转炉大面修补料性能改进试验

刘 杰，王长宝

（1莱芜钢铁集团 泰东实业有限公司，山东 莱芜271104；2山钢股份莱芜分公司 技术中心，山东 莱芜271105）

转炉大面修补料性能改进试验

刘 杰1，王长宝2

（1莱芜钢铁集团 泰东实业有限公司，山东 莱芜271104；2山钢股份莱芜分公司 技术中心，山东 莱芜271105）

针对转炉大面修补料使用寿命短、烧结时间长等问题，加入铝粉作为助燃剂、铁鳞作为促烧剂，并引入促流剂，研究了新型结合体系对材料性能的影响。结果表明：Al粉的引入可明显提高材料强度，但同时导致材料流动性降低，加入量为1%时，材料综合性能最好；铁鳞起到了促烧作用，加入量以1%为宜；促流剂B可明显提高材料的流动性，加入量为2%。改进后的修补料使用寿命提高两倍。

转炉大面修补料；Al粉；铁鳞；促流剂；寿命

1 前言

转炉大面修补料是不定型耐火材料中的重要品种，对延长转炉使用寿命、提高转炉冶炼效率及降低耐火材料消耗有着重要意义，受到国内外的普遍重视。莱钢转炉大面修补料使用效果不太理想，中期炉龄约1周修补1次；到炉龄中后期，修补更加频繁，需要每天修补1次甚至几次。其次是烧结时间45 min以上，影响生产节奏，同时，由于大量耐火材料进入钢液污染了钢水。因此，为改进大面料性能，提高补炉效果，本研究加入铝粉作为助燃剂、铁鳞作为促烧剂，并引入促流剂，探讨了新型体系对材料性能的影响。

2 试验部分

2.1 试验原料

试验所用主要原料为电熔镁砂颗粒和细粉、中温煤沥青。原料化学成分见表1、表2。

表1 电熔镁砂化学成分（质量分数）

表2 中温煤沥青性能指标（质量分数）

2.2 试样制备及性能检测

试验中镁砂作为基本原料比例95%保持不变。其中粒径10～5 mm比例25%，5～1 mm 30%，1～0 mm 15%，＜0.088 mm 25%。加入不同的铝粉、铁鳞、促流剂、添加剂等，配比及试样编号见表3。修补料中骨料和细粉的比例均为55∶40，按一定级配将料在搅拌机中混合均匀，分别将被测试样制成Φ50 mm×50 mm的试样，经110℃×24 h烘干，再分别于1 100℃×3 h和1 600℃×3 h烧成，按照国家标准要求进行各项物理性能检测。

表3 除镁砂外的试验配比 %

1.3 流动性的测定

将混合料在30 MPa的压力下压制成Φ50 mm×50 mm的试样，将试样置于加热到1 000℃的电炉内，保持到发烟结束。然后将试样取出，用图1所示方法测定试样流动变形后的厚度和直径，用厚度指数（a’/a）和流动指数（b’/b）来评价高温流动性。

图1 厚度指数和流动指数的测定

3 结果与分析

3.1 铝粉加入量对材料性能的影响

铝粉加入量对材料性能的影响见图2。

1）Al粉的引进使材料内部生成了新的矿相，增加了试样的体积密度。但当Al含量过多时，铝粉600℃以上开始燃烧形成Al2O3，新的矿相将试样中的气孔堵塞，使沥青、树脂、添加剂燃烧产生的气体无法完全排出，从而降低了材料的体积密度。并且铝热剂量太大时，由于燃烧温度太高，使材料内部熔化相太多，也对材料的体积密度产生影响。

图2 Al粉加入量对材料性能的影响

2）随着Al含量的增加，粘附强度越来越大。粘结强度提高的主要原因是Al的扩散氧化，在MgO颗粒周围形成致密的Al2O3保护层，且料中的MgO与Al2O3还可以生成镁铝尖晶石，从而提高了材料的结合强度。同时，通过添加金属Al粉，抑制了沥青的氧化。材料的常温耐压、抗折强度也随铝粉加入量的增加逐渐增大。铝粉与镁砂反应生成新矿相，在试样颗粒之间形成桥，促进烧结，提高了材料强度。

3）由于铝粉燃烧放出大量的热，促进了材料的硬化，即随着铝粉加入量的增加，烧结时间越来越短。但太多的热量也会导致沥青的快速燃烧，从而影响材料的流动性，当Al＞1%时，材料的流动性指数越来越小。

3.2 铁鳞加入量对材料性能的影响

铁鳞又称氧化铁皮、氧化皮。在钢材加热和轧制过程中，由于表面受到氧化而形成氧化铁层，剥落下来的鱼鳞状物，化学成分主要为FeO和Fe2O3，其加入量对修补料性能的影响见图3。

图3 铁鳞加入量对修补料性能的影响

1）随着铁鳞加入量的增加，试样的体积密度逐渐增大，这是由于铁鳞与铝粉的铝热反应，使得烧结时间变短，试样来不及铺展就已经烧结硬化，堆积相对紧密所致。同时，由于铁的引进，也对体积密度的增加有所贡献。与之相反，显气孔率随着铁鳞加入量的增加而递减。

2）试验过程中，铝与铁鳞发生铝热反应，反应方程式为：

由于该反应放出大量的热，加速试样烧结，降低了试样的烧结时间。但同时也使得沥青快速燃烧完毕，从而对流动性产生不利影响。

3.3 促流剂加入量对材料性能的影响

本次试验选用了3种有机物作为大面修补料的促流剂，其他原料配比都一致的情况下，A、B、C 3种促流剂分别加入2%，按同样方法测定试样的流动指数。3种促流剂对应的流动指数分别为A 2.8、B 3.4、C 3.1。可知B促流剂对试样的流行性改善效果最佳；同时，价格也较便宜，无污染。因此选择B作为大面修补材料的促流剂，其加入量对修补料烧结时间及流动性的影响见图4。

图4 促流剂加入量对材料烧结时间和流动性的影响

材料中添加了流动促进剂。流动促进剂与沥青均匀融合，在高温下降低液化沥青黏度，达到低黏性化，促进了补炉料的流动性。同时，从微观领域增加了修补料与基底的结合面积，增强了修补料与炉衬的结合，所以随着促流剂的增多，试样的粘附强度也逐渐增高。但超过适当的添加量时，沥青浓度太低，导致不能充分产生碳结合，所以会降低结合强度。

4 结语

随着Al粉加入量的增加，材料强度逐渐增强，烧结时间变短，但影响材料流动性，综合考虑，Al粉加入量应为1%；铁鳞起到了促烧作用，加入量为1%；促流剂B可明显提高材料的流动性，加入量为2%。2017年3月，在莱钢型钢炼钢厂对新型大面修补料进行了现场工业试验。施工过程中修补料流动性良好，能自动铺展到转炉炉面上，且粘附性良好。烧结时间短，35 min之后，火苗完全熄灭，说明材料已烧结。新型修补料使用性能良好，抗侵蚀性强。与原修补料相比，烧结时间缩短10 min左右，同时新型修补料喷补1次使用寿命同比提高两倍。

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

刘杰，男，1981年生，2005年毕业于吉林大学无机非金属材料学专业。现为莱钢泰东实业有限公司新兴液气有限公司副经理，工程师，从事耐火材料工作。

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