攀钢：炼钢用耐火材料的修砌情况与发展方向
2010-08-19 09:18 来源： 我的钢铁
摘 要： 炼钢所用耐火材料主要涉及范围有转炉、钢包、连铸中间包、真空处理室等，对这几方面修砌的情况进行介绍，并对在修砌过程中的一些不正常操作状况，造成耐火材料的使用寿命受到影响进行分析；最后对炼钢用耐火材料的发展方向进行探讨。
关键词：炼钢；修砌；转炉；钢包罐；连铸中间包；RH真空处理室；耐火材料
1 炼钢用耐火材料的修砌情况
1.1 转炉用耐火材料的修砌情况
炼钢转炉和提钒转炉在修砌过程中的操作程序基本相同，整个转炉成一个汽水瓶状，底部成一个半球形，炉身成圆柱体，炉帽处是一个倒扣的碗的形状。在修砌前一定要先将转炉砖的包装打开后把废砖、断砖拣选出来，并选出一些比较好的大部分是1号、2号转炉砖和其他转炉砖切成不同尺寸的合门砖，已备在每层砌筑完成时合门所用。
1)炉底永久层的砌筑。
先在炉底铺设20mm厚的多晶纤维板，要成“人”字形铺设，并且要错缝铺。再用M1烧成镁砖将小炉底找平，边沿距花兰板垂直距离400mm高。找平后用M1、M28烧成镁砖侧砌一层，再用10号镁碳砖侧砌二层，砌好后各层必须用0～3mm镁砂将砖逢填实。砌砖时不能碰定位管，将定位管高出这层砖的部分割掉，管内不能有杂物和焊疤，再将两块透气砖砌好。
2)炉底工作层的砌筑。
炉底工作层也叫大炉底，在大炉底先用5号镁碳砖从两透气砖间开始立式砌筑，并与3号和4号镁碳砖配合立式砌筑，也要成“人”字形错缝砌筑，砌好后用0～3mm的镁砂将砖缝填严。在砌筑大炉底的过程中，也应注意不能碰掉已固定好的透气砖室焊接处，也不能将已固定好的透气砖撞移位。炉底工作层上沿距炉壳1030mm。
3)炉身与炉底工作层三角带的砌筑。
在此三角带先用镁质捣打料找平，再分别用15号、16号，l3号、14号，3号、4号和1号、2号镁碳砖依次错缝砌筑上来，三角带各层镁碳砖之间的缝用镁质捣打料捣打填实，捣打时先打炉壳方向，再打炉底工作层方向。
4)炉身的砌筑。
砌筑炉身时，先紧挨着炉壳垫一层多晶纤维板，接着在多晶纤维板外面开始砌筑永久层，永久层用M1、M28错缝平砌。在永久层的外面用6号镁碳砖错缝砌筑加厚层。然后在转炉前部四分之一的面积即向转炉中倒钢水时的冲刷面用17号、18号镁碳砖进行错缝砌筑，其他四分之三的地方用1号、2号镁碳砖进行错缝砌筑，注意最后的合门方向一定要在转炉转轴面上即东西耳轴方向。每砌筑完一层都要用0～3mm的镁砂将砖缝填实。
5)炉帽的砌筑。
在砌筑炉帽时，也是先紧挨着炉壳垫一层多晶纤维板，接着在多晶纤维板外面开始砌筑永久层，永久层用7号、8号烧成镁砖错缝平砌。然后再在永久层外面转炉前部四分之一的面用1号、2号镁碳砖错缝砌筑，其他四分之三的地方用4号、5号镁碳砖错缝砌筑。当砌筑到转炉的最后三层时，要分别用11号、12号，13号、14号和15号、l6号镁碳砖进行错缝砌筑。在砌完成后要用镁砂、镁火泥配合卤水作黏合剂，将炉口填塞紧，再用风锤打实，之后在镁碳砖的工作面上均匀的刷一层高温胶水。
6)外出钢口砌筑。
外出钢口砌筑的圆心必须用胶水黏牢，周围再用镁砂、镁火泥和均牢实，填料至与法兰盘成水平位置。到此才算将一座转炉砌筑完成。
7)在修砌转炉时，经常出现的问题有：
在砌筑大炉底时，砖缝没有用镁砂填实。在砖缝之间有空隙，就会使炼钢时钢水对镁碳砖的侵蚀较快，从而影响转炉的整体寿命。
在砌筑炉身时，有一层或者几层镁碳砖有倾斜现象。所以要求修砌工在未完成一层镁碳砖的砌筑时，要用3～0的镁砂找平后再砌筑下一层砖。
