炼钢系统各设备用耐火材料
(一)高炉:
炉底和炉缸:大量使用碳质耐火材料,如高密度炭块、微孔炭块、半石墨化质炭块、石墨块等。这些材料高温下体积稳定性好、机械强度高、耐侵蚀性好。此外,也采用陶瓷杯 + 炭砖复合技术,陶瓷杯能起到隔热和保护炭砖的作用。例如,现代高炉炉缸通常采用这种结构,以延长炉缸寿命。
炉身:大高炉炉身及小高炉炉衬的炉喉、炉身、炉底可使用高炉用粘土砖。这种砖常温耐压强度高,能抵抗炉料长期作业磨损;高温长期作业下体积收缩小,有利于炉体保持整体性;显气孔率低和Al₂O₃含量低,可减少碳素在气孔中的沉积。炉身上部温度相对较低,也可使用粘土砖;炉身下部、炉腰及炉腹多采用Si₃N₄结合SiC砖(国内)或SiAlON结合 SiC砖(美国及欧洲国家),它们抗碱侵蚀性好,且具有良好的抗热震性、耐磨性和高温体积稳定性。
风口:风口耐火材料需承受强气流冲刷、热震影响及碱性气氛侵蚀,常需修补或更换。一般采用与炉缸材质相匹配的铁口组合砖砌筑,有炭质、半石墨碳 - 碳化硅质、莫来石质、碳化硅质等。
出铁口:采用与炉缸材质相匹配的铁口组合砖,如炭质、半石墨碳 - 碳化硅质等。出铁口工作条件恶劣,要求耐火材料具有良好的抗冲刷和抗侵蚀性能。
(二)转炉:转炉主要使用碱性耐火材料,如镁碳砖。镁碳砖中MgO含量一般在76% 左右,碳含量在15%,对熔渣侵蚀性小,耐侵蚀、耐剥落性好,特别适用于多炉连浇场合。此外,转炉在损毁时一般采用耐火喷涂料进行修补,如溅渣护炉技术,可提高炉衬寿命。
(三)电炉:电炉的干式振动料、预制或现浇炉盖或炉盖三角区等部位,可获得较好使用效果。电炉也常用镁碳砖等碱性耐火材料,在损毁时同样采用耐火喷涂料进行修补,方法有手工投补、湿式、干式或火焰喷涂和溅渣护炉等。
(四)钢包:
永久层:可使用粘土砖,其Al₂O₃含量一般在30%,价格相对较低,能起到一定的隔热和支撑作用。
工作层:
高铝砖:砖中Al₂O₃含量在50%,用于钢包工作层,热稳定性较好。
蜡石砖:SiO₂含量高,一般在80%以上,比粘土砖的抗侵蚀性和整体性好,且不挂渣,常用于钢包壁和包底。
锆英石砖:主要用于钢包渣线部位,砖中ZrO₂含量一般在60%,能抵抗熔渣的侵蚀。
镁碳砖:是钢包渣线部位常用的耐火材料,特别适用于多炉连浇场合,耐侵蚀、耐剥落性好。
铝镁浇注料:在钢水作用下,浇注料中的MgO和Al₂O₃反应生成铝卵形尖晶石,改善了内衬的抗渣性和抗热震性,主要用于钢包体。
铝镁碳砖:在铝镁浇注料的基础上发展而来,使用寿命长。
不烧砖:制作工艺相对简单,价格较低,具有一定的机械强度和耐侵蚀性,便于施工砌筑,目前用于钢包的烧成砖材料几乎都能制成相对应的不烧砖。
(五)中间包:中间包包衬用绝热板或镁质类涂料、挡渣堰用莫来石质、铝镁质和镁质耐火浇注料制作,可满足连续铸钢的技术要求。绝热板能起到隔热作用,减少钢水热量损失;耐火浇注料制成的挡渣堰可有效阻挡熔渣进入结晶器,提高钢坯质量。
二、其他附属设备用耐火材料
(一)热风炉:热风炉的球顶可采用整体浇灌的方法,使用耐火浇注料。过去热风炉球顶使用多种型号耐火砖生产艰难,而整体浇灌更方便。此外,热风炉也会用到高铝砖、粘土砖等。高铝砖荷重软化温度高,热稳定性较好;粘土砖抗热震性良好。
(二)鱼雷罐和混铁炉:有厂家全部使用耐火浇注料,使用效果明显。耐火浇注料施工方便,整体性好,能满足鱼雷罐和混铁炉储存和运输铁水的需求。
(三)轧钢系统加热炉:使用不同的不定形浇注料贯穿整个炉衬。不定形浇注料能适应加热炉的复杂形状和工况,具有良好的隔热和耐磨性能。
三、不定形耐火材料在钢厂的应用**:不定形耐火材料在钢厂应用广泛,具有施工方便、整体性好等优点。
耐火浇注料:是不定形耐火材料的主要品种,生产工艺简单,机械化程度高,施工简便,材料利用率高。可分为致密耐火浇注料和隔热耐火烧注料;按结合剂分有水硬性结合、化学结合、凝聚结合耐火浇注料;按耐火骨料分有粘土质骨料、高铝质骨料、硅质骨料、碱性骨料、特殊骨料和隔热骨料等。例如,连铸的中间罐用耐火浇注料堰板预制件安装,方便快捷。低水泥系列耐火浇注料是新一代耐火材料,具有高密度、低气孔、高强度、低磨损、耐热震和抗侵蚀等特点,广泛应用于炼铁(高炉出铁沟)、炼钢(钢包)、轧钢等领域。
耐火喷补料:用于高炉、转炉、电炉等设备的修补,如高炉的喷涂造衬由以前的水泥结合的喷涂材料提高为硅熔胶结合的方式,虽造价高,但使用周期长,减少了维修麻烦。
耐火捣打料:可用于一些需要捣打施工的部位,如炉底水冷管系埋设在浇注料和炭捣料之间,炭捣料可起到填充和隔热的作用。
四、耐火纤维在钢厂的应用:耐火纤维是一种高效绝热材料,具有轻质、高强度、高耐热、高绝缘、低导热等特性。
陶瓷纤维:具有高耐热性、高强度、高绝缘性能,广泛用于工业窑炉、高温管道、高温容器等。例如,在钢厂的一些高温设备隔热保温中可发挥作用。
硅酸铝纤维:具有低导热、高耐热等特性,广泛用于高温隔热、防火涂料等领域。可用于钢厂设备的隔热层,降低热损失。
五、其他特殊耐火材料:在特殊场合还会用到一些特殊耐火材料,如高温氧化物材料(氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等)、难熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等)、高温复合材料(金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等)。这些材料具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能,可满足钢厂一些特殊工艺和工况的需求。