脱硫喷枪的选材及制作工艺 江山¨周传雄1 ’王新生¨张德国2 1 ) 中冶集团建筑研究总院 2 ) 北京首钢设计院 前言 铁沟脱硫是一种独特的新工艺，与一般的铁水包或鱼雷罐脱硫有着较大的差异，脱硫喷枪使用 条件更为严酷喷枪除了需要在高温铁水中承受较长时间的喷吹，还要抵抗钒钛铁渣的侵蚀、粘附和挂 接为保证喷枪的使用效果，应该从材质选择、枪体结构、制作工艺、后期维护等方面采取相应的措施 1 承钢脱硫喷枪使用条件的特殊性： 承钢的铁矿石为含钒钛的磁铁矿，其冶炼难度大，铁水【s 估量偏高，转炉脱硫负担重，限制了品种 钢的开发若铁水经炉外脱硫处理，可以降低铁水【s 】含量，减轻转炉负担，优化炼钢的各项技术指标， 也为开发品种，优化品种结构奠定基础1 9 9 9 年承钢自行设计的炉外脱硫工艺采用T D S 法( 顶吹气体 搅拌法) ，即以氮气为载体将脱硫剂经发送罐和喷枪喷入到铁水包中，通过气体搅拌改善脱硫反应的动 力，脱硫剂采用以C a O ，C a C 2 为主的C a 基脱硫剂多年的实践表明：承钢自行设计的炉外脱硫工艺， 对高炉座数多且( S ) 含量高、铁水运输相对紧张的钢铁企业有借鉴作用承钢经炉外脱硫处理后，脱 硫率在5 0 ％左右，达到预期效果。
⋯ 随着承钢的设备更新、技术改造，2 0 0 5 年承钢新建的1 2 6 0 立方米高炉和1 0 0 吨转炉投入使用并提 出了高炉铁水不经过铁水罐倒运，流入脱硫反应罐脱硫后，直接进入混铁炉的设想该工艺设计由 酋钢设计院完成与其他的脱硫工艺相比该工艺有以下特点： ( 1 ) 脱硫铁水温度高，铁水包脱硫温度为1 3 5 0 C ，反应罐脱硫温度为1 4 5 0 “ C i ( 2 ) 喷吹时间长，铁水包脱硫喷吹时间为7 ～1 0 分钟，反应罐脱硫喷吹时间为3 0 ～4 0 分钟： ( 3 ) 钒钛铁渣对喷枪材料侵蚀和粘附，钒钛矿冶炼难度大，高炉渣粘性大，渣铁分离不十分充分高 炉渣对喷枪的侵蚀机理有着特殊性，耐火材料上容易粘渣，清渣工作量大，在清渣的过程中容易造成耐 火衬的机械损毁李健，李庭寿等经过对攀钢钒钛渣浸蚀机理的分析、研究认为，钒钛矿对铁沟耐材的 浸蚀机理不同于普通铁沟，主要的区别是：①耐火材料中的A 1 2 0 3 向钒钛熔渣中溶解．而渣中的C a O 、 T i 0 2 则不断向耐火材料中渗透，造成炉渣粘度增加，熔渣与沟衬的粘接②渣中的T i 0 2 在还原气氛中 会与耐火材料中的C 生成高熔点的T i C ，耐火材料中的碳素不仅起不到提高抗渣性的作用，反而会提高 熔渣的粘度，使熔渣与耐火材料粘结牢固，不易清理口】。
( 4 ) 受到流动铁水的侧压力，与铁水包或鱼雷罐的“静态”铁水脱硫相比，更容易造成“弯枪”这就对喷 枪材料的抗弯、抗折性能提出了更高的要求 ·39 · 2 喷枪材料性能的提高及制作工艺的改进 为适应脱硫喷枪的特殊使用条件，必须在普通喷枪材料的基础上加入特殊的改性材料使材料 性能进一步提高，并对枪体锚固结构、绝热处理等方面做细化处理，才能满足设计、工艺的要求 2 ．1 刚玉一莫来石材质的局限性 一般的喷枪材料为莫来石质( 有的国外资料中称为富铝红柱石) ，莫来石材质在长时间高温度的使 用条件不是十分有利特别是莫来石纯度不高，含有较多杂质时，高温下的剥落、熔损更为严重一般 的强化措施是在莫来石材质中加入刚玉，使主矿物相成为刚玉一莫来石相，来提高高温性能和抗浸蚀性 能单纯的加入刚玉会产生以下三点不足： 1 )过多的刚玉会使材料的热振稳定性变差，枪体耐火材料容易产生开裂；而刚玉量偏少又会影响喷枪 材料对高温铁水的抵抗能力 2 )耐材中的A 1 2 0 3 向钒钛渣中溶解，造成炉渣粘度增加，容易产生粘渣【2 1 ； 3 )材料比重增加，导热系数提高，在同样的使用条件下，枪芯温度较高，不利于枪芯钢管的长时间使 用； 2 ．2 赛隆结合刚玉莫来石材质的优点 基于以上分析我们做了进一步的试验，经反复试验对比得出以下结论。
