鋼包吹氬工藝是爐外精煉技術(shù)中的一個重要組成部分，鋼包透氣磚作為一種功能型耐火材料在煉鋼吹氬工藝過程中起著決定性作用。在實際使用中，鋼包透氣磚和包底磚直接接觸砌筑于包底。透氣磚座磚一般為剛玉質(zhì)，而包底磚一般采用含碳材料。由于二者的熱膨脹系數(shù)相差較大，高溫下產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致透氣磚座磚在鋼包周轉(zhuǎn)使用過程中產(chǎn)生裂紋，易于剝落、掉塊，進(jìn)而導(dǎo)致透氣芯失去座磚的有效保護(hù)，受到高溫鋼液的浸潤和沖刷，導(dǎo)致吹通率降低，侵蝕速率增大，影響透氣磚的使用壽命。為解決這個問題，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在透氣磚砌筑時采取在透氣磚座磚和包底磚之間增加填縫材料的方法。本鋼煉鋼廠目前使用一種剛玉搗打料作為鋼包透氣磚填縫材料，并在實際應(yīng)用中取得了良好的使用效果。
剛玉搗打料的生產(chǎn)
1.1原料選擇
采用粒度為5mm?3mm、3mm?1mm的棕剛玉和1mm?0mm、≤0.074mm的白剛玉作為剛玉搗打料的主要原料，并引入少量粒度≤0.088mm的碳化硅細(xì)粉，以增強(qiáng)材料的熱震穩(wěn)定性。采用無機(jī)聚磷酸鹽類作為結(jié)合劑，加入部分燒結(jié)劑促進(jìn)燒結(jié)性能，加入少量外加劑改善搗打料的施工性能。
1.2生產(chǎn)方案
根據(jù)生產(chǎn)配方準(zhǔn)備各種原料，配方組成包括顆粒料和共磨粉，其中：粒度>1mm的顆粒原料比例為60%?64%，粒度≤1mm的原料作為共磨粉，所占比例為36%?40%。共磨粉中結(jié)合劑所占比例為12%?16%，燒結(jié)劑為6%?8%，外加劑為2%?4%。實際生產(chǎn)時先將粒度≤1mm的顆粒料以及結(jié)合劑、燒結(jié)劑和外加劑等按比例加入到球磨機(jī)中磨制15min，制成共磨粉備用。然后再將顆粒料和共磨粉加入到攪拌機(jī)中進(jìn)行混合，攪拌均勻后，裝袋待用。現(xiàn)場施工時，剛玉搗打料只需加入潔凈的自來水即可使用，加水量為45%?5.5%，現(xiàn)場加水量根據(jù)搗打施工要求可以適當(dāng)增減。
1.3 性能檢測
按照生產(chǎn)配方配制剛玉搗打料，加入潔凈的自來水。然后用壓力試驗機(jī)按照300MPa的壓力制成25mm×25mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，分別檢測樣塊的體積密度、線變化率、常溫抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度以及1400℃的高溫抗折強(qiáng)度等。
剛玉搗打料的應(yīng)用
2.1現(xiàn)場施工
剛玉搗打料的現(xiàn)場施工可以按照以下步驟進(jìn)行：首先對透氣磚進(jìn)行正確定位。施工包底材料時，在透氣磚座磚與包底磚之間預(yù)留60mm?80mm的縫隙作為填縫區(qū)域。包底材料施工完畢后，將搗打料倒入攪拌機(jī)，加入潔凈的自來水，開始攪拌。加水量以搗打料在攪拌過程中不形成球形料塊，用手能握成團(tuán)狀而不散開為標(biāo)準(zhǔn)。攪拌5min后，判斷搗打料是否混合均勻，然后吊入鋼包開始施工。
