转炉炉衬结构

半干法喷补实施喷补作业的喷补机包括贮料罐、压缩空气输运机构、喷嘴；贮料罐中的喷补料经压缩空气送到喷嘴，混入适量水分(10％～l8％)，在空气压力下以一定速度喷射到炉衬工作面上，喷补料最后粘结固化。影响喷补效果的工艺因素有：

(1)炉衬喷补是在热态下进行的，工作面的残余温度对喷补效果有明显影响，一般认为800～1000℃比较好；

(2)喷补料的颗料组成、结合剂、加水量、空气压力等对喷补料的附着率有重要影响。

喷补料的基本原料是镁砂和镁白云石砂，结合剂则主要是粉状硅酸钠、磷酸钠，及钙、钾的磷酸盐、铬酸盐等。结合剂的作用是使喷补料有粘附性，能有效地附着在炉衬工作面上；另一个作用是在高温下能形成高温矿物相，使喷补料不但能与炉衬工作面牢固地烧结成一个整体，而且使自身有很好的抗侵蚀性。形成的高锰矿物相为Mg2Ca4(P04)SiO4，熔点1735℃。可以看出，在喷补料组分中，含有一定量CaO是必要的。喷补料的有效性用附着率和使用次数来衡量，一般附着率要求大于85％。使用次数为3～5次。

3．火焰喷补

火焰喷补最先应用于焦炉的修补，后来扩展到转炉炉衬上，是一项技术难度较大的新技术。对于转炉炉衬，半干法喷补是既简单又方便的方法。但是它有致命的弱点，即在喷补过程中加入水分，这些水分在接触到修补工作面时，由于残余热量的作用，会产生大量蒸汽．并会蓄集一定的蒸汽压，给喷补料和工作面的粘结以及喷补料的使用留下隐患。但火焰喷补不添加水分，而是配入可燃性物料，可燃性气体和氧气，喷补料在喷射过程中燃烧发热，一部分物料成熔融态，接触到有相当高温度的工作面时，会马上熔融烧结成一个整体。

配入的可燃性物料和可燃性气体包括焦炭粉、煤粉、丙烷、甲烷、氧气等。

火焰喷补多在转炉出钢后的作业间隙中进行，喷补时间很短，炉衬残余温度比较高，粘附效果好，因此使用寿命比较长，一般l0～20次。由于火焰喷补技术比较复杂，目前在国内外转炉厂采用的较少。

4．转炉炉衬的溅渣维护

采用激光测厚技术精确地测定出炉衬的残余厚度，运用溅渣技术维护炉衬，使转炉炉衬延长使用长寿，这是转炉护炉技术的重大进步。

第五节 镁碳砖

镁碳砖是70年代初出现的，先是在超高功率电炉，接着在转炉、炉外精炼炉上使用，获得了非常好的效果。由此，人们才认识到石墨、碳素材料和高温耐火氧化物之间结合所产生的作用。断裂韧性差、高温剥落、抗渣渗透性差，这是高温烧成耐火制品的致命缺点，含碳耐火制品的出现突破了这些弱点。在镁碳砖中氧化镁和石墨之间彼此相互包裹，不存在传统概念中的所谓烧结；石墨具有热传导系数高，弹性模量低，热膨胀系数小，不容易被熔渣浸润等优点，因此，由于石黑的引入，使炉衬耐火制品的断裂韧性和抗渣渗透性有本质的改善。镁碳砖的主要特征是在微观结构上形成碳的结合物，这种结合是由有机结合剂在高温下结焦碳化形成的。

镁碳砖是一种不烧制品，其理化指标为：MgO70～85％，C l0～20％，显气孔率≤3％，体积密度2.87g／cm3，耐压强度40～50MPa，

1400℃抗折强度l0～15MPa。

影响镁碳砖性能的工艺因素主要有原料、结合剂、添加剂等。

1．镁砂

国外最初生产镁碳砖时采用的是高纯烧结镁砂，随着对镁碳砖使用过程的深入研究发现，高温下有如下反应：

MgO+C→Mg↑+CO↑

这个反应一般在1650℃开始，到l750℃时反应加剧，这是镁碳砖使用过程中损耗的重要原因之一，也是镁碳砖在1700℃以上使用损耗明显加剧的原因。镁砂中的杂质SiO2，Fe2O3 等对上述反应有促进作用，因此，希望镁砂有较高的纯度。

