轉爐大面修補料性能改進試驗

劉 杰，王長寶

（1萊蕪鋼鐵集團 泰東實業有限公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份萊蕪分公司 技術中心，山東 萊蕪271105）

轉爐大面修補料性能改進試驗

劉 杰1，王長寶2

（1萊蕪鋼鐵集團 泰東實業有限公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份萊蕪分公司 技術中心，山東 萊蕪271105）

針對轉爐大面修補料使用壽命短、燒結時間長等問題，加入鋁粉作為助燃劑、鐵鱗作為促燒劑，并引入促流劑，研究了新型結合體系對材料性能的影響。結果表明：Al粉的引入可明顯提高材料強度，但同時導致材料流動性降低，加入量為1%時，材料綜合性能最好；鐵鱗起到了促燒作用，加入量以1%為宜；促流劑B可明顯提高材料的流動性，加入量為2%。改進后的修補料使用壽命提高兩倍。

轉爐大面修補料；Al粉；鐵鱗；促流劑；壽命

1 前言

轉爐大面修補料是不定型耐火材料中的重要品種，對延長轉爐使用壽命、提高轉爐冶煉效率及降低耐火材料消耗有著重要意義，受到國內外的普遍重視。萊鋼轉爐大面修補料使用效果不太理想，中期爐齡約1周修補1次；到爐齡中后期，修補更加頻繁，需要每天修補1次甚至幾次。其次是燒結時間45 min以上，影響生產節奏，同時，由于大量耐火材料進入鋼液污染了鋼水。因此，為改進大面料性能，提高補爐效果，本研究加入鋁粉作為助燃劑、鐵鱗作為促燒劑，并引入促流劑，探討了新型體系對材料性能的影響。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

試驗所用主要原料為電熔鎂砂顆粒和細粉、中溫煤瀝青。原料化學成分見表1、表2。

表1 電熔鎂砂化學成分（質量分數）

表2 中溫煤瀝青性能指標（質量分數）

2.2 試樣制備及性能檢測

試驗中鎂砂作為基本原料比例95%保持不變。其中粒徑10～5 mm比例25%，5～1 mm 30%，1～0 mm 15%，＜0.088 mm 25%。加入不同的鋁粉、鐵鱗、促流劑、添加劑等，配比及試樣編號見表3。修補料中骨料和細粉的比例均為55∶40，按一定級配將料在攪拌機中混合均勻，分別將被測試樣制成Φ50 mm×50 mm的試樣，經110℃×24 h烘干，再分別于1 100℃×3 h和1 600℃×3 h燒成，按照國家標準要求進行各項物理性能檢測。

表3 除鎂砂外的試驗配比 %

1.3 流動性的測定

將混合料在30 MPa的壓力下壓制成Φ50 mm×50 mm的試樣，將試樣置于加熱到1 000℃的電爐內，保持到發煙結束。然后將試樣取出，用圖1所示方法測定試樣流動變形后的厚度和直徑，用厚度指數（a’/a）和流動指數（b’/b）來評價高溫流動性。

圖1 厚度指數和流動指數的測定

3 結果與分析

3.1 鋁粉加入量對材料性能的影響

鋁粉加入量對材料性能的影響見圖2。

1）Al粉的引進使材料內部生成了新的礦相，增加了試樣的體積密度。但當Al含量過多時，鋁粉600℃以上開始燃燒形成Al2O3，新的礦相將試樣中的氣孔堵塞，使瀝青、樹脂、添加劑燃燒產生的氣體無法完全排出，從而降低了材料的體積密度。并且鋁熱劑量太大時，由于燃燒溫度太高，使材料內部熔化相太多，也對材料的體積密度產生影響。

圖2 Al粉加入量對材料性能的影響

2）隨著Al含量的增加，粘附強度越來越大。粘結強度提高的主要原因是Al的擴散氧化，在MgO顆粒周圍形成致密的Al2O3保護層，且料中的MgO與Al2O3還可以生成鎂鋁尖晶石，從而提高了材料的結合強度。同時，通過添加金屬Al粉，抑制了瀝青的氧化。材料的常溫耐壓、抗折強度也隨鋁粉加入量的增加逐漸增大。鋁粉與鎂砂反應生成新礦相，在試樣顆粒之間形成橋，促進燒結，提高了材料強度。

