無磷噴補(bǔ)料的研制及探討

靳 蛟

(濟(jì)鋼耐火材料有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250200)

無磷噴補(bǔ)料的研制及探討

靳 蛟

(濟(jì)鋼耐火材料有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250200)

純凈鋼是目前鋼鐵生產(chǎn)的重要發(fā)展方向,其生產(chǎn)離不開低雜質(zhì)的耐火材料。為生產(chǎn)高質(zhì)量的低磷鋼,筆者對(duì)電爐噴補(bǔ)料配比及添加劑進(jìn)行改進(jìn),研制了無磷電爐噴補(bǔ)料,從而降低鋼水中磷含量,滿足了鋼廠純凈鋼的生產(chǎn)要求。

噴補(bǔ)料 結(jié)合劑 抗侵蝕性 附著率

近年來,我國(guó)煉鋼技術(shù)有了很大的發(fā)展,為了提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)高純度、高清潔度鋼的質(zhì)量要求越來越高,鋼水在電爐中精煉程度越來越高,這些特點(diǎn)都使得電爐的使用條件更加苛刻,耐火材料的損毀程度越來越嚴(yán)重,尤其是存在不均衡蝕損。純凈鋼是目前鋼鐵生產(chǎn)的重要發(fā)展方向之一,為確保純凈鋼的生產(chǎn),這就要求煉鋼用耐火材料尤其是噴補(bǔ)料盡量少的帶入雜質(zhì),因此無磷或低磷電爐噴補(bǔ)料的改進(jìn)勢(shì)在必行。

1 研制思路

筆者研制的產(chǎn)品為一種電爐噴補(bǔ)料,屬于電爐煉鋼技術(shù)領(lǐng)域,用于對(duì)爐襯大面積或局部蝕損部位進(jìn)行噴涂修補(bǔ)。本工作以獲得具有磷含量低、附著率高、使用性能好等特點(diǎn)的噴補(bǔ)料為目標(biāo)。而噴補(bǔ)料則是延長(zhǎng)使用壽命的必要材料,原材料的選擇是決定噴補(bǔ)料耐用性的主要因素之一。噴補(bǔ)材料應(yīng)具備以下性能：①材料不用磷酸鹽結(jié)合劑,避免磷的引入。②附著性強(qiáng),燒結(jié)性好。③強(qiáng)度高,抗剝落性和耐侵蝕性好。

噴補(bǔ)料的磷含量、附著性、燒結(jié)性、耐侵蝕性能取決于其原料的組成、粒度分布及結(jié)合劑的選擇,因此將研制重點(diǎn)放在原料、結(jié)合劑及外加劑的選擇上。

2 原料的選擇

2.1 原料的初步選擇

表1 試樣配料組成(質(zhì)量%)

所用主要原料由鎂砂(M gO≥95)為骨料,電熔鎂砂細(xì)粉(M gO≥96)、活性α-氧化鋁微粉(A l2O3≥99.5),消石灰為結(jié)合劑配以X硅酸鹽結(jié)合劑原料為輔料和Y原料促凝劑構(gòu)成的電爐噴補(bǔ)料。為保證鋼水的品質(zhì),不引入磷采用硅酸鹽結(jié)合劑,不用磷酸鹽作結(jié)合劑;為了提高附著率及保證補(bǔ)料達(dá)到良好的燒結(jié),本產(chǎn)品加入適量的鎂鉻尖晶石粉;添加一定量的氧化鋁超微粉在其燒后可提高抗折粘附強(qiáng)度;基質(zhì)細(xì)粉也起著非常重要的作用,沒有高基子的細(xì)粉做依托,則噴補(bǔ)料的附著率及耐浸蝕能力會(huì)大大降低,因此,本產(chǎn)品對(duì)基本細(xì)粉全部采用優(yōu)質(zhì)96電熔鎂砂粉以保證噴補(bǔ)料的質(zhì)量。為使噴補(bǔ)料具有合理的粒度組成,確保噴補(bǔ)時(shí)較高的附著率和良好的耐用性,我們采用相同的原料、結(jié)合劑和添加劑,對(duì)不同粒度組成的噴補(bǔ)料進(jìn)行了物理性能和作業(yè)性能實(shí)驗(yàn)。噴補(bǔ)料的粗顆粒所占比例一般不應(yīng)過大,且臨界粒度以3㎜左右為宜,否則噴補(bǔ)料的回彈率會(huì)明顯上升。通過對(duì)充分考慮噴補(bǔ)料成分、材料分散性、聚合及潤(rùn)濕、附著率及易燒結(jié)程度等確定了噴補(bǔ)料在硅酸鹽結(jié)合劑、鎂鉻尖晶石粉、α-氧化鋁微粉同數(shù)量的情況下進(jìn)行試驗(yàn)比較,見表1。