电熔镁砂相对烧结镁砂来说，结晶结构更完整，对碳的还原作用也更稳定，特别是大结晶电熔镁砂这些特征表现得更为突出，所以镁碳砖的生产开始转向使用电熔镁砂。考虑到碳的结合状态和结合剂的浸润性，也可以电熔镁砂烧结镁砂混合使用。我国的镁碳砖基本上是使用电熔镁砂。

镁碳砖的使用结果表明，用MgO含量高、方镁石相结晶颗粒大、钙硅比大于2的镁砂，生产镁碳砖效果最好。

2．石墨

石墨是镁碳砖中另一个基本组分。石墨具有很好的耐火材料基本特性，主要理化指标：固定碳85％～98％，灰分13％～2％(主要成分SiO2，Al2O3等)，相对密度2．09～2．23，熔点3640K(挥发)。由于石墨非常容易被氧化，所以长期以来没有引起人们的重视。

镁碳砖使用过程中，石墨的氧化有三种原因：

(1)空气中氧对石墨的氧化；

(2)渣中氧化物对石墨的氧化；

(3)石墨本身所含杂质氧化物对石墨的氧化。

这些氧化物主要指SiO2和Fe2O3。

镁碳砖中杂质氧化物和石墨反应后，造成砖体结构疏松，透气性增大、强度下降，这是镁碳砖损毁的内因。因此，生产镁碳砖大都选用纯度高、磷片结晶大的石墨。

3．结合剂

结合剂对镁碳砖及其他含碳耐火制品来说，作用至关重要。石墨和耐火氧化物之间没有互溶关系，也不可能相互烧结，常温下他们要

靠结合剂粘接固化。高温下，结合剂则要结焦碳化，和石墨形成碳结合，一般这种结合剂是指树脂类、沥青类等有机物。结合剂高温结焦碳化后形成约3％左右的碳，这个量虽然不多，但在镁碳砖或其他含碳制品中却是最具有活力的组成部分，对制品的高温性能有重要影响。我国镁碳砖或其他含碳制品生产过程和产品质量不够稳定，其中一个重要原因是结合剂不稳定造成的。

镁碳砖结合剂大体可以分三种类型：酚醛树脂类、改性沥青类、石油裂解副产品类，其中使用效果最好、用量最多的是酚醛树脂类。

4．添加物

在镁碳砖的损毁过程中，石墨的氧化是最主要的原因之一。由于氧化失碳，致使砖体结构疏松，强度下降。损毁过程遵循氧化失碳→结构疏松→侵蚀→冲刷溶损的路途。为了提高镁碳砖的抗氧化性，可以加入一定量的添加物，包括硅粉、铝粉、FeSi合金、CaSi合金、SiC，Si3N4，B4C等。添加物的另一个作用是在耐火氧化物和石墨之间“搭桥”，使石墨和耐火氧化物形成牢固的结合，这种作用是由于添加物在一定温度下形成新的矿物相促成的。

我国生产镁碳砖及其他含磷耐火制品，最常用的添加物是铝粉、硅粉和SiC粉。

第六节 镁钙碳砖

我国镁白云石、白云石资源相当丰富，几乎每个省都发现有白云石资源，是一种大量存在的耐火原料。特别是在缺乏菱镁矿资源的我国东南、西南地区，也都蕴藏有质地优良的镁白云石、白云石资源。合理开发利用这些资源，缓解对镁砂资源的依赖性，是一件非常有意义的事。