在砌筑外出钢口时，圆心周围的料不严实，圆心有所偏离，造成转炉正式使用时钢水倒出偏离钢包的位置。砌筑外出钢口也是整个转炉修砌过程中比较难砌的地方之一，特别是圆心不能有丝毫的偏离，所以当外出钢口砌筑的圆心用胶水黏牢后，周围一定要用镁砂、镁火泥和均匀后，再用风锤捣打严实。
1.2 钢包罐用耐火材料的修砌情况
由于钢包罐是炼钢厂最主要的钢水转运设备，所以钢包罐的修砌任务也是我们窑炉分公司的重点工作环节。在每个钢包罐重新进行大修之前一定要重新用20mm厚钢板焊接好宽200mm的罐沿卡板，再在罐底如图1所示位置割出两个Φ25mm的底吹管孔。
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1.2.1钢包罐的大修情况
1)钢包罐永久层的修砌。
钢包罐壁永久层的厚度为：下部90mm，中部70mm，上部60mm。在修砌钢包罐壁永久层时都是将钢包罐放置罐口水平位置，一半一半的进行修砌。先在下半边的钢壳上用8～10mm的钢筋焊好拉筋，拉筋长度600mm，高50mm，间距200mm。然后再用钢包永久层浇注料将罐壁的永久层浇注好，并且在浇注时料一定要将料浇注密实，不得有空洞，外表光滑平整。在这一半钢包罐壁永久层浇注好后，必须自然养生24h后方可转动钢包罐进行另一半罐壁永久层修砌。在整个钢包罐壁的永久层浇注好以后，必须自然养生24h后，方可下坑打罐底永久层。
在进行钢包罐底永久层的修砌时，先在基准板以外部位用8～10mm的钢筋焊好拉筋，钢筋高度为：罐底中心100mm，靠近罐壁部位40mm。再安放好座砖，插好底吹氩定位管，中、下座砖必须对正基准板圆孔且安装时要用火泥涂抹使其结合密实，综合误差≤2mm。然后用铝镁浇注料浇注钢包罐底，浇注料的厚度应为200±20mm，略微向水口部位倾斜。在铝镁浇注料浇注好以后，应立即安装垫板砖，垫板砖的中心与底吹氩定位管的中心在同一直线上，垫板砖上表面与浇注料上表面平砌，其方向与座砖方向必须一致，综合误差≤10mm。接着用振动棒及时将铝镁浇注料振平、振实，并不得使下、中座砖移位、底吹氩定位管偏斜、垫板砖移位。在将钢包罐底永久层整体浇注好以后，必须让钢包竖立自然养生24h后，方可进行罐底砌筑作业。
2)钢包罐工作层的砌筑。
在对钢包底工作层进行底砖砌筑前，要先将钢包底永久层上的残灰清除干净，并仔细检查永久层，如果有损坏应马上进行修补，修补好以前严禁进行罐底砌筑。还要检查钢包罐沿的钢板有无脱落、开焊等现象，如果有此现象，应按要求重新焊好。每个新修砌的钢包罐，在砌筑罐底工作层前都要用一层牛皮纸在永久层外平整的贴好，如果是钢包罐大修，永久层较好的也要贴一层牛皮纸在永久层外。然后开始砌筑钢包底，先在中座砖上安装好钢包上座砖，再在底吹垫板砖上把底吹透气砖安装好，并在底吹透气砖上面盖上编织袋，避免浇注料和火泥堵塞透气缝。接着开始砌筑钢包底砖，底砖要侧砌，先从座砖周围开始砌筑，在底吹透气砖的周围要留出60～80mm间隙，并且在罐底冲击部位及底吹透气砖周围要分散立砌25块底砖以上。砖与砖之间用火泥涂抹均匀。与罐底结合处的三角缝用切割砖和碎砖块楔紧，并灌上火泥。
