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武漢鋼包用耐材技術的研究與發(fā)展是什么？
2023-11-18
近年來，全球粗鋼產量穩(wěn)步增長，2021年全球粗鋼產量達到19.5億t，而我國粗鋼產量達10.33億t，在世界范圍占比更高達56.5%。隨著煉鋼技術的發(fā)展，我國連鑄比和通過鋼包進行的鋼水精煉比均逐漸提高，目前二者已分別達到99.6%和95%以上。因此，連鑄鋼包及爐外精煉鋼包的技術發(fā)展受到廣泛關注。
武漢中間包耐材
連鑄鋼包及爐外精煉鋼包作為煉鋼的重要熱工設備，其耐火材料消耗量在鋼鐵行業(yè)消耗耐火材料總量中占比超過30%，對噸鋼耐材消耗量起著關鍵性的決定作用，因此武漢鋼包耐材技術是近幾年的重要研究課題之一。連鑄鋼包及爐外精煉鋼包用耐火材料品種眾多，品質相差很大，鋼包壽命從幾十次到接近300次不等，隨煉鋼技術與工藝的發(fā)展，以及對耐火材料資源的開發(fā)與利用的進步而不斷變化與進步。鋼包內襯所用耐火材料的材質大致有10多種，由于不同的冶煉技術及原材料種類供應的不同，在同一時期鋼包內襯的材質也有所不同，但大體上可分為3個發(fā)展階段:(1)鋯石磚、半鋯石磚、Al2O3-SiO2質磚時期；(2)高鋁磚、堿性磚、中性磚襯廣泛應用時期；(3)不定形包襯快速發(fā)展時期。經過不斷的研究與開發(fā)，涌現(xiàn)出許多新產品及新技術，連鑄鋼包及爐外精煉鋼包用耐材技術取得巨大進步，值得引起關注和探討。
1 連鑄鋼包及爐外精煉鋼包的分類和冶煉工藝
鋼包又稱鋼水包，其初始作用是承接煉鋼爐的鋼水，把鋼水運送到爐外精煉設備或澆鋼現(xiàn)場。連鑄鋼包發(fā)揮著承接和輸送鋼水的初始作用。隨著爐外精煉技術的發(fā)展，鋼包增加了如下功能：加熱，調節(jié)鋼液溫度；真空脫氣（脫氫、脫氧）和去除夾雜；攪拌鋼液，勻化成分和溫度；金屬的合金化和成分調整；吹氧脫碳；精煉造渣功能（脫硫、脫磷）等。爐外精煉鋼包主要包括LF/LF+VD、VOD、RH/DH、SL/KIP和CAS/CAS-OB等形式。 連鑄鋼包承接了鋼水以后，需等待前一個鋼包澆鑄結束，因此它盛鋼水時間較長，溫度也較高。爐外精煉鋼包服役條件更惡劣，不同類型的精煉鋼包因鋼種及冶煉工藝不同，其服役環(huán)境存在較大差異。 LF爐也叫鋼包爐，通常是把轉爐、電弧爐冶煉出來的鋼水，經過加合成渣及合金元素，喂絲，吹氬，加熱等把鋼水進一步脫氧、脫硫、去除非金屬夾雜并進一步合金化的爐外精煉設備。也可用LF爐將AOD爐精煉后鋼水進行二次精煉，減少夾雜物保證鋼水的純凈度。其工作條件惡劣，對鋼包襯用耐火材料的耐火度、抗渣性、抗熱震性及耐磨性要求進一步提高。因此，選用的內襯耐火材料日趨化，使用壽命一般在50～100爐次[2]，操作條件和維護方法不同將導致內襯壽命存在較大差異。而有的LF爐后帶有VD（真空脫氣的英文縮寫），VD使鋼水在真空下充分去氣（H2、N2），并進一步脫硫、脫氧，使鋼水更加純凈。這種情況還要求內襯材料具有良好的真空穩(wěn)定性，鋼包使用壽命會因VD工藝進一步下降。LF鋼包渣線使用壽命與VD工藝關系為：n LF=50-25×n VD。即每增加一爐VD，鋼包渣線使用壽命下降約50%。 VOD是真空吹氧脫碳的英文縮寫。即這種爐外精煉設備是對鋼水進行真空脫氣、吹氧脫碳處理。由于吹氧使爐內溫度升高到1700℃以上，最后還要脫硫還原，因此渣的堿度變化大，煉鋼溫度高，真空條件對耐火材料爐襯的損壞大。這樣苛刻的使用條件決定了VOD爐襯使用壽命較低，一般只有10～21爐次的使用壽命，所以要用優(yōu)質耐火材料。 RH爐是真空吹氬循環(huán)脫氣的一種鋼水精煉設備，而DH是真空脫氣的一種精煉設備。它主要用來生產低碳、低氮、低氫的鋼種。通過在浸漬管里吹高速氬氣（或配合吹氧脫碳），和上部的真空（脫氮、脫氫），使鋼包里的鋼水通過浸漬管進入真空室下部，然后通過另一根浸漬管流回到鋼包。鋼包內襯受到高速循環(huán)流動鋼液的沖刷及鋼水溫度波動的影響。在這樣的條件下，要求鋼包內襯具有非常高的抗沖刷和抗熱震性。 SL（氏蘭法）和KIP（川崎噴粉法）屬于噴射冶金技術，通過噴槍向鋼水噴吹合金粉或精煉粉劑達到脫硫和去除夾雜凈化鋼水的目的，主要冶煉特殊低硫鋼。要求鋼包襯具有較高的抗渣侵蝕性和抗熱震性。 CAS/CAS-OB（密封吹氬法/密封吹氬+吹氧法）：鋼包底部噴吹氬氣并加入合金與渣對鋼水進行成分微調，有效凈化鋼水和去除夾雜。帶吹氧升溫功能時，鋼包受到鋼水和合成渣的強烈沖刷與化學侵蝕作用，停爐間歇受到強烈的熱沖擊，因此要求選用的鋼包內襯高溫強度高、抗熱震性好、能抵抗高溫鋼水和熔渣的侵蝕。
五種典型精煉鋼包冶煉工藝示意圖
2 鋼包用耐火材料的種類和特點
常見鋼包內襯的基本結構
由于各鋼廠的冶煉工藝和冶煉鋼種不同，鋼包內襯用耐火材料的品種和類型也不同。連鑄鋼包和精煉鋼包用耐火材料種類大致相同，只是精煉鋼包功能增加，使用條件的惡化，因此會選擇性能更優(yōu)的耐火材料來提高服役壽命。目前，鋼包內襯用耐火材料主要有Mg O-C磚、鋁鎂尖晶石澆注料、鋁鎂碳磚、Mg O-CaO-C磚、Mg O-CaO磚/白云石磚、鎂鉻磚、高鋁磚等。在上述鋼包內襯中，前三種鋼包襯占絕大多數(shù)。主要鋼包內襯用耐火材料的優(yōu)缺點及應用范圍如表1所示。與工作襯相比，鋼包襯所用的耐火材料對耐火度、抗侵蝕性、抗熱震性及耐磨性等性能要求略低，但對襯的保溫性能要求在提高，常用的傳統(tǒng)耐材有鋁鎂澆注料、鋁硅質/半輕質鋁硅質澆注料、輕重質復合磚、高鋁磚、黏土磚等，也有開發(fā)的鋁鈣系新型鋼包襯用澆注料等。
