為什么說這6種原料可以提高轉爐煉鋼噴槍耐火澆注料性能及強度
氧槍是轉爐煉鋼供氧系統中的關鍵設備。氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成,內層鋼管是氧氣的通道,由于氧槍在吹煉時處于高溫下工作,需要對氧槍通高壓水進行冷卻,內層管和中層管之間的環縫是進水的通道,中層管與外層管之間的環縫是出水通道。
噴頭位于槍身的端部,是很 為重要的構件,設計合理的噴頭能夠正確合理地供氧,使熔池攪拌良好,能夠快速化渣和強化元素的氧化。噴頭一般為紫銅制成。早期的氧槍噴頭多采用單孔的拉瓦爾型噴頭,目前已普遍采用多孔的噴頭。300t轉爐采用5孔頭,噴頭形狀為拉瓦爾管,由收縮段、喉口和擴張段組成。高壓氧氣流過拉瓦爾管時,噴孔可將氧氣的壓力轉變為動能,在喉口處流速達到聲速,在擴張段,氧氣的壓力能繼續轉化為動能,使氧氣流速超過聲速,從而獲得超聲速氣流。
轉爐氧槍在使用過程受到高溫煙氣的沖刷和磨損,同時在吹煉和濺渣護爐的過程中還要承受高溫煙氣和爐渣的侵蝕;冶煉結束后,在大氣中冷卻,還會承受溫度的急劇變化,受到熱震的強烈沖擊,因此轉爐氧槍用耐火材料需具有良好的抗熱震性,良好的抗爐渣、鐵的沖刷和侵蝕的能力;在施工過程中,由于轉爐氧槍的槍體較長,在澆注過程中所用的耐火材料需具有良好的流動性。目前使用的耐火材料主要是鋁硅質鋼纖維澆注料。
轉爐噴槍耐火材料的研究表明:
①加入純鋁酸鈣水泥可使澆注料具有較高的強度,但純鋁酸鈣水泥加入量過多將帶入較多的CaO,從而降低澆注料的高溫性能;因此,在保證一定的常溫強度和施工性能的條件下,應盡量減少其加入量,以提高澆注料的高溫性能;其加入量以5%為宜。
②在澆注料中加入一定量的硅灰,對于降低加水量、提高水泥水化結合強度、降低澆注料氣孔率、提高其中溫強度貢獻很大;同時,由于硅灰的主要成分是 SiO2,且雜質含量較多,當其加入量過高時易降低澆注料的高溫性能。硅灰加入量以3%為宜。
③α-Al2O3微粉對澆注料具有調整體積穩定性的作用,一方面由于其粒度較細,能填充到澆注料較大顆粒之間的間隙中,從而使得澆注料氣孔率降低,常溫強度增加,另一方面由于其具有較高的反應活性,可以促進和SiO2的反應,生成莫來石,對提高澆注料的強度和抗熱震性很有好處;隨著α-Al2O3微粉加入量增大,澆注料氣孔率有所降低,中溫強度增加,流動性*改善,但其加入量過大時,澆注料的流動性反而降低,其加入量以6%~8%為宜。
④由于噴槍壁薄,使用時溫度波動較大,槍體機械震動劇烈,因此槍體的高溫體積穩定性非常重要,為盡量減少鋼管內芯的熱膨脹與澆注料的差異,需使噴槍澆注料在中、高溫條件下具有一定的膨脹。藍晶石粉可以在低于1350℃下發生轉化反應產生較小體積膨脹,析出的SiO2又可與材料中的α-Al2O3反應生成莫來石,這樣也有助于結合。 如果在液相范圍內產生膨脹,那么膨脹會引起液體的移動,澆注料的許多空隙可能被液體填充。所以莫來石的生成不僅能夠提高澆注料的結構強度,改善燒后線變化,而且還能部分消除澆注料在高溫和冷卻過程中產生的收縮裂縫,從而提高澆注料的使用壽命,所以,在細粉中應添加適量的藍晶石粉。但其加入量過大時,導致澆注料剝落,故其加入量以 10%左右為宜。
⑤添加不銹鋼纖維可以有效防止澆注料開裂,即使有裂紋產生,纖維的撓性也能阻止裂紋的擴展,提高澆注料的抗熱震性。同時能夠增強澆注料的常溫、中溫強度, 但當溫度超過1100℃時,鋼纖維的作用不明顯,當鋼纖維加入量超過3%時,澆注料的強度不再增強,甚至有所降低,因此,鋼纖維的加入量以1%~3%為宜。
⑥要提高澆注料的強度,應降低加水量,在澆注料中引入一定量的減水劑時,減水劑溶于水后能吸附于分散相(固體微粒子或膠體粒子)表面,提高溶液中粒子表面的ζ電位(動電電位),或形成空間限制效應(空間位阻),增大粒子間的排斥力,結果會使由分散粒子組成的凝集結構中包裹的游離水釋放出來,從而在粒子間起潤滑作用和分散粒子的作用。
分散劑的作用有:
(1)降低澆注料拌合用水量,降低制品或砌體的氣孔率,提高體積密度;(2)降低水泥用量,有利于提高澆注料純度;(3)改善澆注料流變性,易于施工,提高施工效率;(4)可配制流態澆注料,以實現管道輸送新拌澆注料;(5)可實現澆注料的自流平、自密實作用;(6)可配制高密度、高強度澆注料。研究表明減水劑的加入量在0.5%左右較好。
轉爐氧槍在使用過程中主要發生結瘤損毀。主要是由于吹煉過程中爐渣化得不好或槍位過低等,爐渣發生“返干”現象,金屬噴濺嚴重并黏結在氧槍上。氧槍的槍位指氧槍的噴頭到靜止金屬熔池液面的距離,在吹煉過程中氧槍通常在三種槍位下進行操作。化渣槍位(高槍位):用于促使石灰融化和成渣,提高爐渣的氧化性;基本吹煉槍位:正常的吹煉槍位,向金屬熔池內供氧,使鐵水中的元素氧化,并兼顧熔池的攪拌;拉碳槍位(低槍位):在吹煉的后期,低槍位操作以進一步脫碳,加強熔池攪拌,均勻金屬液的成分和溫度,降低渣中的FeO和鋼中氣體的含量。氧槍槍位過高或過低,均容易造成金屬噴濺,飛濺起來的金屬夾雜爐渣粘在氧槍上造成氧槍結瘤。另外,噴嘴結構不合理、工作氧壓高等對氧槍結瘤也有一定的影響。寶鋼300t轉爐的化潼槍位為2. 3~2. 5m,基本槍位為2. 0m, 拉碳槍位為1.8m左右。
實際生產中,由于原材料條件變化較大,操作人員沒有及時根據情況做出相應的調整;或者操作人員沒有精心操作或操作不熟練,操作經驗不足,往往都會使冶煉前期爐渣化得太遲,或者過程爐渣未化透,甚至在冶煉中期發生爐渣嚴重“返干”現象,這時繼續吹煉會造成嚴重的金屬噴濺,使氧槍結瘤。
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