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喷枪用耐火材料的类型及耐材改进方法

作者:河南耐火材料厂日期:2018-08-30阅读
    铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前采取的冶炼工艺。铁水预处理工艺始于铁水炉脱硫。铁水预处理的目的是为了在铁水进入转炉炼钢之前,去除某些有害成分或回收有益成分的处理过程。
  喷枪为铁水预处理的重要装置,在铁水预处理时,喷枪浸入铁水中,预处理剂通过喷枪以氧气、氮气为载体吹入铁水中,与铁水充分混合和反应。喷枪主要由枪杆和枪体组成,枪杆的主要作用是完成与喷吹系统的连接和喷枪的安装固定;枪体的主要作用是将预处理剂导入到熔融的铁水之中进行铁水预处理。
  喷枪所用耐火材料经历了由定形到不定形的发展过程。最初的喷枪由袖砖套装而成,即采用不同材料,不同工艺制成的袖砖,在钢管外套接起来。国外许多钢厂的钢包喷粉用喷枪,普遍采用黏土质的袖砖和枪头砖,使用一次或二次便主动淘汰以防止因喷枪中途损坏而报废整罐钢,而维苏威尤斯喷枪用的袖砖和枪头砖采用高铝质原料和鳞片石墨经等静压成型制作,砌筑时,除最上一块用定心袖砖外,其余袖砖与喷枪管之间留有间隙,以便隔热,该枪使用寿命较长.
  随着不定形耐火材料的发展,喷枪用耐火材料逐渐被浇注料整体浇注成型取代,形成一体化结构,比如,联邦德国的炉外精炼用喷枪,即采用不定形耐火材料作衬体,使用寿命为50次;而日本早期的倒T形喷枪采用高铝质可塑料捣打成型,在喷枪的渣线部位采用抗渣侵蚀性能较好的特级高铝可塑料或增加耐火材料层的厚度,或改进为莫来石、红柱石高铝质耐火浇注料整体浇注,并在渣线部位材料中添加了镁铝尖晶石改善抗渣性,此后又进一步采用有机纤维改进浇注料的抗热震性、添加耐热钢纤维提高浇注料层的结构强度;而日本另一家公司则在浇注料中添加棒状陶瓷耐火原料和耐热钢纤维,以提高脱硫喷枪浇注料的整体结合强度与抗热震性。
  我国在20世纪50年代初期开始用苏打铺撒法处理高硫铁水,但由于我国转炉炼钢起步较晚,因此直到70年代末才发展起来铁水炉外脱硫技术。我国初期多采用黏土质袖砖,其寿命仅为1~3次,从20世纪80年代中后期开始,喷枪耐材逐渐发展为浇注料整体浇注喷枪。使用不定形耐火材料制成的整体喷枪具有组织均匀、无接缝、抗热震性能好、寿命长等特点,其材质以Al203-SiO2系为主。
  目前预处理喷枪大都由金属管芯和耐火浇注料构成,管芯为普通壁厚的无缝碳素钢管,外层为高铝质不定形耐火浇注料,以震动成型的方法制成整体喷枪。要求高铝浇注料中加入4%左右的耐热钢纤维,浇注料中的A1203含量为60%~80%时材料具有较好的抗侵蚀性能和抗热震性。喷枪工作时,不同位置上的耐火材料受到不同的损伤作用, 上图给出了喷枪各部位耐火材料的损毁因素和对耐火材料的要求。表1给出了铁水预处理喷枪的工作条件。表2为某厂生产的铁水预处理脱硫喷枪的性能指标。
  在喷枪头部的喷出口周围,耐火材料受到高速气流和粉料的激烈磨损和炉渣的侵蚀作用;在铁水浸渍的中间部位,熔损作用小,主要是受到材料在使用过程中温度波动产生的龟裂和剥落造成的损伤;在渣线部位,主要受到预处理剂的侵蚀作用,其次喷枪在使用过程中,还会受到机械的震动。因此在使用过程中,要求喷枪用耐火材料必须能与喷枪结构有机结合在一起,以提高喷枪整体使用性能;必须具有足够的强度,以适应喷枪使用时由于机械振动带来的损坏;应具有优良的抗热震性,尽量减少因温度的急剧变化使喷枪枪体产生裂纹;还应具有良好的高温体积稳定性,避免因髙温受热后产生收缩裂缝、剥落;具有良好的抗侵蚀性,使浇注料能有效抵抗脱硫粉剂、熔渣等物质的侵蚀。
  在脱硫工艺操作中,喷枪边插入到铁水深处,边喷吹气体和粉料,工作一段时间后拔出。因此,喷枪首先是间歇性操作,同时,喷吹的气体搅动了铁水,而铁水的搅动使喷枪耐火材料经受高温冲刷磨损,并且喷吹时枪体振动带来机械破坏作用,加上间歇式作业产生的温度的骤然变化,使喷枪浇注料的工作条件十分苛刻,易产生穿孔、开裂、熔损、剥落等现象,进而破坏枪体的芯管结构。另外,脱硫剂对喷枪的损毁也比较严重,这些处理剂在对铁水进行处理的同时对耐火材料的损坏作用也极其严重,且大大加剧了熔渣对内衬浇注料的侵蚀,因此喷枪用耐火材料的损毁有渣和铁水的侵蚀和冲刷;反复的加热和冷却引起的热剥落和龟裂;喷枪的摇动和振动等机械作用引起的剥落。
  改进方法
  通过改善材料的基质和用抗热震性好的材料,可以显著提高材料的抗热震性和抗侵蚀性;添加耐热钢纤维,可以保持浇注料在使用过程中的整体性,减小材料使用过程中产生的内应力和结构剥落;在钢管和浇注料之间留出膨胀缝隙,可以防止浇注料和枪芯之间在使用时由于材料的性能不一致而产生的裂纹。
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