2.2 試樣制備及性能測(cè)試

將配制好的料加水混合均勻后,倒入模具中振動(dòng)成形為40㎜×40㎜×160㎜試樣,在室溫下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模,分別經(jīng)110℃×24 h、1 500℃×3 h熱處理。測(cè)量熱處理后試樣的線變化率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度。

2.3 噴補(bǔ)料理化性能指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)試樣配料理化指標(biāo)見表2。

表2 試樣配料理化指標(biāo)

由表2分析可知,1#大顆粒多附著率低,反彈率高;3#顆粒細(xì),加水量大,強(qiáng)度低。噴補(bǔ)料的顆粒組成對(duì)附著性和燒后強(qiáng)度都有很大影響,細(xì)顆粒能改善粘附性能,可塑性好,噴補(bǔ)料附著率高,但噴補(bǔ)時(shí)用水量較大,使材料體積密度低,氣孔率高,抗剝落性差,耐侵蝕性不好;粗顆粒可使噴補(bǔ)層穩(wěn)定、噴補(bǔ)料密度高、耐用性好,但粗顆粒過多時(shí)噴槍容易堵、附著率低、回彈率高、損耗大,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響噴補(bǔ)效率和使用效果。通過不同顆粒組成噴補(bǔ)料體積密度、耐壓和抗折強(qiáng)度等物理性能的比較,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況,確定噴補(bǔ)料粗顆粒(3～1㎜)∶中顆粒(1～0.088㎜)∶細(xì)粉(＜0.088㎜)為35∶30∶35的顆粒級(jí)配比較好。

3 配方的研制改進(jìn)

3.1 結(jié)合劑調(diào)整

一定量的氧化鋁超微粉在其燒后可提高抗折粘附強(qiáng)度,但因其價(jià)格昂貴,加入量越大成本越高,因此其加入量應(yīng)控制在小于4%。為使噴補(bǔ)料噴補(bǔ)達(dá)到良好的燒結(jié),本試樣加入8%的鎂鉻尖晶石粉。調(diào)整硅酸鹽X結(jié)合劑加入量做實(shí)驗(yàn),配比如表3所示。

表3 試樣配料組成(質(zhì)量%)

3.2 試樣制備及性能測(cè)試

表4 結(jié)合劑用量對(duì)噴補(bǔ)料性能的影響

將配合好的料加水混合均勻后,倒入模具中振動(dòng)成形為40㎜×40㎜×160㎜試樣,在室溫下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模,分別經(jīng)110℃×24 h、1 500℃×3 h熱處理。測(cè)量熱處理后試樣的線變化率、體積密度、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表4。

1)硅酸鹽結(jié)合劑。由表3、表4分析可得出硅酸鹽結(jié)合劑的加入量對(duì)噴補(bǔ)料的附著性、施工性能和耐用性都有很大影響。選擇噴補(bǔ)料結(jié)合劑時(shí)必須考慮分散性、速溶性、施工特性及對(duì)噴補(bǔ)料粘度和強(qiáng)度等性能的影響,確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)噴補(bǔ)料具有足夠的強(qiáng)度和最大限度地減少結(jié)合劑對(duì)噴補(bǔ)料使用性能的影響等。

2)固化劑。噴補(bǔ)料中固化劑的用量對(duì)噴補(bǔ)料粘附性有很大影響,固化劑可使材料及時(shí)稠化、凝固,保持一定的流動(dòng)性以填充受噴面,并有足夠的保持強(qiáng)度。但固化劑用量應(yīng)盡量減少,以避免噴補(bǔ)料硬化過快引起分層。固化劑用量過少時(shí),噴補(bǔ)料與受噴面接觸時(shí)雖經(jīng)潤(rùn)濕,但無法做到瞬間定型,噴補(bǔ)料流淌距離過大,附著率低;固化劑用量過大時(shí),噴補(bǔ)料經(jīng)噴槍口噴出后,在高溫下迅速硬結(jié)成形。在與內(nèi)襯接觸時(shí)已基本喪失了流動(dòng)特性,無法潤(rùn)濕受噴面,附著困難。固化劑用量若不在這個(gè)范圍內(nèi),噴補(bǔ)料的附著率會(huì)大幅下降。

3)試驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)試驗(yàn)得出固化劑加入量為1%,硅酸鹽結(jié)合劑含量為3%時(shí)噴補(bǔ)料硬化時(shí)間比較適宜,并具有良好的粘附性、施工性能和耐侵蝕性能,強(qiáng)度最好。