2 ．2 ．1 赛隆结合刚玉莫来石材料的特性 以S i A l O N 结合刚玉莫来石为主材质，以达到提高高温性能和 抗渣性的目的S i A I O N 具有高温强度高、热振稳定性好以及与铁水、熔渣的浸润角大，难以被高温金 属、熔渣浸润等特点该材质可以长期在还原条件下抗炉渣、铁水以及碱金属的渗透、侵蚀和冲刷，并 具有较低的热膨胀系数，有利于缓解喷枪耐火材料和金属枪芯之间因膨胀系数不同而产生的应力 赛隆结合刚玉莫来石材质已经在高炉陶瓷杯、钢包透气砖等材料中得到应用【3 l 2 ．2 ．2 试验过程为了验证赛隆结合刚玉莫来石材质作为钒钛铁水脱硫喷枪材料的适用性，我们以原有 的喷枪配比为基础，加入不同比例的赛隆做了对比试验，测试了材料的热态抗折强度和坩埚法抗渣性能， 具体试验数据详见表1 和图1 表1 喷枪材料对比试验结果 2 ．2 ．3 试验结果由表1 和图l 可以看出随着赛隆的加入，Q 5 ，Q 4 的抗渣试样基本未被熔渣侵入内部， 材料的热态强度明显提高，比普通的莫来石提高一倍多，抗渣性也得到进一步的改善 2 ．3 制作工艺的改进 制作过程中采用枪芯绝热措施，保证在较长的使用过程中，枪芯温度不致于过度升高，使钢芯保持 ·40 · 较高的强度。
图1 抗渣试样照片 绝热层还可以缓冲枪体耐火材料和枪芯钢材的膨胀应力 此外，我们还对喷枪的锚固结构做了进一步的优化使枪芯通过锚崮结构与枪体耐火材料形成一个 整体，而又避免了过多的锚固件受热膨胀而造成枪体耐火材料的开裂 2 ．4 现场维修工艺、维修材料的配套开发 脱硫喷枪使用时间长、铁水温度高、生产节奏快，为了保证喷枪的使用寿命，现场维护、检修 是必不可少的为满足生产需要，我们开发了与喷枪材料相匹配的热态喷补料，在现场利用喷吹的间隙 时间，采用小型可移动式喷补机对喷枪进行热态维修，利用喷枪枪体的余热使喷补材料实现硬化、粘结、 干燥、烧结 3 结语 脱硫喷枪使用温度高，条件恶劣，连续使用时间长，钒钛铁水及少量熔渣对耐火材料的侵蚀 机理特殊又容易粘附对喷枪材料及制作提出了更高的要求通过试验可以得出以下结论： ①添加赛隆材料可以显著地提高材料的热态抗折强度及抗渣性； ②制作过程中采取枪芯绝热措施可以降低使用过程中枪芯的温度，使其保持较高的强度； ③锚固结构优化可减少金属材料膨胀造成的枪体开裂和导热系数增大的问题； ④维修材料的配套开发可以实现喷枪的热态维修，提高喷枪的寿命和作业率 参考文献 [ 1 】白瑞国、张兴利、刘玉伟、韩春良 承钢妒外脱硫的应用全国铁水预处理技术研讨会文集1 3 8 【2 】李健，李庭寿等攀钢冶炼钒钛磁铁矿铁沟材料粘渣原因探讨．第八届全国耐材青年报告会，2 0 0 1 年9 月1 2 9 —1 3 3 [ 3 1 - r ．- 美一，彭迭岩，文洪杰．赛隆结合刚玉复合材料的研究进展及应用现状．耐火材料，2 0 0 5 ，3 9 ( 3 ) 1 9 9 ～2 0 2 [ 4 】孙荣国，薛文东，孙加林，洪彦若．氮化硅对刷玉质高炉喷补料抗渣性的影响．耐火材料，2 0 0 5 ，3 9 ( 3 ) 2 1 8 —2 1 9 。