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低硅煉鐵工藝條件下鐵鉤用耐火材料的改進(jìn)及應(yīng)用
摘要:針對高爐實(shí)施低硅煉鐵工藝后因鐵水黏度低、流動性強(qiáng)致使主鐵溝部位侵蝕加快、沖刷加劇的問題，以電熔致密剛玉、電熔白剛玉粉、碳化硅、α-Al2O3微粉、β-Si3N4粉、炭素、純鋁酸鈣水泥、SiO2微粉及高效復(fù)合減水劑等制備了鐵溝澆注料，研究了15～8mm的大顆粒電熔致密剛玉的加入量(外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、15%)和β-Si3N4粉的加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%)對澆注料性能的影響。結(jié)果表明:將主溝澆注料分為外加10%(w)15～8mm的電熔致密剛玉的鐵線澆注料和引入6%(w)β-Si3N4的渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，在內(nèi)蒙某1080m3低硅煉鐵的高爐鐵溝上應(yīng)用后表明，大大改善了主鐵溝渣鐵線部位侵蝕加快、沖刷加劇的問題，一次性通鐵量由10萬t提升至15萬t。
關(guān)鍵詞:低硅煉鐵;鐵溝澆注料;氮化硅;抗沖刷;抗侵蝕
高爐進(jìn)行低硅冶煉，可以降低焦比，提高產(chǎn)量，改善生鐵品質(zhì)，從而改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[1]。鐵水硅含量的降低還可以提高鐵水流動性，減輕爐前工人勞動強(qiáng)度;同時，轉(zhuǎn)爐使用低硅鐵水進(jìn)行煉鋼生產(chǎn)，可以減少熔劑和氧氣的消耗，減少渣量，縮短吹煉時間，還可以改善脫磷的效果?？梢?，采用低硅冶煉會給煉鐵和煉鋼帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益，具有提高鐵水品質(zhì)，節(jié)能減排，簡化工序等優(yōu)點(diǎn)，但同時對煉鐵系統(tǒng)用耐火材料提出了更為苛刻的要求。
通過現(xiàn)場取樣分析，鐵渣的化學(xué)組成(w)為:CaO40.17%，SiO231.5%，Al2O316.08%，MgO9.92%，F(xiàn)e2O30.75%，TiO20.81%，S0.75%，MnO0.40%。從鐵渣XRD分析可知，渣中含有大量的鈣黃長石等低熔點(diǎn)物質(zhì)，加快對工作襯的破壞。此外，隨著低硅冶煉后硅含量降低，鐵水全鐵量上升，黏度降低，流動性變強(qiáng)，在出鐵時鐵水的沖刷性和滲透性變強(qiáng)。倘若工作襯形成縫隙，極易滲鐵，導(dǎo)致鐵溝用耐火材料的使用壽命直線下降，也容易出現(xiàn)漏鐵事故[2-4]。因此，有必要改進(jìn)低硅煉鐵工藝條件下鐵溝用耐火材料的性能。
1、試驗(yàn)
試驗(yàn)用主要原料有:w(Al2O3)≥98%的電熔致密剛玉(粒度分別為15～8、8～5、5～3、3～1和≤1mm)，w(Al2O3)≥98.5%的電熔白剛玉粉(粒度≤0.088mm)，w(SiC)≥98%的碳化硅(粒度分別為≤1和≤0.088mm)，w(Al2O3)≥98.5%的α-Al2O3微粉，w(Si3N4)≥90%的≤5μm的β-Si3N4粉，炭素，純鋁酸鈣水泥，SiO2微粉及高效復(fù)合減水劑等。
試驗(yàn)配方如表1所示。其中，4#試樣是改進(jìn)前主溝材料的配方，1#、2#、3#試樣是為了改善鐵線材料抗沖刷性能而設(shè)計(jì)的配方，5#、6#、7#試樣是為了改善渣線材料抗渣性能而設(shè)計(jì)的配方。
按表1中的配方稱量、攪拌、振動成型為40mm×40mm×160mm的試樣后，在相對濕度<75%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)24h，脫模后自然養(yǎng)護(hù)24h，試樣經(jīng)110℃烘干24h后，再經(jīng)1450℃保溫3h熱處理后檢測試樣的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
