《李红霞洛阳耐火材料院》由会员分享，可在线阅读，更多相关《李红霞洛阳耐火材料院（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、洁净钢生产用耐火材料 新技术和新进展,中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 李红霞 2015.5.22,一、洁净钢冶炼炼对耐火材料的要求 二、洁净钢冶炼用耐火材料的发展,主 要 内 容,一、洁净钢冶炼炼对耐火材料的要求,影响洁净钢生产的主要因素： 冶炼：铁水预处理、精练 连铸：中间包和结晶器内钢水流场、保护渣 耐火材料：与钢包、中间包及连铸相关的耐火材料合的理选择和配置,组成：耐火材料对钢液无污染不引有害元素O,S,C,N,H,P增加 夹杂物：不造成夹杂物增加，与钢液中氧含量、耐火材料组分相关夹杂物包括：氧化物：Al2O3、尖晶石等非氧化物：碳化物,硫化物、氮化物等 夹杂物临界尺寸及其显微结构中
2、均匀分布的概念,从热力学上讲，高温氧化物与钢水存在平衡氧势，耐火材料在熔钢中平衡氧势的大小对钢水洁净度有重要影响。耐火氧化物和复合耐火氧化物对钢水的增氧作用由大到小的顺序分别为： Cr2O3SiO2Al2O3MgOZrO2CaO MgOCr2O3ZrO2SiO23Al2O32SiO22MgOSiO22CaOSiO2MgOAl2O3CaOAl2O3 耐火材料的组分：碳、硅，磷、氢（结合剂）等 连铸用功能能材料：结构、组成、性能,12-4/2014,二、洁净钢冶炼用耐火材料的发展,高品质钢的生产流程： LF-VD-中间包-连铸 LF-RH-中间包-连铸 不锈钢生产 LF-VOD-中间包-连铸 LF
3、-AOD-中间包-连铸,精炼用耐火材料新技术 1、低碳新型低碳镁（钙）碳技术 2、超低碳钢冶炼耐材技 3、RH精炼用无铬材料 4、低应力高性能透气元件,2013-10-24,7,8,主要特点： 环保型沥青碳结合，冷混成型，免烧成工艺，低排放低制作成本； 制品苯并芘”benzo【a】pyrene”含量小于50mg/Kg，符合欧盟TRGS551标准； 精准MgO/CaO成分设计及控制技术，最适合CaO-SiO2渣系，高CaF2及石灰渣系冶炼工艺； 高温真空稳定，失重速率最小的耐材制品，易与钢液中的硫、磷等杂质反应，净化钢水。 合成低碳技术，避免真空下MgO、C还原反应，对钢水无增碳，适应国内VOD
4、钢包间歇式操作工艺特点。,1、新型低碳镁（钙）碳技术,采用特殊造粒碳，含量小于6%； 采用2%左右环保沥青作为结合剂； CaO含量在10-15%； 由于不加防氧化剂真空下MgO的挥发及与碳的反应大大减少。 应用情况 与太原钢铁公司合作，在VOD炉渣线部位使用冶炼4系不锈钢，无增碳，取得了较理想的效果。,2013-10-24,9,10,2、超低碳钢冶炼耐火材料,精炼钢包综合保温技术,传统含碳质钢包内衬热导率大，使用过程中钢壳温度高，传热快。无碳材料取代传统含碳内衬，热导率由原来的10-18 w/mk降到1-3w/mk ，大幅提高钢包的保温性能，降低LF炉吨钢电耗和电极消耗。,无碳钢包产品技术指标