首先，將預(yù)留填縫區(qū)域中雜物清理干凈，添加約1/3高度的剛玉搗打料，用風(fēng)鎬用力均勻搗實，然后再添加搗打料至1/2的高度繼續(xù)搗實。搗打過程和加料過程同時進(jìn)行，如此反復(fù)添加并進(jìn)行轉(zhuǎn)圈搗打4層以上，表面搗打結(jié)實即可。搗打每層料時應(yīng)將下層搗打料表面劃出寬3mm,深10mm?20mm的劃痕，每邊劃4道，以保證每層搗打料之間結(jié)合緊密。搗打過程一定要連續(xù)進(jìn)行，每次搗打時間控制在10min。搗打結(jié)束后，將透氣磚座磚周邊與包底磚的結(jié)合面搗打成坡面。施工結(jié)束后，按照鋼包正常工藝進(jìn)行烘烤即可上線使用。
2.2現(xiàn)場應(yīng)用
該種剛玉搗打料在本鋼煉鋼廠180t鋼包上進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。試驗中選擇了10個鋼包，主要記錄使用剛玉搗打料后透氣磚的吹通率和使用壽命，同時記錄了同條件下沒有使用剛玉搗打料填縫的透氣磚的使用情況。試驗結(jié)果見表3,表中數(shù)據(jù)為統(tǒng)計數(shù)據(jù)的平均值。
表3 剛玉搗打料的現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果
由表3可以看出，使用剛玉搗打料填縫后，鋼包透氣磚的吹通率和使用壽命均有較大提高。透氣磚吹通率從84.0%提高到99.0%，透氣磚使用壽命提高了16.8%。使用剛玉搗打料對透氣磚的使用性能有較大的改善作用。
可以認(rèn)為，剛玉搗打料在使用過程中對透氣磚起到有效地保護(hù)作用，消除了包底磚熱膨脹對透氣磚產(chǎn)生的剪切應(yīng)力影響。具體來講，由于透氣磚和包底磚的性能差異，導(dǎo)致它們在使用性能上有較大不同。為了保證吹入氬氣流量的穩(wěn)定性，要求高溫下透氣磚熱膨脹系數(shù)非常低，一般不超過0.05%。而包底磚的熱膨脹系數(shù)一般在1%?2%，要求其使用時產(chǎn)生一定的膨脹提高包底的整體性，進(jìn)而提高包底的整體使用壽命。在高溫下由于包底磚的膨脹作用，對透氣磚產(chǎn)生較大的擠壓，產(chǎn)生相當(dāng)大的橫向剪切應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致透氣磚座磚斷裂，座磚在使用時易于剝落、掉塊，導(dǎo)致透氣磚芯斷裂產(chǎn)生漏氣、返氣現(xiàn)象，進(jìn)而影響透氣磚的使用。采用剛玉搗打料進(jìn)行填縫措施，在透氣磚和包底磚之間增加一個緩沖層，避免了二者直接接觸，消除了透氣磚和包底磚之間的剪切應(yīng)力，可以緩解并解決此問題。
另外，使用剛玉搗打料后，在鋼包更換透氣磚時，只需拆除搗打料即可取出用后殘余透氣磚，而不破壞包底的整體結(jié)構(gòu)，從而降低了施工難度，提高了施工效率。
影響剛玉搗打料使用的因素分析
3.1原料及配比的影響
首先，選擇搗打料原料顆粒的臨界粒度應(yīng)不大于5mm，而且骨料不宜過多，否則不易搗打密實。而粉料太多會影響材料的高溫強(qiáng)度，材料的燒后線變化大，導(dǎo)致?lián)v打料位置滲鋼。因此搗打料骨料和粉料的比例應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，使材料形成以骨料為主體，粉料和細(xì)骨料填充骨料間隙的最緊密堆積，提高材料的密度和高溫強(qiáng)度，并且控制材料的高溫線變化率。