含CaO的炉衬耐火材料，高温热机械性能、高温塑性都比较稳定。CaO对改善钢中夹杂物性质，以及对脱硅、脱硫、脱磷都有利。因此，镁自云石、白云石质耐火材料在冶炼纯净钢方面将有很好的应用前景。

我国在开发应用镁白云石、白云石质耐火材料方面有很好的基础，竖窑煅烧白云石砂、焦油沥青振动大砖、烧成油浸白云石砖等在我国钢铁发展过程中都起到过非常重要的作用。近年来由于大量使用MgO-C砖，才使这些已有的工艺生产线闲置起来。不少学者呼吁，一味追求镁碳砖的做法并不见得合理，我国炼钢炉衬材料应走一条镁质、镁钙质并举的技术路线。

1．镁钙砂

优质镁钙砂是生产含CaO炉衬耐火材料的基础。

在开发MgO--CaO系耐火材料过程中，主要工作有两个方面：第一，提高镁钙砂的烧砂质量，包括化学纯度、体积密度。第二，提高MgO--CaO系耐火制品的抗水化性能。

2．镁钙砖、镁钙碳砖

在镁钙砖、镁钙碳砖生产过程中，水化问题是一个关键。一般要采用无水结合剂，成品还要进行防水处理。处理的方法有涂层、浸清焦

油沥青、真空铝箔包装等，保存期为6个月到一年，在这个期间砖的理化指标不应有明显的下降。

第七节 溅渣护炉

一、溅渣护炉技术的发展和特点

1．发展概况

炉龄是转炉炼钢一项综合性技术经济指标。提高炉龄不仅可以降低耐火材料消耗，提高作业率、降低生产成本，而且有利于均衡组织生产，促进生产的良性循环。所以，大幅度提高转炉炉龄是炼钢工作者多年追求的目标。

转炉炉衬工作在高温、高氧化性条件下，通常以0．2～0．8mm／炉的速度被侵蚀。为保证转炉正常生产和提高炉衬寿命，我国冶金工作者做了许多工作，如采用焦油白云石砖、轻烧油浸白云石砖，贴补、喷补、摇炉挂渣等措施，使炉龄逐步提高到1000炉以上；进入80年代，转炉普遍采用镁碳砖，综合砌炉，使用活性石灰造渣，改进操作，采用挂渣、喷补相结合的护炉方法，使转炉炉龄又有明显提高。

溅渣护炉是近年来开发的一项提高炉龄的新技术。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂，由普莱克斯气体有限公司开发的，在大湖分厂和格棱那也特市分厂实施后，并没有得到推广。l991年，美国LTV公司的印地安那哈鲍厂(1ndianaHabor)用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂232t顶吹转炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到0．38kg／t 钢，喷补料成本节省66％，转炉作业率由l984年的78％提高到l994年的97％。之后，美国有15家以上钢厂采用该技术，美国内陆钢公司炉龄已超过20000炉。加拿大、英国、日本等也已相继投入试验和应用。

我国从l994年开始转炉溅渣护炉试验，采用和发展的速度很快。鞍钢、首钢、宝钢、武钢、太钢等一些转炉厂采用溅渣护护技术，炉龄大幅度提高，取得了明显效果。其中，宝钢、武钢、首钢炉龄已逾万炉。2003年武钢二炼钢创造了30368炉的转炉炉龄记录。

溅渣护炉是转炉护炉技术的重大进步，这项能够大幅度提高转炉炉龄、降低耐火材料消耗的技术，在我国展示了广阔的推广应用前景。

2．技术特点

溅渣护炉的技术特点有：

(1)操作简便 根据炉渣粘稠程度调整成分后，利用氧枪和自动控制系统，改供氧气为供氮气，即可降枪进行溅渣操作；

(2)成本低 充分利用了转炉高碱度终渣和制氧厂副产品氮气，加少量调渣剂(如菱镁球、终渣改性料、轻烧白云石等)就可实现溅渣，还可以降低吨钢石灰消耗；

(3)时间短 一般只需3～4min即可完成溅渣护炉操作，不影响正常生产；