5、,无碳钢包衬技术特点,高纯铝镁，铝尖晶石材质，超微粉结合，无硅，无磷，无碳，对环境及钢水无污染； 无大型生产设备投入，预制成型，也可现场浇注，喷涂和泵送施工，自流动性能好，施工简便，可快速烘烤，缩短钢包俢砌周转时间； 高温性能优越，抗冲刷，抗侵蚀性好，适合铝镇静钢冶炼操作工艺。,13,现场对钢包外壳温度进行实测，与现行的普碳钢包（使用75次）的钢壳温度相比，无碳钢包（使用125次）的外壳温度降低约80 。,14,无碳包和普碳包模型对比,无碳包 普碳包无碳包与普碳包实测与模拟结果对比,实测和模拟结果呈现一定的对应性。,高碳镁碳和低碳镁碳渣线对比,图 14A渣线 图 低碳渣线14A镁碳渣线砖与低碳
6、渣线模拟结果对比,无碳钢包衬的应用,武钢二炼钢90吨RH钢包，使用寿命80次； 武钢三炼钢300吨LF-RH钢包，使用寿命239次； 鞍钢二炼钢90吨LF钢包，使用寿命90次； 济南钢铁公司150吨LF-VD钢包，使用寿命135次； 中原特钢40吨VOD钢包，使用寿命80次；,17,综合效果,超低碳钢终点碳达到5ppm以下； 钢包烘烤时间平均减少8-10小时； 钢包外壳温度比普通全碳钢包降低60-80，吨钢电耗降低5-8KWh，吨钢电极消耗降低0.08Kg。,3、RH精炼炉用优质环保无铬耐火材料, 含铬残砖因为富含六价铬而毒性超强，且水溶性很好，在雨水的冲刷下，极易流淌至河中，严重污染水源和土
7、壤。饮用污染的水，易引起皮肤病、中毒性腹泻并致癌。, 开发环保无铬耐火材料，既可以解决环境的铬污染问题，又可以缓解我国铬矿资源紧缺问题。, 目前，大部分国家限制使用镁铬砖，我国产业结构调整指导目录（2007年本）已将“含铬耐火材料生产线”列为限制类生产线。, 按国内年拆卸残砖30万吨计，每年可向环境排放Cr6+300吨，为使环境水达到IV级标准（Cr6+0.05mg/L），年需3001000/(0.0510-6)/1000=60亿吨净水稀释；如达到I级标准（Cr6+20mm/炉后果寿命大幅下降底吹失效：特征流量小或不透气原因热震断裂后果加剧烧氧清洗，如烧开，继续使用，但寿命下 降，且 增加劳动
8、强度；如烧不开，则提前下线， 严重影响钢包周转,4、低热应力结构透气元件,应对措施：梯度结构透气元件 改变传统透气砖单一化、同材质、同结构形式为分体梯度复合结构，分别设计材质和进行结构复合，以获得最佳的功能性、抗热震性和抗钢液渗透侵蚀性能。,梯度结构透气元件示意图,传统狭缝型 改进芯板复合型,单一材质 透气元件,复合透 气元件,本体区：普通铝镁浇注料,透气区：高抗侵蚀的芯板组合狭缝结构或透气陶瓷,弥散区：安全标识气室，隔热保温、预热氩气等附加作用,热应力降低65%,在烘包和接钢期间，狭缝型和芯板型透气砖热面产生的最大应力基本相同吹氩结束后，由于受到氩气强制对流冷却，造成透气砖热端温度梯度最大，
9、狭缝型透气砖应力较大的部位主要在透气砖热端狭缝周围产生，应力最大达到356MPa。而芯板型气砖，在热端呈透气砖中心为圆心的圆环形分布，应力最大的地方位于透气砖热端中心处，其值为112MPa说明组合型透气砖在吹氩时受到的热应力损坏程度远小于狭缝型透气砖。,传统狭缝型 改进芯板梯度复合型,透气元件热应力数值模拟,改进材质，去掉了传统狭缝透气砖材质中易于与CaO-Al2O3-SiO2渣反应的CaO成分，改进芯板梯度结构透气砖使用后变质层和渗透层厚度明显小于传统狭缝型，提高了抗渣侵蚀性能。,传统狭缝型 改进芯板梯度复合型,透气元件理化指标,梯度结构透气元件使用前后形貌,芯板梯度结构透气元件特点和优势
