董戰(zhàn)春 鄧樂銳 秦文鵬 魏朝生 徐吉龍

（北京聯(lián)合榮大工程材料股份有限公司 北京 懷柔 101400）

摘  要： 本文介紹了一種可對轉(zhuǎn)爐出鋼口更換后出鋼口管磚與座磚間隙進(jìn)行定向填充的澆注修補(bǔ)技術(shù)。該技術(shù)為一整套澆注填充修補(bǔ)裝置及材料工藝，用以實(shí)現(xiàn)鎂質(zhì)自流澆注料的全流程的攪拌、輸送和灌注，能夠解決傳統(tǒng)干法噴補(bǔ)料加水量過多（最高達(dá)到30%）和鎂鉻質(zhì)澆注料高溫惡劣環(huán)境人工難以精細(xì)施工等難題，使自流料迅速、準(zhǔn)確流入出鋼口管磚與座磚間隙內(nèi)，且分布均勻、充分填實(shí)，具有結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)性能好、抗防爆性能高、燒結(jié)完全等特性，使出鋼口管磚實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)使用壽命，并使現(xiàn)場施工操作向簡便化、設(shè)備化和安全化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；出鋼口；修補(bǔ)；鎂質(zhì)；自流料

1  前言

轉(zhuǎn)爐爐襯中，出鋼口作為鋼水由轉(zhuǎn)爐進(jìn)入鋼包的必經(jīng)通道，由于頻繁受到高溫鋼水沖刷、熔渣損蝕和機(jī)械應(yīng)力破壞等作用，其工況條件相當(dāng)惡劣。在使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)出鋼口內(nèi)徑擴(kuò)張速率過快的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼流增大出鋼時(shí)間縮短，轉(zhuǎn)爐為維護(hù)正常冶煉節(jié)奏，就需要熱修更換管磚。出鋼口壽命低下和熱修次數(shù)的增加，不僅影響生產(chǎn)節(jié)奏，更是直接影響到鋼水質(zhì)量，給精煉和連鑄等工藝增加額外的冶煉成本。因此，延長出鋼口的使用壽命就引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐出鋼口更換常用的填充修補(bǔ)料主要有傳統(tǒng)干法噴補(bǔ)料和鎂鉻質(zhì)澆注料等，且鎂鉻質(zhì)澆注料也由原來的傳統(tǒng)水泥結(jié)合逐漸發(fā)展至超低水泥甚至無水泥結(jié)合，與超微粉技術(shù)和分散劑技術(shù)的發(fā)展相對應(yīng)，出鋼口填充修補(bǔ)用澆注料也正在向低加水量及高自流性方向發(fā)展。

2  技術(shù)開發(fā)

2.1  傳統(tǒng)修補(bǔ)方法存在的問題

傳統(tǒng)干法噴補(bǔ)料用于轉(zhuǎn)爐出鋼口填充修補(bǔ)，具有施工簡單靈活等特點(diǎn)，現(xiàn)場施工配備壓力噴補(bǔ)罐使用，可提前做上料準(zhǔn)備，施工時(shí)采用槍頭加水，材料流動性好、揮發(fā)份少、硬化時(shí)間較短。但由于低熔點(diǎn)無機(jī)鹽的加入、加水量的不確定性、粒度偏細(xì)抗剝落性差等問題，導(dǎo)致材料與水拌和時(shí)間短、不均勻、材料結(jié)構(gòu)疏松產(chǎn)生氣隙與低強(qiáng)度，致使出鋼口壽命難以提高從而不能滿足轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏生產(chǎn)的要求。因此，目前現(xiàn)場更多的采用鎂鉻質(zhì)澆注料，以減緩出鋼口的損毀速度。但由于轉(zhuǎn)爐熱補(bǔ)施工條件的限制，該料需要在現(xiàn)場采用人工使用鐵鍬進(jìn)行攪拌，然后用小推車推至爐后，再使用人工翻料方式將澆注料投入爐內(nèi)，受制于現(xiàn)場爐襯高溫的影響及遠(yuǎn)距離投擲施工帶來的不準(zhǔn)確性，致使?jié)沧⒘蠠o法完全準(zhǔn)確的進(jìn)入出鋼口管磚與座磚間隙內(nèi)，現(xiàn)場需要采用自來水管沖水刷料協(xié)助，這樣操作既對熾熱磚襯造成隱性損害，又由于自來水沖刷混入的影響，導(dǎo)致材料出現(xiàn)不耐高溫爐渣侵蝕、強(qiáng)度低、使用壽命短等問題，同時(shí)材料中因含有的一定量的氧化鉻，嚴(yán)重污染現(xiàn)場車間環(huán)境，并對施工人員健康產(chǎn)生很惡劣的影響。具體情況可見圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)修補(bǔ)方法現(xiàn)場施工實(shí)例

2.2  澆注修補(bǔ)技術(shù)工藝的確定

確定出鋼口填充澆注修補(bǔ)技術(shù)配套工藝，選擇并通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確認(rèn)最佳的耐火材料基材體系和外加劑的精確配比加量，同時(shí)設(shè)計(jì)制作專用的配套澆注裝置，以改進(jìn)填充料施工方式，使鎂質(zhì)澆注料能夠通過熱環(huán)境自流并順利進(jìn)入出鋼口管磚與座磚間隙內(nèi)，具有材料能夠充分填實(shí)、粒度分布均勻、燒結(jié)結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)性能好、抗防爆性能高等特性，工藝示意如圖2所示。

圖2 澆注修補(bǔ)技術(shù)工藝示意

2.3  澆注修補(bǔ)技術(shù)工藝的實(shí)現(xiàn)