根據(jù)GB/T601檢測試樣的化學(xué)組成，根據(jù)YB/T5200—1993測定試樣的體積密度，根據(jù)GB/T5072—2008采用微機(jī)控制全自動壓力試驗(yàn)機(jī)測定試樣的常溫耐壓強(qiáng)度，根據(jù)GB/T5988—2007測定試樣的線變化，根據(jù)GB/T3002—2004測定試樣的高溫抗折強(qiáng)度，根據(jù)YB/T2206.2—1998測定試樣的抗熱震性能。
抗渣性:采用動態(tài)回轉(zhuǎn)抗渣法，將110℃烘干24h的6塊如圖1所示尺寸的試樣，組成一個斷面呈多邊形的試驗(yàn)鑲板，作為回轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯，并在試樣和金屬爐殼之間砌筑一層鎂砂作為隔熱材料。加入現(xiàn)場取回的渣樣，采用燃?xì)?氧氣的方式進(jìn)行加熱，經(jīng)1450℃保溫5h后停止試驗(yàn)。結(jié)束后，將被侵蝕試樣沿縱向從中間切開，然后測量試樣切面的侵蝕深度，測量點(diǎn)選擇從試樣臨近燒嘴側(cè)10mm開始，每隔30mm測量1個點(diǎn)，計(jì)算最大侵蝕深度和平均侵蝕深度。
2、結(jié)果與分析
2.1大顆粒致密剛玉加入量對鐵線澆注料抗渣性的影響
加入不同量致密剛玉大顆粒骨料的1#、2#和3#鐵線澆注料的抗渣試驗(yàn)結(jié)果見圖2。
從圖2可以看出，隨著大顆粒骨料加入量的增加，抗侵蝕性先增強(qiáng)后減弱，大顆粒加入量為10%w)的2#試樣的抗渣性能最好。說明加入大顆粒料可以提高澆注料的抗鐵水沖刷性，但大顆粒加入量過多時，同一工作面上，基質(zhì)含量減少，抗侵蝕性原料(碳化硅等)含量相對降低，又使得試樣抗沖刷性變差。
2.2β-Si3N4粉加入量對渣線澆注料抗渣性的影響
β-Si3N4粉的加入量對渣線澆注料試樣抗渣性的影響見圖3。可以看出，隨著Si3N4粉加入量的增加，抗渣性能持續(xù)得到改善。在Si3N4粉加入量為4%和6%(w)時，材料的抗渣性能相差不大。
未加入β-Si3N4粉的4#試樣和加入β-Si3N4粉的6#試樣的平均侵蝕深度分別為17.3和13.2mm，其抗渣后原質(zhì)層的XRD分析如圖4所示。
從圖4可以看出，在燒結(jié)過程中，Si3N4能部分保留下來，并生成了O’-SiAlON相，由于氮化硅相不易被渣鐵潤濕，使得材料的抗渣性能增強(qiáng)[5]。加入氮化硅雖然對渣線澆注料的抗渣性有很大的改善，但考慮到性價(jià)比，認(rèn)為加入量為4%(w)時，澆注料的性能得到較大提升，材料成本也控制良好。
2.3澆注料的理化指標(biāo)
改進(jìn)前的主鐵溝澆注料(4#)、改進(jìn)后的鐵線澆注料(2#)和改進(jìn)后渣線澆注料(6#)的理化性能見表2?？梢钥闯?，在鐵溝澆注料中添加大顆粒骨料或Si3N4細(xì)粉，對澆注料的強(qiáng)度、抗熱震性能等影響不大，但是能明顯提高澆注料的抗鐵水沖刷和侵蝕性能。
3、應(yīng)用
將主溝工作襯分為鐵線澆注料和渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，減緩鐵水對鐵溝的沖刷。經(jīng)過施工方案的調(diào)整和材料的改進(jìn)，運(yùn)用于內(nèi)蒙某1080m3低硅煉鐵的高爐鐵溝上，使用后改善了常規(guī)鐵溝澆注料渣鐵線侵蝕不同步，接觸部位出現(xiàn)凹槽的問題，并將一次性通鐵量由10萬t提升至15萬t。
4、結(jié)論
在原鐵溝澆注料配比基礎(chǔ)上，將主溝工作襯分為外加10%(w)15～8mm的電熔致密剛玉的鐵線澆注料和引入4%(w)β-Si3N4粉的渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，在低硅煉鐵的高爐鐵溝上應(yīng)用后大大改善了主鐵溝渣鐵線部位侵蝕加快、沖刷加劇的問題。
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