在砌筑完钢包罐底部后，接着砌筑钢包壁工作层。包壁的砌筑是从钢包的两个耳轴方向开始采用铝镁碳包壁砖双螺旋形状环绕砌筑，包壁砖的砖缝必须错开，且砖缝≤2mm，包壁砖与罐壁永久层之间空隙必须用火泥灌满，并且用火泥来结合砖缝。砌筑时要根据砌筑需要及时加调整砖，并且相邻两层包壁砖之间错台＜5mm。在砌至距罐沿1.1m处时开始砌12环镁碳砖，再往上砌收尾砖，罐沿用铝镁浇注料填实并抹平整，罐带上也必须填好料。在整个钢包壁工作层砌筑完成后，要在包底紧靠包壁处用铝镁碳包壁砖平砌3环护圈砖，并用钢包底浇注料固定护圈砖。然后要在钢包底部浇注三斗钢包底浇注料，将料及时振动平整，钢包底浇注料的厚度要低于底吹透气砖10～20mm。
1.2.2钢包罐小修时的砌筑
一般钢包罐的小修都是在钢包罐大修以后使用了60次以上才对钢包罐的包底、透气砖、罐沿、钢包渣线部位等地方进行修补。先将这些已经不能用的地方敲掉，再重新砌筑好底吹透气砖，如包底护圈砖掉完，应补砌护圈砖。接着重新将被钢水侵蚀掉的渣线部位用镁碳砖砌筑。然后根据钢包底浇注料蚀损情况补浇1～3斗钢包底浇注料，及时振动平整，底吹透气砖、座砖周围要反复振动密实，钢包底浇注料厚度要低于底吹透气砖10～20mm。最后将损坏的罐沿用钢板重新焊好，并在罐沿上用铝镁浇注料填实、抹平。
1.2.3 在钢包罐修砌中存在的问题
在钢包大修对钢包底永久层浇注铝镁浇注料时，经常是铝镁浇注料的水分过多，并且浇注到钢包底部时，铝镁浇注料中的骨料与粉料明显分离。在钢包大修砌筑包壁时，火泥的水分前后不一致，造成砖与砖之间的结合不是特别密实，在钢包罐的使用过程中，砖缝很容易膨胀开。在钢包小修时，重新浇注的钢包底浇注料，有时候水分也比较大，造成钢包底浇注料使用寿命不高；特别是有些时候，某些钢包罐内的温度还是很高，就开始往钢包内浇注钢包底浇注料，浇注完后可以看到罐内钢包底浇注料的水分被蒸发产生的水蒸气，这对钢包底浇注料的使用寿命有严重的影响。
1.3 连铸中间包用耐火材料的修砌情况
1.3.1 方坯连铸中间包的修砌
先确定中间包内应无残钢、残渣，钢壳无变形，开裂，脱焊等，中间包透气孔畅通，将包内的焊疤、焊点清理干净后。依先装侧壁再端壁后贴包底的顺序，用专用黏结剂将绝热板紧贴到包壁上，板与板之间无缝隙，在贴不规则包壁处时，必须将绝热板锯成间隙形状才能安装。然后用水口座砖模具在中间包内定位准确，接着将搅拌好的浇注料倒入中间包底，同时用振动棒振动找平整，严格划出标高尺寸(距包底钢板190mm)夯实，振动以泥料充分泛浆且无大量气泡冒出为宜，从料中提出振动棒时不宜过快以免造成空洞，搅拌好的料必在30min内用完。当中间包底浇注完后，方可放入胎模，放胎模时要保证各边留出的浇注厚度150mm，且上下厚度一致，在胎模四周均匀填料，同时用振动棒振实、填满，一次性成型完毕。永久层浇注完毕，自然养生48h后，方可吊出胎模，之后再自然养生5～7天方可进行永久层烘烤，养生期间不允许向永久表面洒水。
当中间包永久层烘烤好后，就可以开始进行中间包工作层的砌筑了。工作层现在是用干式振动料来砌筑。在进行工作层砌筑前，要先确定干式振动料中没有结块的现象才能使用。在砌筑工作层时，中间包永久层的温度应控制在100～200℃之间。从中间包底开始砌筑，砌筑前先放好水口座砖模具，模具与中间包底永久层无间隙，以保证干式振动料振动时不漏出包底，模具安装好以后就可以将干式振动料加入中间包底了，中间包底厚度要保证在40mm厚。然后安放挡墙模具，挡墙内弧模具应与永久层有40mm距离保证挡墙预留位要有40mm厚的干式料，预留位要准确，工作层不能断开。接着就可以将中间包胎具安装好，在从胎具边沿处加入于式振动料，开启振动器，边振动边加料，填满为止，振动时间大于6min，加料时必须四周均匀加料。最后对中间包进行在200～300℃之间，3O～50min的烘烤，各部位烘烤温度应一致，烘烤后风冷或自然冷却到100℃以下就可以开始脱模了。脱模后的干式振动料采用自然冷却，严禁风冷。
