温度下降的幅度为5/℃·min-1.而粒径为10mm或以上的材料,其温度下降的幅度为20/℃.min-1.

    此外,对钢包烘烤过程中温度的掌握也属于一项重要的影响因素。钢包在使用之前的烘烤工作并不存在严格的规定,所以并不是所有工业企业都会进行钢包烘烤。在很多的铸造且根本就不对钢包进行烘烤。即便是进行烘烤,升温曲线设置的也不合理。

    烘烤钢包需要了解水蒸气的逸出,水在常压状态下的沸点是100℃,当水达到沸点时水就要变成蒸汽。这个时候水蒸气将基于从相对致密的包衬基体组织中寻找缝隙逸出。由于蒸汽的急速逸出会使包衬基体组织形成一定量的毛细孔道。这个过程会给包衬基体组织留下祸根—一定量的毛细孔道,加速包衬散热速度。包衬耐火材料中的水分的主要来源于砂料吸附的水、结晶水和添加剂分解释放出的水分以及采用“湿打”过程中人为加入的水。这些水分必须在800℃以下全部排除。否则因水、蒸气来不及排除而导致形成的蜂窝状孔洞留在包衬基体组织中和因水、蒸气快速排除使包衬基体组织拱起,形成早期裂纹。所以在此区间应控制升温速度。钢包容量越大越要降低升温速率,以避免水蒸气急速地从砂料中逸出。低温烘烤就是使包衬基本组织中的水分充分排出,低温烘烤时水蒸气的逸出速度不能太快,以免砂料中出现早期裂纹。一般情况下包衬的烘烤热工曲线是:从室温升至85℃,其目的是尽可能减小毛细孔道的孔径、减缓蒸汽逸出的速度。从85℃升至200℃,其目的是尽可能促进包衬基体组织干燥、硬化。从200℃升至800℃其目的是为高温作业奠定良好的基础条件。这样操作将使水蒸气逸出的速度减缓、匀速从包衬基体组织逸出,减少包衬基体组织毛细孔道的数量及孔径,尽可能促进包衬基体组织干燥、硬化

    总结:钢包耐火材料组成、配比以及加热温度对耐火材料分解及向钢液中传氧具有重要影响。因此在进行工业生产的过程中一定要对钢包材料的性能进行全面检查,保证保证处于正常的工作状态下,完成精炼工艺。

关键词:钢包耐火材料   
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