劉 杰，王長(zhǎng)寶

（1萊蕪鋼鐵集團(tuán) 泰東實(shí)業(yè)有限公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份萊蕪分公司 技術(shù)中心，山東 萊蕪271105）

轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料性能改進(jìn)試驗(yàn)

劉 杰1，王長(zhǎng)寶2

（1萊蕪鋼鐵集團(tuán) 泰東實(shí)業(yè)有限公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份萊蕪分公司 技術(shù)中心，山東 萊蕪271105）

針對(duì)轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料使用壽命短、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)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(jié)合體系對(duì)材料性能的影響。結(jié)果表明：Al粉的引入可明顯提高材料強(qiáng)度，但同時(shí)導(dǎo)致材料流動(dòng)性降低，加入量為1%時(shí)，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(dòng)性，加入量為2%。改進(jìn)后的修補(bǔ)料使用壽命提高兩倍。

轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料；Al粉；鐵鱗；促流劑；壽命

1 前言

轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料是不定型耐火材料中的重要品種，對(duì)延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐使用壽命、提高轉(zhuǎn)爐冶煉效率及降低耐火材料消耗有著重要意義，受到國(guó)內(nèi)外的普遍重視。萊鋼轉(zhuǎn)爐大面修補(bǔ)料使用效果不太理想，中期爐齡約1周修補(bǔ)1次；到爐齡中后期，修補(bǔ)更加頻繁，需要每天修補(bǔ)1次甚至幾次。其次是燒結(jié)時(shí)間45 min以上，影響生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)，由于大量耐火材料進(jìn)入鋼液污染了鋼水。因此，為改進(jìn)大面料性能，提高補(bǔ)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(duì)材料性能的影響。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用主要原料為電熔鎂砂顆粒和細(xì)粉、中溫煤瀝青。原料化學(xué)成分見(jiàn)表1、表2。

表1 電熔鎂砂化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2 中溫煤瀝青性能指標(biāo)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

2.2 試樣制備及性能檢測(cè)

試驗(yàn)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(hào)見(jiàn)表3。修補(bǔ)料中骨料和細(xì)粉的比例均為55∶40，按一定級(jí)配將料在攪拌機(jī)中混合均勻，分別將被測(cè)試樣制成Φ50 mm×50 mm的試樣，經(jīng)110℃×24 h烘干，再分別于1 100℃×3 h和1 600℃×3 h燒成，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行各項(xiàng)物理性能檢測(cè)。

表3 除鎂砂外的試驗(yàn)配比 %

1.3 流動(dòng)性的測(cè)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(nèi)，保持到發(fā)煙結(jié)束。然后將試樣取出，用圖1所示方法測(cè)定試樣流動(dòng)變形后的厚度和直徑，用厚度指數(shù)（a’/a）和流動(dòng)指數(shù)（b’/b）來(lái)評(píng)價(jià)高溫流動(dòng)性。

圖1 厚度指數(shù)和流動(dòng)指數(shù)的測(cè)定

3 結(jié)果與分析

3.1 鋁粉加入量對(duì)材料性能的影響

鋁粉加入量對(duì)材料性能的影響見(jiàn)圖2。

1）Al粉的引進(jìn)使材料內(nèi)部生成了新的礦相，增加了試樣的體積密度。但當(dāng)Al含量過(guò)多時(shí)，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(chǎn)生的氣體無(wú)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(shí)，由于燃燒溫度太高，使材料內(nèi)部熔化相太多，也對(duì)材料的體積密度產(chǎn)生影響。

圖2 Al粉加入量對(duì)材料性能的影響

2）隨著Al含量的增加，粘附強(qiáng)度越來(lái)越大。粘結(jié)強(qiáng)度提高的主要原因是Al的擴(kuò)散氧化，在MgO顆粒周圍形成致密的Al2O3保護(hù)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(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，通過(guò)添加金屬Al粉，抑制了瀝青的氧化。材料的常溫耐壓、抗折強(qiáng)度也隨鋁粉加入量的增加逐漸增大。鋁粉與鎂砂反應(yīng)生成新礦相，在試樣顆粒之間形成橋，促進(jìn)燒結(jié)，提高了材料強(qiáng)度。