在干式振动料烘烤好后，就要先安装浸入式水口座砖和水口，安装时浸入式水口与座砖之间用胶泥黏结，黏结面胶泥饱满；浸入式水口必须垂直于包底且无松动现象，水口碗高于包底盘45±5mm；侧孔水口要求侧孔正对结器宽面；水口露出中间包包底部分500mm范围内应包扎一层20mm厚硅酸纤维毡。再将方坯用冲击板安装到固定位置。接着在挡墙模具处把V形挡墙安装好，V形挡墙的夹角为74°。然后把挡坝安装好，再将中间包的包盖安装上，并在包盖的四周用纤维板及涂料封堵严实。最后将塞棒安装到塞棒机械上。这样方坯中间包的修砌才算全部完成。
在方坯连铸中间包的修砌过程中最容易出现的问题是：干式振动料在烘烤完，脱模后干式振动料有掉料和裂纹现象发生，必须进行修补后才能投入使用，但是这样也降低了中间包的使用寿命。
1.3.2 板坯连铸中问包的修砌
在对板坯连铸中间包进行修砌时，要先导通排气孔，并检查中间包铁壳变形、裂纹及焊缝开裂情况。在将中间包铁壳处理好后，就可以开始中间包永久层的砌筑了，先砌筑中间包的上下座砖，上下座砖对正，问隙≤2mm；然后用砖砌筑中间包永久层，砖要错缝对称砌筑，砌筑到流部第二层砖时，必须把第一层砖上的杂物清扫干净，一二层砖不得出现砖缝贯通，两层砖的砌筑方向相反，侧壁工作层砖的两端留膨胀缝30mm，用火泥充填；最上一层砖砌完后，用浇注料进行充填砖与中包铁壳之间的空隙，要求打结密实，永久层砌筑完成后，中间包要自然养生24h以上。
中间包永久层砌筑好后，要先将浸入式水口安装好，浸入式水口与座砖结合面泥浆要饱满，而所用泥浆是用水玻璃混和成的。再将挡墙安装好，就可以用镁钙质涂料将中间包内衬砌筑好，砌筑时中间包内衬表面温度应在70～100℃之间方可进行，若在70℃以下，则要烘烤2h，再自然冷却到70～100℃；搅拌好的涂料必须在2h内施工完毕；镁钙质涂料的砌筑要按侧壁、端壁、溢流口、底部的顺序进行。中间包内衬砌筑好后，就可以将中间包盖盖上；然后自然养生1 h以上，就可以将塞棒安装好；整体完成后要自然养生5h以上才能进行烘烤。
在板坯连铸中间包的修砌过程中经常出现的问题是：用镁钙质涂料砌筑中间包内衬时，有些镁钙质涂料因为质量不好，在砌筑过程中或者砌筑完成后，镁钙质涂料就垮塌了。
1.4 RH真空处理室用耐火材料的修砌情况
在RH真空处理室的修砌过程中，真空插入管修砌的次数最多。真空插入管砌筑时都是两个插入管一起砌筑，一个上升管一个下降管。在预先制作好的一个真空插入管金属模具中把耐火材料厂家预先砌好的环状镁铬砖砖，第一环砖要放在托砖环上，第二环砖放在第一环砖上，砖缝要错开，一共要砌筑三环砖，每环砖砌筑完后，钢结构与砖之间的间隙要留足23mm，间隙用刚玉浇注料定位，其中有一个模具上有孔的插入管在砌筑时，砖上的钻孔要和模具的孔对齐，并在每环砖放好后将钢管插人孔中，再倒入刚玉浇注料。插入管外壁砌筑前，要套上—个圆形模具，模具内要用刷油，以方便脱模；然后用刚玉浇注料将插入管外壁浇注好；再自然养生1～2天后，就可以烘烤插入管了。烘烤完的插入管，当用真空室下线修砌时就焊接到真空室下部了。