其次，選擇原料時要對不同品種的原料進(jìn)行合理配比。如果搗打料選用材料的耐火度較低，低熔點(diǎn)物較多，材料過早燒結(jié)，使得搗打料的抗侵蝕和抗沖刷能力大大降低。在使用中表現(xiàn)為使用幾爐后，搗打料明顯低于透氣磚座磚和包底磚，使座磚暴露在鋼水中，導(dǎo)致其橫斷或掉塊。因此搗打料的骨料和粉料均以白剛玉為主。另外還需加入少量燒結(jié)劑和SiC等原料，這樣才能保證剛玉搗打料在使用時進(jìn)行合理燒結(jié)，并保證有良好的熱震穩(wěn)定性。
3.2 現(xiàn)場施工因素的影響
現(xiàn)場施工對剛玉搗打料的使用影響因素很多，概括起來主要有以下幾個方面：首先是包底磚的砌筑。如果包底磚磚縫過大，搗打料難以搗打密實，體積密度降低，導(dǎo)致烘后強(qiáng)度不高，包底材料的整體性不好;其次，鋼包砌筑時，座磚周邊預(yù)留的填縫區(qū)域內(nèi)會殘留一些包底磚火泥或者包底找平用的鎂砂等。搗打施工時，如果這些材料清理不徹底，搗打料與包底永久層或者與包底磚結(jié)合不緊密，甚至出現(xiàn)松動和剝落;另外，搗打時風(fēng)錘壓力不足，施工時一次加料太多，搗打次數(shù)不夠，導(dǎo)致?lián)v打料不密實。以上這些因素都會導(dǎo)致?lián)v打料與座磚或者包底磚之間出現(xiàn)縫隙，在使用過程中鋼水滲入，加快了材料的侵蝕速率，造成搗打料比座磚侵蝕快，導(dǎo)致座磚橫斷或掉塊。
3.3 現(xiàn)場應(yīng)用條件的影響
如果煉鋼工藝的連續(xù)性較差，導(dǎo)致鋼水在鋼包內(nèi)放置時間延長。為了保證透氣磚的吹通率采取間斷性吹氬，增加了搗打料與鋼液的接觸時間，導(dǎo)致?lián)v打料侵蝕加快。另外，如果鋼包內(nèi)殘余鋼渣過多時，需要對透氣磚磚芯進(jìn)行燒氧清掃操作時，有可能會吹掃到透氣磚座磚或搗打料，造成材料局部侵蝕加快，甚至導(dǎo)致局部掉塊，影響搗打料使用效果。最后，如果鋼包烘烤制度不合理，也會導(dǎo)致?lián)v打料在烘烤和使用過程中出現(xiàn)裂紋甚至掉塊。以上條件都會導(dǎo)致剛玉搗打料在現(xiàn)場使用時過早失去了對鋼包透氣磚的有效保護(hù)，縮短透氣磚的使用壽命。因此應(yīng)根據(jù)實際情況采取有效的預(yù)防措施進(jìn)行及時處理。例如，改善煉鋼工藝，增加工藝過程的連續(xù)性;規(guī)范燒氧清掃作業(yè)，減少對搗打料的侵蝕等等。
結(jié)? 論
1)采用臨界粒度應(yīng)不大于5mm的白剛玉和棕剛玉為主要原料，添加部分外加劑，并按照合理的生產(chǎn)方案生產(chǎn)出滿足現(xiàn)場應(yīng)用的剛玉搗打料。
2)在現(xiàn)場應(yīng)用時必須嚴(yán)格遵照剛玉搗打料施工工藝的要求，并根據(jù)不同現(xiàn)場實際應(yīng)用條件采取措施進(jìn)行及時處理，才能保證剛玉搗打料在使用過程中對鋼包透氣磚的有效保護(hù)作用。
3)剛玉搗打料作為鋼包透氣磚填縫用耐火材料在現(xiàn)場實際應(yīng)用中取得了良好的效果：可以提高透氣磚吹通率和使用壽命，大大改善了透氣磚的使用性能。在鋼包更換透氣磚時，降低施工難度，提高工作效率，有效地保證了煉鋼廠生產(chǎn)的順行。