3）由于鋁粉燃燒放出大量的熱，促進(jìn)了材料的硬化，即隨著鋁粉加入量的增加，燒結(jié)時(shí)間越來(lái)越短。但太多的熱量也會(huì)導(dǎo)致瀝青的快速燃燒，從而影響材料的流動(dòng)性，當(dāng)Al＞1%時(shí)，材料的流動(dòng)性指數(shù)越來(lái)越小。

3.2 鐵鱗加入量對(duì)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(guò)程中，由于表面受到氧化而形成氧化鐵層，剝落下來(lái)的魚鱗狀物，化學(xué)成分主要為FeO和Fe2O3，其加入量對(duì)修補(bǔ)料性能的影響見(jiàn)圖3。

圖3 鐵鱗加入量對(duì)修補(bǔ)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(yīng)，使得燒結(jié)時(shí)間變短，試樣來(lái)不及鋪展就已經(jīng)燒結(jié)硬化，堆積相對(duì)緊密所致。同時(shí)，由于鐵的引進(jìn)，也對(duì)體積密度的增加有所貢獻(xiàn)。與之相反，顯氣孔率隨著鐵鱗加入量的增加而遞減。

2）試驗(yàn)過(guò)程中，鋁與鐵鱗發(fā)生鋁熱反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：

由于該反應(yīng)放出大量的熱，加速試樣燒結(jié)，降低了試樣的燒結(jié)時(shí)間。但同時(shí)也使得瀝青快速燃燒完畢，從而對(duì)流動(dòng)性產(chǎn)生不利影響。

3.3 促流劑加入量對(duì)材料性能的影響

本次試驗(yàn)選用了3種有機(jī)物作為大面修補(bǔ)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(cè)定試樣的流動(dòng)指數(shù)。3種促流劑對(duì)應(yīng)的流動(dòng)指數(shù)分別為A 2.8、B 3.4、C 3.1?？芍狟促流劑對(duì)試樣的流行性改善效果最佳；同時(shí)，價(jià)格也較便宜，無(wú)污染。因此選擇B作為大面修補(bǔ)材料的促流劑，其加入量對(duì)修補(bǔ)料燒結(jié)時(shí)間及流動(dòng)性的影響見(jiàn)圖4。

圖4 促流劑加入量對(duì)材料燒結(jié)時(shí)間和流動(dòng)性的影響

材料中添加了流動(dòng)促進(jìn)劑。流動(dòng)促進(jìn)劑與瀝青均勻融合，在高溫下降低液化瀝青黏度，達(dá)到低黏性化，促進(jìn)了補(bǔ)爐料的流動(dòng)性。同時(shí)，從微觀領(lǐng)域增加了修補(bǔ)料與基底的結(jié)合面積，增強(qiáng)了修補(bǔ)料與爐襯的結(jié)合，所以隨著促流劑的增多，試樣的粘附強(qiáng)度也逐漸增高。但超過(guò)適當(dāng)?shù)奶砑恿繒r(shí)，瀝青濃度太低，導(dǎo)致不能充分產(chǎn)生碳結(jié)合，所以會(huì)降低結(jié)合強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著Al粉加入量的增加，材料強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，燒結(jié)時(shí)間變短，但影響材料流動(dòng)性，綜合考慮，Al粉加入量應(yīng)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(dòng)性，加入量為2%。2017年3月，在萊鋼型鋼煉鋼廠對(duì)新型大面修補(bǔ)料進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。施工過(guò)程中修補(bǔ)料流動(dòng)性良好，能自動(dòng)鋪展到轉(zhuǎn)爐爐面上，且粘附性良好。燒結(jié)時(shí)間短，35 min之后，火苗完全熄滅，說(shuō)明材料已燒結(jié)。新型修補(bǔ)料使用性能良好，抗侵蝕性強(qiáng)。與原修補(bǔ)料相比，燒結(jié)時(shí)間縮短10 min左右，同時(shí)新型修補(bǔ)料噴補(bǔ)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(yè)于吉林大學(xué)無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼泰東實(shí)業(yè)有限公司新興液氣有限公司副經(jīng)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