真空室的砌筑从真空室的底部开始，底部第一环循环管放置在捕入管第三环砖上，砖与钢结构间距23mm，浇注定位，底部弧线部位用钢玉浇注料浇注围堰，围堰高度28 mm，宽度150mm，斜线部位现场切砖砌筑，再用黏土粉调制的黏结剂将陶瓷纤维板黏贴在曲形的真空室底面上，为方便黏贴，陶瓷纤维板要先切割成条状；接着用捣打料捣实铺平底面，过桥部位永久层砖型1～76，插入管中心线与1～76中心线重合，有些部位需现场切砖，与循环管缝隙不大于60mm，砖面平整，与下循环管砖面高差50mm，砖型1～76砌好后，用楔子固定，填充捣打料捣实；斜线部位用SL564黏土砖及镁络砖砌筑，砌筑垂直高度约800mm；上循环管45DBC30安装在下循环管上，用35/0、35/B砌筑真空室底面工作层，斜线部位需现场切砖，底面必须水平，不允许用磨具打磨，用捣打料捣实循环管周边及底部周边，真空室底部才算砌筑完成。
然后开砌筑真空室侧壁。先用黏土火泥将25mm硅钙板贴在真空室钢壳上，为方便黏贴，硅钙板可切成50mm宽的条状；在开始用镁铬砖砌筑侧壁，每一层砌完都要检查该层的水平情况，可用干镁铬粉调整砖存在的缺陷，这样一直向上砌筑；砌筑到合金溜槽时，合金溜槽砌筑要前先安放好溜槽座砖，溜槽中心线与座砖中心线垂直高差留足2Omm，砌好的溜槽内径300mm，倾斜角度55°，溜槽砌筑需现场切砖，砖面与法兰面留足40mm的膨胀缝，胀缝用多晶莫来石或锆质硅酸铝纤维毡填充；在距真空室底面4300mm处留有2支测温孔，测温孔尺寸为宽25mm、高50mm，一孔深170mm，另一个孔深100mm，留设的砖孔应与钢结构上的测温孔一一对正；真空室上部上口砖砖面砌平，上部胀缝留设为60mm，胀缝用多晶莫来石或锆质硅酸铝纤维毡填充，这样真空室侧壁就砌筑完成。
最后砌筑真空室顶盖。顶盖砌筑前需搭脚手架，并支好模具，先砌喇叭口及直筒部位，再从烟道中间向两边砌筑，“合门”留于烟道的上方；将25mm厚的硅钙板用黏土火泥黏贴在真空室顶盖钢结构上；工作层砖材质为直接结合镁络砖，永久层为高铝砖，砖要带火泥砌筑，砖缝要错开，工作层砖缝小于2mm；顶盖上的入孔、顶枪孔、电视摄像孔均采用刚玉浇注料浇注，浇注料平面低于法兰面20mm，三孔浇注时必须布置均匀适量的锚固件，入孔直径Φ480mm，顶枪孔Φ340mm，电视摄像孔直径Φ155mm；顶盖垂直部位与水平部位相贯线部分的砌筑需进行现场切砖，在这些部位砌筑完成后，真空室顶盖也砌筑完成了。
2 炼钢用耐火材料的发展方向
在今后的炼钢用耐火材料的整体发展方向一定是向提高耐火材料使用寿命，降低吨钢消耗的方向迈进。不同领域间的相互依赖程度将会越来越大，作为耐火材料技术，这方面格外重要。不会只从自身的领域产生锤击缓冲的技术，这样说并不过分。尤其是包括境界领域，不能缺少和相邻领域间的交流，比如，从优质纤维、复合材料等粉体技术领域的移入技术，在今后的耐火材料发展中越来越重要。
因此，我国的有关专家提出预测，以后的耐火材料发展将向不定形耐火材料发展，使得不定形耐火材料比重越来越大，并且为了适应高温新技术的发展而必将兴起、迅速发展新一代的高效耐火材料。其中就包括：具有高温强度、抗热震性和抗侵蚀性的氧化物-非氧化物复合材料，这种耐火材料将取代含碳结合材料；能够净化金属溶液和吸收废气中有害杂质的含游离CaO的碱性材料，特别是钢包和中间包的发展方向将是向全碱性发展，并且以含游离CaO的碱性材料为主；高效不定形耐火材料和梯度浇注料，其中“梯度浇注料”是指不定形炉衬从热面到冷面是有几层基质成分、结构和热性能逐渐变化的浇注料组成。
所以，在今后的炼钢用耐火材料将会性能越来越优质，砌筑越来越方便，产品技术越来越先进，新技术的更新越来越快。
摘自《标准研究》2009年第47期
作者 余江涛（攀钢冶金材料有限公司）
编辑 蔚金哲 021-26093241