結(jié)合轉(zhuǎn)爐出鋼口應(yīng)用實(shí)際工況需要，轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)的開發(fā)主要由鎂質(zhì)自流澆注料和配套澆注裝置兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。

2.3.1  鎂質(zhì)自流澆注料

選擇并通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)最終確定環(huán)保型鎂質(zhì)自流澆注料最佳的耐火基材體系、完成顆粒級配的研究、結(jié)合劑及減水劑的實(shí)驗(yàn)室篩選等各項(xiàng)研發(fā)工作，并以此確定形成了澆注料的綜合整體方案，通過實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果顯示，該材料能夠滿足出鋼口填充澆注修補(bǔ)技術(shù)的需要，具體檢測結(jié)果見表1。

表1 鎂質(zhì)自流澆注料指標(biāo)檢測結(jié)果

 因考慮到轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏緊張，出鋼口管磚更換安排經(jīng)常有臨時(shí)變化調(diào)整，因此在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了澆注料的可施工使用時(shí)間。試驗(yàn)按5.4%的液體加量充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，檢測1分鐘流動度，并記錄攪拌時(shí)間，攪拌料放置于實(shí)驗(yàn)臺上等待0.5小時(shí)后，再繼續(xù)攪拌并檢測1分鐘流動度，再放置于實(shí)驗(yàn)臺上并等待0.5小時(shí)，如此反復(fù)循環(huán)，直至3小時(shí)為止，試驗(yàn)記錄具體如圖3所示。

圖3 鎂質(zhì)自流料3h內(nèi)流動性隨時(shí)間變化情況

從試驗(yàn)檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鎂質(zhì)自流料在3小時(shí)內(nèi)具有足夠穩(wěn)定的可施工作業(yè)性，能夠滿足隨時(shí)變化的轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場應(yīng)用需要。

2.3.2  制作專用的配套澆注裝置

為實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)，設(shè)計(jì)并制造專用的配套澆注裝置，使之能夠滿足出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)工藝要求。且該裝置具備快速行走系統(tǒng)以提高施工效率、管道冷卻循環(huán)系統(tǒng)以耐爐內(nèi)高溫炙烤、電氣設(shè)備的穩(wěn)定化以實(shí)現(xiàn)施工全程無障礙，具體情況見圖4所示。

 圖4 專用的出鋼口澆注修補(bǔ)配套裝置

3  工業(yè)應(yīng)用

3.1  情況簡介

轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)在國內(nèi)多家鋼廠的大、中、小型轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，主要與現(xiàn)場一直在用的傳統(tǒng)干法噴補(bǔ)工藝或人工鐵鍬投料施工工藝做同條件全面性能對比，具體試驗(yàn)施工情況如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)工業(yè)應(yīng)用情況

3.2  應(yīng)用效果

對轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)在國內(nèi)某鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場的應(yīng)用情況做分析對比，現(xiàn)場在應(yīng)用前對采用本技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)的出鋼口進(jìn)行編號（按施工順序分別變?yōu)?－7#）跟蹤。跟蹤120噸轉(zhuǎn)爐1－7#出鋼口的出鋼時(shí)間和使用情況，具體情況可見表2。

表2 跟蹤統(tǒng)計(jì)1－7#出鋼口現(xiàn)場應(yīng)用情況

結(jié)果分析可知，采用轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)以后，極大程度上縮短了120噸轉(zhuǎn)爐的出鋼時(shí)間，降低了修補(bǔ)料的消耗數(shù)量，提高了出鋼口的使用壽命，轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)使用前、后相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)具體見表3所示。

表3 120噸轉(zhuǎn)爐出鋼口階段性情況統(tǒng)計(jì)對比

由表3數(shù)據(jù)可見，與該廠之前使用的傳統(tǒng)出鋼口修補(bǔ)方法相比，采用轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)后，施工作業(yè)時(shí)間可縮短至大約15.2分鐘左右，縮短率大約為50%，極大的提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)作業(yè)率；且澆注自流料在施工和燒結(jié)過程中無材料無反彈、浪費(fèi)等情況發(fā)生，與之前使用的干法噴補(bǔ)料相比，平均單次修補(bǔ)料消耗量降低至730公斤，額外損耗降低率大約為20%；同時(shí)，平均使用壽命由原來的212.82爐次提高到平均412.57爐次，提升幅度大約為93%以上，完全達(dá)到了降本增效的預(yù)期效果。

4  結(jié)語

工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)鎂質(zhì)自流澆注料全流程的攪拌、輸送和灌注，該技術(shù)能夠解決干法噴補(bǔ)料加水量過多（最高達(dá)到30%）和鎂鉻質(zhì)澆注料高溫惡劣環(huán)境人工難以精細(xì)施工等難題，使自流料迅速、準(zhǔn)確流入間隙內(nèi)并分布均勻，有效保障出鋼口管磚與座磚間隙能夠充分填實(shí)，具有結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)性能好、抗防爆性能高、燒結(jié)快速完全等特性，使出鋼口管磚能夠?qū)崿F(xiàn)其最佳設(shè)計(jì)使用壽命。

此外，由于鎂質(zhì)自流澆注料具有加水量低（最低可至5.4%）、熱自流性高等特性，因此能夠大幅縮短修補(bǔ)施工及材料燒結(jié)時(shí)間，在國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐出鋼口更換修補(bǔ)領(lǐng)域尚屬首例。

總之，轉(zhuǎn)爐出鋼口澆注修補(bǔ)技術(shù)具有施工操作方便、無粉塵、需水量低、澆注層結(jié)構(gòu)致密、材料額外損耗少、使用壽命高等優(yōu)勢，將具有廣闊的市場前景。