金屬冶煉施工技術探析

摘要：為減少鋼包筑爐操作和降低耐火材料成本，在VLF（真空鋼包爐）的鋼包內襯采用耐火材料的不定形化技術。為實現中間包采用不定形化技術和出鋼槽采用噴補修補技術來延長使用壽命，因此濕式噴補機能成為廣泛應用于各種物體施工的通用設備。

關鍵詞：耐火材料 施工技術

1 不定形耐火材料澆注施工技術

鋼包包底和包壁不定形耐火材料的普通澆注施工方法。

1.1 澆注施工方法 首先，在包底施工后進行半天左右的自然養護。接著，安裝框架和混合攪拌機，在澆注耐材之后，為使整個縫隙填充均勻，用棒式振搗器進行助振。再經半天左右的自然養護后進行脫模，然后對渣線部位進行耐火磚的砌筑施工。

1.2 澆注材質的選擇 對用于包底和包壁耐火材料的特性，不僅要求其抗腐蝕性和抗渣性要好，而且結構要穩定。一般認為Al2O3－MgO質耐火材料能滿足上述條件要求。Al2O3－MgO質耐火材料中的MgO量在7－28％范圍時，會形成組織致密、穩定的尖晶石固溶體，因此一般用作煉鋼鋼包的耐火材料。該廠重視降低成本，提高鋼水沖擊部的抗磨損性，重視殘余膨脹性的影響作用，因此采用Al2O3－MgO材質作澆注料。另外，即使在長施工體的厚度較薄（最薄40mm）的情況下，為確保澆注料的流動性，因此規定Al2O3骨料粒度在8mm以下，而且還添加了金屬Al，作為防止干燥時發生爆裂的措施。

1.3 實際應用的結果 對15t鋼包包壁最上部的熔損速度進行了調查。與耐火磚比，澆注料各部位的最大熔損速度為0.4mm／爐，而渣線磚的修補周期（大約40爐鋼水）是在磚的熔損達16mm左右時才進行的，因而不會對鋼包壽命產生不良影響。另外，使用后的工作面在清除粘附的金屬和對表面進行若干清理后，只要工作面沒有全部熔損，就可以進行接長修補，由此能減少新噴補施工時耐火材料的使用量和減少鋼包產生的廢磚達30％左右。

2 濕式噴補施工技術

2.1 改進施工方法 為解決上述問題，最近以煉鋼廠為主引進了正在不斷被推廣的濕式噴補施工技術。噴補操作程序如下。首先，用混合機將不定形材料與水混合后分批裝入料斗，然后把裝入料斗的噴補料用活塞式壓力泵通過管道送到噴嘴，同時通過另外一根管道采用壓縮空氣將固化劑送到噴嘴端部，在噴出之前與噴補料混合后噴補在施工體上。與以往的澆注施工相比，濕式噴補施工的主要特征如下：①由于不需要框架，因此能在任意位置進行任意厚度的施工。②由于添加固化劑，縮短了固化養護時間，因此能進行連續施工。③由于施工效率高（5－10t/hr），因此可縮短施工時間。除此之外，它還能使耐火材料發生的熔化損失均勻，并可應付緊急情況。即可以說噴補施工法就是利用不定形耐火材料的特性來彌補澆注施工缺陷的施工方法。

2.2 改進材質 以上述的澆注材料為基礎，對澆注材質的壓力輸送性能、抗腐蝕性能和抗爆裂性能進行了改進。

2.2.1 提高壓力輸送性能 為使濕式噴補材料能在壓力下從內徑Ф38mm的管道和噴嘴通過，因此事先對各種噴補料在噴嘴內的流動性進行了確認試驗。如果直接采用象澆注料那樣的粒度，就會發生噴嘴堵塞，因此降低了粗粒度比，并將Al2O3骨料的粒度從8mm降低到5mm。

2.2.2 提高抗腐蝕性能 根據上述試驗結果可知，采用表1的試料C和D時，不會發生噴嘴堵塞，但由于這兩種試料添加的水分量比澆注料的大，因此會影響抗腐蝕性能?；诖艘?，在試料C和D中，以水分低的試料C為基礎，通過高頻爐的侵蝕試驗，調查了通過增加MgO量來提高抗腐蝕性能的效果。結果，考慮到抗腐蝕性能和爐渣侵蝕的深度，將MgO量增加到10％，能彌補抗腐蝕性能的惡化。