10、吹氩流量稳定，钢包流场分布稳定，促进夹杂物上浮效率提高，保证了精炼操作的顺利实施； 片状结构的热导率更大，上下温度更易均匀； 芯板复合结构透气砖有助于热应力的释放，最大热应力比传统狭缝型降低了218%，显著降低了钢包透气砖由于应力集中而在使用过程中发生异常断裂、气道堵塞、吹通失败等问题的频率； 气道易清扫，可大大减少现场烧氧强度或免烧氧； 安全层不仅起到安全警示的作用，还能均匀进入透气砖内的气体温度和压力，缓解了氩气温度和压力急剧变化对透气砖的损伤，提高了透气砖的使用寿命 可根据精炼钢种和渣系CaO/SiO2不同，选用不同酸碱度材质的芯板进行组装，适应不同的精炼需求；,2013-10-24,2
11、9,连铸用功能耐火材料新技术,功能耐火材料应用特点,使用安全可靠和服役稳定性,决定功能耐火材料的服役寿命,提高安全可靠性、服役稳定性,降低热应力，提高功能耐火材料抗热冲击性,提高功能耐火材料的服役寿命,创新理念：梯度复合 1、关键部位的关键使用性能提升,梯度复合,梯度化关键部位材料组成和显微结构优化设计,同步提高抗侵蚀性和抗热冲击性,安全性和寿命较大幅度提高,2、降低热应力，提高抗热震性能 3、赋予材料特定功能,组成梯度复合的设计理念：提高抗侵蚀性或赋予材料特定功能 不同材料，热膨胀系数、热导率不同 表面性能不同：表面张力、表面能、表面缺陷等，如与钢液或渣夜润湿性能不同。 化学组成及矿物相组成
12、不同：是否易于与接触物反应或溶解等不同材料表现出独有的特性，根据所服役环境和参数的要求，合理设计材料的组成及矿物相组成等,结构复合设计理念 微观结构层面的复合 宏观层面的复合 依据断裂力学的理论及所服役环境，设计微观结构及宏观结构： 微观结构： 应力吸收理念（微纳孔应力吸收） 裂纹偏转理念（不同结构性质的材料界面裂纹偏转） 主裂纹的发散 宏观结构： 采用计算机模拟满足应用条件下的热应力最小的结构,设计热应力吸收机制，采用计算机模拟计算结合高温模拟验证结果，将单一材料设计为组成和结构梯度复合的多层材料，从而降低材料受热冲击时内部温度梯度和最大热应力，提高抗热冲击性。,（1）组成梯度,（2）结构梯
13、度,I 层 II 层 III 层,采用数值模拟和高温模拟指导梯度功能耐火材料设计优化 梯度复合优化功能耐火材料关键部位材料的组成结构以调控性能 低热应力、高性能梯度复合功能耐火材料一体化制造技术,主要创新点,低应力长水口,功能：隔绝空气，防止钢液二次氧化,长水口示意图,损毁行为对钢水的影响 热震开裂：功能丧失，钢水氧化、增氮 内部冲刷：产生耐火材料夹杂进入钢坯 渣线侵蚀：过度侵蚀产生穿孔，卷渣产生夹杂、吸氧、增氮,现场操作对钢水的影响 合理的插入深度：插入深度浅容易产生卷渣、吸氧、吸氮等问题 安装：安装倾斜容易导致密封差，吸氧、吸氮；另外产生的偏流对长水口局部冲刷，外部表现为局部红热，长水口过
14、早下线 长水口清洗：小心清洗腕部，使腕部均匀，避免凹凸不平影响密封,密封形式对钢水的影响 未采取密封措施 采取吹氩气保护措施 采取密封垫保护措施 采取“吹氩气+密封垫” 腕部结构对密封的影响 吹氩结构对密封的影响,不同密封形式对钢水增氮增氧的影响,腕部结构对密封的影响,不同腕部密封结构,采用台阶式腕部水口结构更有利于密封，并减少冷钢,吹氩结构对密封的影响,环狭缝式吹氩结构,环槽式吹氩结构,透气环式吹氩结构,环槽式+环狭缝式吹氩结构,环狭缝式吹氩结构和环槽式吹氩结构是主流的氩气密封装置,S1、S2：单一材料,S3、S4：复合材料,不同材料热应力随时间的变化,保护套管结构示意图,19MPa,10.2MPa,低热应力长水口,低热应力、高耐用性复合结构长水口的配置,低热应力长水口结构设计,普通保护套管示意图,
