無磷噴補料的研制及探討

靳 蛟

(濟鋼耐火材料有限責任公司 濟南 250200)

無磷噴補料的研制及探討

靳 蛟

(濟鋼耐火材料有限責任公司 濟南 250200)

純凈鋼是目前鋼鐵生產的重要發展方向,其生產離不開低雜質的耐火材料。為生產高質量的低磷鋼,筆者對電爐噴補料配比及添加劑進行改進,研制了無磷電爐噴補料,從而降低鋼水中磷含量,滿足了鋼廠純凈鋼的生產要求。

噴補料 結合劑 抗侵蝕性 附著率

近年來,我國煉鋼技術有了很大的發展,為了提高生產效率及產品質量,對高純度、高清潔度鋼的質量要求越來越高,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重,尤其是存在不均衡蝕損。純凈鋼是目前鋼鐵生產的重要發展方向之一,為確保純凈鋼的生產,這就要求煉鋼用耐火材料尤其是噴補料盡量少的帶入雜質,因此無磷或低磷電爐噴補料的改進勢在必行。

1 研制思路

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

噴補料的磷含量、附著性、燒結性、耐侵蝕性能取決于其原料的組成、粒度分布及結合劑的選擇,因此將研制重點放在原料、結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(質量%)

所用主要原料由鎂砂(M gO≥95)為骨料,電熔鎂砂細粉(M gO≥96)、活性α-氧化鋁微粉(A l2O3≥99.5),消石灰為結合劑配以X硅酸鹽結合劑原料為輔料和Y原料促凝劑構成的電爐噴補料。為保證鋼水的品質,不引入磷采用硅酸鹽結合劑,不用磷酸鹽作結合劑;為了提高附著率及保證補料達到良好的燒結,本產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度;基質細粉也起著非常重要的作用,沒有高基子的細粉做依托,則噴補料的附著率及耐浸蝕能力會大大降低,因此,本產品對基本細粉全部采用優質96電熔鎂砂粉以保證噴補料的質量。為使噴補料具有合理的粒度組成,確保噴補時較高的附著率和良好的耐用性,我們采用相同的原料、結合劑和添加劑,對不同粒度組成的噴補料進行了物理性能和作業性能實驗。噴補料的粗顆粒所占比例一般不應過大,且臨界粒度以3㎜左右為宜,否則噴補料的回彈率會明顯上升。通過對充分考慮噴補料成分、材料分散性、聚合及潤濕、附著率及易燒結程度等確定了噴補料在硅酸鹽結合劑、鎂鉻尖晶石粉、α-氧化鋁微粉同數量的情況下進行試驗比較,見表1。

2.2 試樣制備及性能測試

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

2.3 噴補料理化性能指標

實驗試樣配料理化指標見表2。

表2 試樣配料理化指標

由表2分析可知,1#大顆粒多附著率低,反彈率高;3#顆粒細,加水量大,強度低。噴補料的顆粒組成對附著性和燒后強度都有很大影響,細顆粒能改善粘附性能,可塑性好,噴補料附著率高,但噴補時用水量較大,使材料體積密度低,氣孔率高,抗剝落性差,耐侵蝕性不好;粗顆粒可使噴補層穩定、噴補料密度高、耐用性好,但粗顆粒過多時噴槍容易堵、附著率低、回彈率高、損耗大,嚴重時會影響噴補效率和使用效果。通過不同顆粒組成噴補料體積密度、耐壓和抗折強度等物理性能的比較,并根據現場實際操作情況,確定噴補料粗顆粒(3～1㎜)∶中顆粒(1～0.088㎜)∶細粉(＜0.088㎜)為35∶30∶35的顆粒級配比較好。

3 配方的研制改進

3.1 結合劑調整

一定量的氧化鋁超微粉在其燒后可提高抗折粘附強度,但因其價格昂貴,加入量越大成本越高,因此其加入量應控制在小于4%。為使噴補料噴補達到良好的燒結,本試樣加入8%的鎂鉻尖晶石粉。調整硅酸鹽X結合劑加入量做實驗,配比如表3所示。