4 施工及應(yīng)用

4.1 噴補(bǔ)施工

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施噴補(bǔ)操作時(shí)采用DX型噴補(bǔ)機(jī),噴槍口徑20㎜,在壓縮空氣作用下,噴補(bǔ)料由輸料管連續(xù)送至噴槍進(jìn)行噴補(bǔ)。噴補(bǔ)料潤(rùn)濕情況良好,出料均勻,沒有發(fā)現(xiàn)脈沖和堵槍現(xiàn)象,噴補(bǔ)料回彈率＜15%,潤(rùn)濕快、不流淌、粘結(jié)牢固、硬化及燒結(jié)速度快。噴補(bǔ)時(shí)噴槍與受噴面垂直,噴補(bǔ)距離以回彈率的高低為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。噴補(bǔ)操作時(shí)用水量和風(fēng)壓的選擇、控制對(duì)粘附性影響很大。用水量過小,會(huì)引起“發(fā)煙”現(xiàn)象,噴補(bǔ)料與受噴面因水量小而無法潤(rùn)濕,發(fā)生彈性碰撞,材料無法附著;用水量過大,噴補(bǔ)料流淌嚴(yán)重,亦無法附著。噴補(bǔ)時(shí)用水量應(yīng)在保證附著率的前提下盡可能減少用量,以免影響噴補(bǔ)料的使用性能。噴補(bǔ)操作時(shí)高壓風(fēng)是輸送噴補(bǔ)料的載體,風(fēng)壓過大會(huì)導(dǎo)致材料與水在噴槍口處的混合不夠充分、潤(rùn)濕不理想,且與內(nèi)襯彈性碰撞過大,附著性差;風(fēng)壓不夠時(shí),噴補(bǔ)料與受噴面的接觸不充分,附著率也不理想。

4.2 使用效果

研制改進(jìn)的無磷電爐噴補(bǔ)料具有粘性好、附著率高、耐沖刷抗侵蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),可以大大提高煉鋼爐作業(yè)率,減少停爐維修時(shí)間。噴補(bǔ)層燒結(jié)5m in后具有附著強(qiáng)度高、回彈率低、易燒結(jié)、耐沖刷、抗侵蝕等特點(diǎn),耐鋼水、熔渣的侵蝕、沖刷,可延長(zhǎng)電爐的使用壽命,最重要的是不引入磷?，F(xiàn)在此噴補(bǔ)料在山東幾家鋼廠使用,效果較好。目前已穩(wěn)定供貨,料易輸送,未發(fā)現(xiàn)堵槍、流淌和剝落等現(xiàn)象發(fā)生。電爐上使用附著率大于85%,噴補(bǔ)一次可延長(zhǎng)使用3～5次,最長(zhǎng)達(dá)8次,并保證噴補(bǔ)部位的安全使用,試用效果良好,能顯著提高各種電爐整體使用壽命。

在噴補(bǔ)過程中,噴補(bǔ)量的多少,噴補(bǔ)機(jī)所用壓縮空氣壓力的大小,水加入量的比例都對(duì)本產(chǎn)品起著至關(guān)重要的作用,噴補(bǔ)料應(yīng)本著均補(bǔ)、快補(bǔ)、薄補(bǔ)的原則,噴補(bǔ)料不均或過厚會(huì)造成脫落及增加噸鋼消耗,影響效益。噴補(bǔ)料滾動(dòng)性能好的噴補(bǔ)機(jī)在工作狀態(tài)時(shí),壓縮空氣壓力在0.3 M Pa為宜,太小會(huì)造成噴槍堵塞、附著率不高,壓力太大會(huì)造成反彈,影響噴補(bǔ)效果。

5 結(jié)論

1)結(jié)合劑和促凝劑的選擇是降低煉鋼過程中磷含量的關(guān)鍵,適當(dāng)?shù)谋壤兄跓Y(jié)性、不剝落、耐機(jī)械沖刷和爐渣侵蝕,不污染鋼水等特點(diǎn)。

2)適宜的噴補(bǔ)料粒度組成 ,是影響其回彈率、強(qiáng)度和附著率的重要因素。噴補(bǔ)料顆粒中粒度大的粗顆粒過多以及小于0.1㎜的細(xì)粉過少,噴補(bǔ)附著率將明顯降低。

3)噴補(bǔ)料的附著率主要取決于材料的粒度組成和流變特性,并與固化劑的選擇、噴槍噴射角度和距離、水量及風(fēng)壓大小等密切相關(guān)。

1 華夏.平爐爐頂噴補(bǔ)料的研制與生產(chǎn)試驗(yàn).武鋼技術(shù),1987(3)：3～5

2 彭水生.燒結(jié)機(jī)大煙道內(nèi)襯耐酸耐磨噴涂料的研制與應(yīng)用.耐火材料,2009,43(5)：378～380