为什么说这6种原料可以提高转炉炼钢喷枪耐火浇注料性能及强度
氧枪是转炉炼钢供氧系统中的关键设备。氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成,内层钢管是氧气的通道,由于氧枪在吹炼时处于高温下工作,需要对氧枪通高压水进行冷却,内层管和中层管之间的环缝是进水的通道,中层管与外层管之间的环缝是出水通道。
喷头位于枪身的端部,是很 为重要的构件,设计合理的喷头能够正确合理地供氧,使熔池搅拌良好,能够快速化渣和强化元素的氧化。喷头一般为紫铜制成。早期的氧枪喷头多采用单孔的拉瓦尔型喷头,目前已普遍采用多孔的喷头。300t转炉采用5孔头,喷头形状为拉瓦尔管,由收缩段、喉口和扩张段组成。高压氧气流过拉瓦尔管时,喷孔可将氧气的压力转变为动能,在喉口处流速达到声速,在扩张段,氧气的压力能继续转化为动能,使氧气流速超过声速,从而获得超声速气流。
转炉氧枪在使用过程受到高温烟气的冲刷和磨损,同时在吹炼和溅渣护炉的过程中还要承受高温烟气和炉渣的侵蚀;冶炼结束后,在大气中冷却,还会承受温度的急剧变化,受到热震的强烈冲击,因此转炉氧枪用耐火材料需具有良好的抗热震性,良好的抗炉渣、铁的冲刷和侵蚀的能力;在施工过程中,由于转炉氧枪的枪体较长,在浇注过程中所用的耐火材料需具有良好的流动性。目前使用的耐火材料主要是铝硅质钢纤维浇注料。
转炉喷枪耐火材料的研究表明:
①加入纯铝酸钙水泥可使浇注料具有较高的强度,但纯铝酸钙水泥加入量过多将带入较多的CaO,从而降低浇注料的高温性能;因此,在保证一定的常温强度和施工性能的条件下,应尽量减少其加入量,以提高浇注料的高温性能;其加入量以5%为宜。
②在浇注料中加入一定量的硅灰,对于降低加水量、提高水泥水化结合强度、降低浇注料气孔率、提高其中温强度贡献很大;同时,由于硅灰的主要成分是 SiO2,且杂质含量较多,当其加入量过高时易降低浇注料的高温性能。硅灰加入量以3%为宜。
③α-Al2O3微粉对浇注料具有调整体积稳定性的作用,一方面由于其粒度较细,能填充到浇注料较大颗粒之间的间隙中,从而使得浇注料气孔率降低,常温强度增加,另一方面由于其具有较高的反应活性,可以促进和SiO2的反应,生成莫来石,对提高浇注料的强度和抗热震性很有好处;随着α-Al2O3微粉加入量增大,浇注料气孔率有所降低,中温强度增加,流动性*改善,但其加入量过大时,浇注料的流动性反而降低,其加入量以6%~8%为宜。
④由于喷枪壁薄,使用时温度波动较大,枪体机械震动剧烈,因此枪体的高温体积稳定性非常重要,为尽量减少钢管内芯的热膨胀与浇注料的差异,需使喷枪浇注料在中、高温条件下具有一定的膨胀。蓝晶石粉可以在低于1350℃下发生转化反应产生较小体积膨胀,析出的SiO2又可与材料中的α-Al2O3反应生成莫来石,这样也有助于结合。 如果在液相范围内产生膨胀,那么膨胀会引起液体的移动,浇注料的许多空隙可能被液体填充。所以莫来石的生成不仅能够提高浇注料的结构强度,改善烧后线变化,而且还能部分消除浇注料在高温和冷却过程中产生的收缩裂缝,从而提高浇注料的使用寿命,所以,在细粉中应添加适量的蓝晶石粉。但其加入量过大时,导致浇注料剥落,故其加入量以 10%左右为宜。
⑤添加不锈钢纤维可以有效防止浇注料开裂,即使有裂纹产生,纤维的挠性也能阻止裂纹的扩展,提高浇注料的抗热震性。同时能够增强浇注料的常温、中温强度, 但当温度超过1100℃时,钢纤维的作用不明显,当钢纤维加入量超过3%时,浇注料的强度不再增强,甚至有所降低,因此,钢纤维的加入量以1%~3%为宜。
⑥要提高浇注料的强度,应降低加水量,在浇注料中引入一定量的减水剂时,减水剂溶于水后能吸附于分散相(固体微粒子或胶体粒子)表面,提高溶液中粒子表面的ζ电位(动电电位),或形成空间限制效应(空间位阻),增大粒子间的排斥力,结果会使由分散粒子组成的凝集结构中包裹的游离水释放出来,从而在粒子间起润滑作用和分散粒子的作用。
分散剂的作用有:
(1)降低浇注料拌合用水量,降低制品或砌体的气孔率,提高体积密度;(2)降低水泥用量,有利于提高浇注料纯度;(3)改善浇注料流变性,易于施工,提高施工效率;(4)可配制流态浇注料,以实现管道输送新拌浇注料;(5)可实现浇注料的自流平、自密实作用;(6)可配制高密度、高强度浇注料。研究表明减水剂的加入量在0.5%左右较好。
转炉氧枪在使用过程中主要发生结瘤损毁。主要是由于吹炼过程中炉渣化得不好或枪位过低等,炉渣发生“返干”现象,金属喷溅严重并黏结在氧枪上。氧枪的枪位指氧枪的喷头到静止金属熔池液面的距离,在吹炼过程中氧枪通常在三种枪位下进行操作。化渣枪位(高枪位):用于促使石灰融化和成渣,提高炉渣的氧化性;基本吹炼枪位:正常的吹炼枪位,向金属熔池内供氧,使铁水中的元素氧化,并兼顾熔池的搅拌;拉碳枪位(低枪位):在吹炼的后期,低枪位操作以进一步脱碳,加强熔池搅拌,均匀金属液的成分和温度,降低渣中的FeO和钢中气体的含量。氧枪枪位过高或过低,均容易造成金属喷溅,飞溅起来的金属夹杂炉渣粘在氧枪上造成氧枪结瘤。另外,喷嘴结构不合理、工作氧压高等对氧枪结瘤也有一定的影响。宝钢300t转炉的化潼枪位为2. 3~2. 5m,基本枪位为2. 0m, 拉碳枪位为1.8m左右。
实际生产中,由于原材料条件变化较大,操作人员没有及时根据情况做出相应的调整;或者操作人员没有精心操作或操作不熟练,操作经验不足,往往都会使冶炼前期炉渣化得太迟,或者过程炉渣未化透,甚至在冶炼中期发生炉渣严重“返干”现象,这时继续吹炼会造成严重的金属喷溅,使氧枪结瘤。
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