2.3 提高抗爆裂性能 采用上述材質對15t鋼包和25t鋼包的包底及包壁進行濕式噴補施工后，在預熱1小時左右時噴補料會頻繁發生爆裂故障，爆裂寬度大約30-50mm。作為防止發生爆裂的措施，由于當初采取的是添加有機纖維的辦法，但不理想，因此在改善鋼包干燥條件的情況下進行了研究。

2.3.1 爆裂發生的機理 采用一般干燥曲線模型對干燥中耐火材料內部的溫度和水蒸氣壓力的變化進行了模擬，結果表明，干燥過程中施工體內部存在3個區域，一是靠近加熱面含水率為0的干燥區域；二是水分迅速蒸發的蒸發區域；三是在蒸發區域產生的水蒸氣流向被加熱的背面，壓力超過了飽和水蒸氣壓，形成凝結現象的凝結區域。干燥時的爆裂只有在蒸發區域滿足了下列條件時才會發生。

2.3.2 改進干燥方法 對實際干燥中各部位溫度變化進行實測，摸索出了最佳干燥條件。結果，根據以上噴嘴耐火材料的表面溫度為基準，進行了干燥，基本抑制了爆裂。但是，在冬季室外氣溫低的情況下，由于干燥前的養護強度（抗折強度）低，因此無法確保材料具有耐蒸氣壓的強度，故頻繁發生爆裂。作為其措施是采取預熱干燥的辦法，即筑爐后在鋼包內對發熱體進行燃燒，但這種干燥條件有待進一步改善。

3 使用實例

3.1 熔損速度 15t鋼包的包壁采用濕式噴補材料后的熔損速度表明，采用噴補材料的平均熔損速度為1.57mm／爐，雖然比耐火磚的增大5％，但與澆注材相比，卻取得良好的結果，受鋼水沖擊部位的烙損速度最大為2.5mm／爐，與澆注材料的呈相同趨勢，但其絕對值低。與澆注材料的主要區別在于透氣磚和受鋼水沖擊部周圍的熔損速度非常低，這兩處分別是采用吹氬攪拌和采用AOD（氬氧脫碳法）裝入鋼水時因鋼水沖擊而造成熔損嚴重的部位，由此可知采用噴補料的施工體具有良好的抗磨損性能。

3.2 斷面組織 從15t鋼包在使用39爐后噴補材的斷面組織照片和爐渣的侵蝕深度來看，包底的侵蝕深度比包壁的大30－40mｍ，在微變層內部能看見有一部分橫向裂紋，還能看見有部分金屬侵人。包壁的爐渣侵蝕深度較淺，為15-20mm，與澆注材的基本相同。另一方面，由于原始層的組織非常致密，且氣孔率也低，只有12％，因此形成了良好的組織。

4 施工效率和成本

各種施工方法的施工天數比較結果表明，以一座鋼包的筑爐操作天數為例，采用澆注施工時，由于能連續接長修補，因此包底和包壁的解體時間可以縮短，與耐火磚相比，可縮短總的工期25％；采用噴補施工時，由于添加了固化劑，節省了養護時間，因此可縮短工期40％。成本的比較結果表明，與澆注料相比，噴補料的價格僅僅是固化劑這一項的價格比澆注料高，但由于可延長使用壽命，因此比耐火磚可節約成本28％左右，比澆注材料的節約14％。今后如果能將不定形化的噴補技術應用于目前仍采用耐火磚的容器（如，25t VLF鋼包和中間包等），估計可以大幅度降低耐火材料成本?？梢哉J為這是一種非常理想的施工技術。

5 小結

15t鋼包包底和包壁采用濕式噴補施工的結果表明，不論是施工效率，還是成本，都優于澆注施工法。為實現將來中間包等也能采用不定形化技術和出鋼槽采用噴補修補技術來延長使用壽命，因此期待著這種濕式噴補機能成為廣泛應用于各種物體施工的通用設備，從而進一步降低耐火材料成本。