3）由于鋁粉燃燒放出大量的熱，促進了材料的硬化，即隨著鋁粉加入量的增加，燒結時間越來越短。但太多的熱量也會導致瀝青的快速燃燒，從而影響材料的流動性，當Al＞1%時，材料的流動性指數越來越小。

3.2 鐵鱗加入量對材料性能的影響

鐵鱗又稱氧化鐵皮、氧化皮。在鋼材加熱和軋制過程中，由于表面受到氧化而形成氧化鐵層，剝落下來的魚鱗狀物，化學成分主要為FeO和Fe2O3，其加入量對修補料性能的影響見圖3。

圖3 鐵鱗加入量對修補料性能的影響

1）隨著鐵鱗加入量的增加，試樣的體積密度逐漸增大，這是由于鐵鱗與鋁粉的鋁熱反應，使得燒結時間變短，試樣來不及鋪展就已經燒結硬化，堆積相對緊密所致。同時，由于鐵的引進，也對體積密度的增加有所貢獻。與之相反，顯氣孔率隨著鐵鱗加入量的增加而遞減。

2）試驗過程中，鋁與鐵鱗發生鋁熱反應，反應方程式為：

由于該反應放出大量的熱，加速試樣燒結，降低了試樣的燒結時間。但同時也使得瀝青快速燃燒完畢，從而對流動性產生不利影響。

3.3 促流劑加入量對材料性能的影響

本次試驗選用了3種有機物作為大面修補料的促流劑，其他原料配比都一致的情況下，A、B、C 3種促流劑分別加入2%，按同樣方法測定試樣的流動指數。3種促流劑對應的流動指數分別為A 2.8、B 3.4、C 3.1。可知B促流劑對試樣的流行性改善效果最佳；同時，價格也較便宜，無污染。因此選擇B作為大面修補材料的促流劑，其加入量對修補料燒結時間及流動性的影響見圖4。

圖4 促流劑加入量對材料燒結時間和流動性的影響

材料中添加了流動促進劑。流動促進劑與瀝青均勻融合，在高溫下降低液化瀝青黏度，達到低黏性化，促進了補爐料的流動性。同時，從微觀領域增加了修補料與基底的結合面積，增強了修補料與爐襯的結合，所以隨著促流劑的增多，試樣的粘附強度也逐漸增高。但超過適當的添加量時，瀝青濃度太低，導致不能充分產生碳結合，所以會降低結合強度。

4 結語

隨著Al粉加入量的增加，材料強度逐漸增強，燒結時間變短，但影響材料流動性，綜合考慮，Al粉加入量應為1%；鐵鱗起到了促燒作用，加入量為1%；促流劑B可明顯提高材料的流動性，加入量為2%。2017年3月，在萊鋼型鋼煉鋼廠對新型大面修補料進行了現場工業試驗。施工過程中修補料流動性良好，能自動鋪展到轉爐爐面上，且粘附性良好。燒結時間短，35 min之后，火苗完全熄滅，說明材料已燒結。新型修補料使用性能良好，抗侵蝕性強。與原修補料相比，燒結時間縮短10 min左右，同時新型修補料噴補1次使用壽命同比提高兩倍。

Property Improvement of 120 t Converter Patching Refractory in Laiwu Steel

LIU Jie1，WANG Changbao2
（1 Taidong Industries Co.，Ltd.，Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104，China;2 The Technology Center of Laiwa Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271105，China）

TF748.2；TQ175.7

A

1004-4620（2017）05-0045-02

2017-05-16

劉杰，男，1981年生，2005年畢業于吉林大學無機非金屬材料學專業。現為萊鋼泰東實業有限公司新興液氣有限公司副經理，工程師，從事耐火材料工作。

patching refractory for large face of converter;Al powder;iron scale;running formulation;lifetime