金屬冶煉施工技術(shù)探析

王俊柱

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(nèi)襯采用耐火材料的不定形化技術(shù)。為實現(xiàn)中間包采用不定形化技術(shù)和出鋼槽采用噴補(bǔ)修補(bǔ)技術(shù)來延長使用壽命，因此濕式噴補(bǔ)機(jī)能成為廣泛應(yīng)用于各種物體施工的通用設(shè)備。

關(guān)鍵詞：耐火材料 施工技術(shù)

1 不定形耐火材料澆注施工技術(shù)

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(jìn)行半天左右的自然養(yǎng)護(hù)。接著，安裝框架和混合攪拌機(jī)，在澆注耐材之后，為使整個縫隙填充均勻，用棒式振搗器進(jìn)行助振。再經(jīng)半天左右的自然養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行脫模，然后對渣線部位進(jìn)行耐火磚的砌筑施工。

1.2 澆注材質(zhì)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(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。一般認(rèn)為Al2O3－MgO質(zhì)耐火材料能滿足上述條件要求。Al2O3－MgO質(zhì)耐火材料中的MgO量在7－28％范圍時，會形成組織致密、穩(wěn)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(zhì)作澆注料。另外，即使在長施工體的厚度較?。ㄗ畋?0mm）的情況下，為確保澆注料的流動性，因此規(guī)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(fā)生爆裂的措施。

1.3 實際應(yīng)用的結(jié)果 對15t鋼包包壁最上部的熔損速度進(jìn)行了調(diào)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(bǔ)周期（大約40爐鋼水）是在磚的熔損達(dá)16mm左右時才進(jìn)行的，因而不會對鋼包壽命產(chǎn)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(jìn)行若干清理后，只要工作面沒有全部熔損，就可以進(jìn)行接長修補(bǔ)，由此能減少新噴補(bǔ)施工時耐火材料的使用量和減少鋼包產(chǎn)生的廢磚達(dá)30％左右。

2 濕式噴補(bǔ)施工技術(shù)

2.1 改進(jìn)施工方法 為解決上述問題，最近以煉鋼廠為主引進(jìn)了正在不斷被推廣的濕式噴補(bǔ)施工技術(shù)。噴補(bǔ)操作程序如下。首先，用混合機(jī)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(bǔ)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(bǔ)料混合后噴補(bǔ)在施工體上。與以往的澆注施工相比，濕式噴補(bǔ)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(jìn)行任意厚度的施工。②由于添加固化劑，縮短了固化養(yǎng)護(hù)時間，因此能進(jìn)行連續(xù)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(fā)生的熔化損失均勻，并可應(yīng)付緊急情況。即可以說噴補(bǔ)施工法就是利用不定形耐火材料的特性來彌補(bǔ)澆注施工缺陷的施工方法。

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

2.2.1 提高壓力輸送性能 為使?jié)袷絿娧a(bǔ)材料能在壓力下從內(nèi)徑Ф38mm的管道和噴嘴通過，因此事先對各種噴補(bǔ)料在噴嘴內(nèi)的流動性進(jìn)行了確認(rèn)試驗。如果直接采用象澆注料那樣的粒度，就會發(fā)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(jù)上述試驗結(jié)果可知，采用表1的試料C和D時，不會發(fā)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(chǔ)，通過高頻爐的侵蝕試驗，調(diào)查了通過增加MgO量來提高抗腐蝕性能的效果。結(jié)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(bǔ)抗腐蝕性能的惡化。

2.3 提高抗爆裂性能 采用上述材質(zhì)對15t鋼包和25t鋼包的包底及包壁進(jìn)行濕式噴補(bǔ)施工后，在預(yù)熱1小時左右時噴補(bǔ)料會頻繁發(fā)生爆裂故障，爆裂寬度大約30-50mm。作為防止發(fā)生爆裂的措施，由于當(dāng)初采取的是添加有機(jī)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(jìn)行了研究。

2.3.1 爆裂發(fā)生的機(jī)理 采用一般干燥曲線模型對干燥中耐火材料內(nèi)部的溫度和水蒸氣壓力的變化進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明，干燥過程中施工體內(nèi)部存在3個區(qū)域，一是靠近加熱面含水率為0的干燥區(qū)域；二是水分迅速蒸發(fā)的蒸發(fā)區(qū)域；三是在蒸發(fā)區(qū)域產(chǎn)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(jié)現(xiàn)象的凝結(jié)區(qū)域。干燥時的爆裂只有在蒸發(fā)區(qū)域滿足了下列條件時才會發(fā)生。

2.3.2 改進(jìn)干燥方法 對實際干燥中各部位溫度變化進(jìn)行實測，摸索出了最佳干燥條件。結(jié)果，根據(jù)以上噴嘴耐火材料的表面溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)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(yǎng)護(hù)強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）低，因此無法確保材料具有耐蒸氣壓的強(qiáng)度，故頻繁發(fā)生爆裂。作為其措施是采取預(yù)熱干燥的辦法，即筑爐后在鋼包內(nèi)對發(fā)熱體進(jìn)行燃燒，但這種干燥條件有待進(jìn)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(bǔ)材料后的熔損速度表明，采用噴補(bǔ)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(jié)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(qū)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(yán)重的部位，由此可知采用噴補(bǔ)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(bǔ)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(nèi)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(shù)比較結(jié)果表明，以一座鋼包的筑爐操作天數(shù)為例，采用澆注施工時，由于能連續(xù)接長修補(bǔ)，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(bǔ)施工時，由于添加了固化劑，節(jié)省了養(yǎng)護(hù)時間，因此可縮短工期40％。成本的比較結(jié)果表明，與澆注料相比，噴補(bǔ)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(jié)約成本28％左右，比澆注材料的節(jié)約14％。今后如果能將不定形化的噴補(bǔ)技術(shù)應(yīng)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。可以認(rèn)為這是一種非常理想的施工技術(shù)。

5 小結(jié)

15t鋼包包底和包壁采用濕式噴補(bǔ)施工的結(jié)果表明，不論是施工效率，還是成本，都優(yōu)于澆注施工法。為實現(xiàn)將來中間包等也能采用不定形化技術(shù)和出鋼槽采用噴補(bǔ)修補(bǔ)技術(shù)來延長使用壽命，因此期待著這種濕式噴補(bǔ)機(jī)能成為廣泛應(yīng)用于各種物體施工的通用設(shè)備，從而進(jìn)一步降低耐火材料成本。