表3 試樣配料組成(質量%)

3.2 試樣制備及性能測試

表4 結合劑用量對噴補料性能的影響

將配合好的料加水混合均勻后,倒入模具中振動成形為40㎜×40㎜×160㎜試樣,在室溫下養護24 h后脫模,分別經110℃×24 h、1 500℃×3 h熱處理。測量熱處理后試樣的線變化率、體積密度、抗折強度、耐壓強度,實驗結果見下表4。

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

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

3)試驗結果。經試驗得出固化劑加入量為1%,硅酸鹽結合劑含量為3%時噴補料硬化時間比較適宜,并具有良好的粘附性、施工性能和耐侵蝕性能,強度最好。

4 施工及應用

4.1 噴補施工

現場實施噴補操作時采用DX型噴補機,噴槍口徑20㎜,在壓縮空氣作用下,噴補料由輸料管連續送至噴槍進行噴補。噴補料潤濕情況良好,出料均勻,沒有發現脈沖和堵槍現象,噴補料回彈率＜15%,潤濕快、不流淌、粘結牢固、硬化及燒結速度快。噴補時噴槍與受噴面垂直,噴補距離以回彈率的高低為標準進行調整。噴補操作時用水量和風壓的選擇、控制對粘附性影響很大。用水量過小,會引起“發煙”現象,噴補料與受噴面因水量小而無法潤濕,發生彈性碰撞,材料無法附著;用水量過大,噴補料流淌嚴重,亦無法附著。噴補時用水量應在保證附著率的前提下盡可能減少用量,以免影響噴補料的使用性能。噴補操作時高壓風是輸送噴補料的載體,風壓過大會導致材料與水在噴槍口處的混合不夠充分、潤濕不理想,且與內襯彈性碰撞過大,附著性差;風壓不夠時,噴補料與受噴面的接觸不充分,附著率也不理想。

4.2 使用效果

研制改進的無磷電爐噴補料具有粘性好、附著率高、耐沖刷抗侵蝕性能好、使用壽命長等優點,可以大大提高煉鋼爐作業率,減少停爐維修時間。噴補層燒結5m in后具有附著強度高、回彈率低、易燒結、耐沖刷、抗侵蝕等特點,耐鋼水、熔渣的侵蝕、沖刷,可延長電爐的使用壽命,最重要的是不引入磷。現在此噴補料在山東幾家鋼廠使用,效果較好。目前已穩定供貨,料易輸送,未發現堵槍、流淌和剝落等現象發生。電爐上使用附著率大于85%,噴補一次可延長使用3～5次,最長達8次,并保證噴補部位的安全使用,試用效果良好,能顯著提高各種電爐整體使用壽命。

在噴補過程中,噴補量的多少,噴補機所用壓縮空氣壓力的大小,水加入量的比例都對本產品起著至關重要的作用,噴補料應本著均補、快補、薄補的原則,噴補料不均或過厚會造成脫落及增加噸鋼消耗,影響效益。噴補料滾動性能好的噴補機在工作狀態時,壓縮空氣壓力在0.3 M Pa為宜,太小會造成噴槍堵塞、附著率不高,壓力太大會造成反彈,影響噴補效果。

5 結論

1)結合劑和促凝劑的選擇是降低煉鋼過程中磷含量的關鍵,適當的比例有助于燒結性、不剝落、耐機械沖刷和爐渣侵蝕,不污染鋼水等特點。

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

3)噴補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、水量及風壓大小等密切相關。

1 華夏.平爐爐頂噴補料的研制與生產試驗.武鋼技術,1987(3)：3～5

2 彭水生.燒結機大煙道內襯耐酸耐磨噴涂料的研制與應用.耐火材料,2009,43(5)：378～380