钢铁工业技能提升及耐火砖的运用
近年来，我国钢铁工业取得了长足前进，技能创新触及炼铁、炼钢、炉外精粹以及连铸等冶金范畴的各个方面，首要环绕高效低本钱锻炼、高功用钢铁产品开发以及节能减排等进行了许多研讨。在炼铁方面，首要是经过优化原燃料结构和高炉操作参数，开发低档次和廉价的原燃料运用技能;在炼钢方面，首要是环绕转炉容量大型化展开锻炼进程工艺优化以及全自动化锻炼方面的研讨;在精粹方面，开发了铁水和钢水100%炉外处理下的新工艺和多功用精粹形式;在连铸方面，首要环绕怎么前进连铸机出产率和连铸坯质量展开研讨。为了推进钢铁工业的技能前进，满意冶金进程和工艺对耐火材料的需求，一些碱性耐火材料、高功用绝热资料、功用性耐火材料以及节能环保型耐火材料被连续开发，并在钢铁工业得到了广泛运用。
近年来，我国的钢铁工业取得了长足的前进，在出产规模和粗钢产量不断扩大的一起，装备水平、工艺技能、品种质量亦得到了大幅度的提升，技能前进对钢铁工业的展开具有重要的支撑和引领效果。与此一起，为了推进钢铁工业的技能创新，一些耐火材料新技能和新工艺在钢铁冶金范畴亦取得了广泛的运用。
1 钢铁工业技能前进
近年来，我国钢铁工业的技能创新取得了显着的展开，触及到炼铁、炼钢、炉外精粹以及连铸等冶金范畴的各个方面，首要环绕高效低本钱锻炼、高功用钢铁产品开发以及节能减排等进行了许多研讨。
1.1 炼铁
在炼铁方面，首要是经过优化原燃料结构和高炉操作参数，开发低档次和廉价的原燃料运用技能。
质料结构的优化首要会集在焦炭配煤结构优化、喷吹煤结构优化以及烧结配矿结构优化。
焦炭在高炉锻炼中起着炉料骨架、还原剂、发热剂和渗碳剂的效果。在现在高炉大型化、高喷煤比的锻炼条件下，焦炭的骨架效果显得尤为重要。焦炭质量是由主焦煤的配入量来确保的，而影响焦炭本钱的首要在配煤上。因而，在确保焦炭质量的前提下，近年来人们关于怎么在焦炭中添加残次煤以及削减配煤中的焦煤进行了研讨，并取得了许多研讨成果。
高炉喷煤技能已成为现代高炉炼铁出产节焦增铁、降本增效、改善锻炼进程和促进高炉顺行而广泛选用的技能措施。跟着传统喷吹用无烟煤资源的不断削减，近年来人们相继开发了烟煤和褐煤等煤种的喷吹技能。
在烧结配矿方面，为了运用廉价的褐铁矿和高Al2O3铁矿石，别离开发了褐铁矿配料技能和烧结矿氧化铝关闭技能。经过配加结构细密的巴西和南非进口矿粉、恰当添加燃料用量、延伸点火时刻、前进料层厚度和烧结矿碱度等一系列工艺手法，使烧结矿中的褐铁矿配比达到了60%左右。经过恰当前进烧结温度，添加FeO含量和配加MgO的办法，处理了高Al2O3烧结矿液相缺乏的问题。
高炉操作首要会集于精料、富氧、高压、喷煤和风温等参数的优化，有效地增大了锻炼强度，高炉运用系数进一步前进。
1.2 炼钢
在转炉炼钢方面，技能前进首要触及以下几个方面。
(1)转炉容量日趋大型化
2001年我国100吨以上的大型转炉只要30座，2013年添加到了345座，大型转炉的出产才能添加了14倍。其间，300吨转炉从2001年的3座添加到2013年的11座。现在，我国100吨及以上转炉的产能约占全部转炉产能的67.5%
(2)转炉锻炼工艺进程进一步优化
依据热力学和动力学条件，优化炼钢各工艺进程。现在，我国的大、中型转炉炼钢厂基本上都装备了铁水脱硫设备和钢水二次精粹设备。这些炉外精粹设备的装备，不光进一步优化了转炉锻炼的工艺进程，一起也为高附加值钢种的出产供给了有利条件。
别的，关于高磷铁水，一些企业还开发了顶底复吹双渣和留渣工艺，为高效低本钱稳定化出产供给了技能确保。
(3)转炉全自动化锻炼技能
跟着相关检测技能的展开，以副枪为根底的动态操控技能在大型转炉上遍及运用，基本上完成了“一键式”操控不倒炉出钢的自动化炼钢。转炉结尾双命中率([C]为±0.02%，温度为±12℃)可达80%以上，出产功率大幅度前进，耗费显着下降。
(4)“负能”炼钢技能
近10年来，跟着锻炼新技能的集成以及管理和操作水平的前进，我国转炉的“负能” 炼钢技能得到了迅速展开。所谓的“负能” 炼钢，就是转炉炼钢工序所耗费的总能量小于收回的总能量，即转炉炼钢进程中的能耗小于零。
转炉炼钢进程中所耗费的能量首要有：氧气、氮气、焦炉煤气、电和蒸汽;收回的能量首要有：转炉煤气和蒸汽。传统“负能炼钢技能”定义是一个工程概念，表现了出产进程转炉烟气节能、环保综合运用的技能集成。
转炉负能炼钢的首要技能经济指标：煤气均匀收回量为90 m3/吨钢，收回煤气的热值大于7MJ/m3(CO含量大于55%)，蒸汽均匀收回量为80Kg/吨钢，排放烟气含尘量为10 mg/m3。
(5)转炉运用寿命进一步前进
炉龄是转炉炼钢的重要技能指标，前进炉龄即意味着下降出产本钱、前进出产功率。溅渣护炉是前进转炉运用寿命的一项重要技能手法，是运用高速氮气将成分调整后的剩下炉渣喷溅在炉衬外表，构成溅渣层，以减轻高温炉渣对耐火材料外表的冲刷和腐蚀。别的，优质镁碳砖的开发和运用，对转炉运用寿命的进一步前进也起到了积极效果。
1.3 炉外精粹
炉外精粹技能前进首要有以下几方面：(1)铁水和钢水100%进行炉外处理;(2)依据工艺和质量需求，选用组合化和多功用精粹化形式。
开发的组合化和多功用精粹化形式首要有：(1)以钢包吹氩为中心，与喂丝、喷粉、化学加热以及合金成分微调等一种或多种技能相结合的精粹工艺;(2)以真空处理设备为中心，与上述技能中之一种或多种技能相结合的精粹工艺;(3)以LF炉为中心，与上述技能及真空处理等一种或几种技能相结合的精粹工艺;(4)以AOD为主体，包含VOD转炉顶底吹出产不锈钢和超低碳钢的精粹技能
1.4 连铸
连铸方面的技能创新首要是环绕着连铸机的出产率和铸坯质量进行的。
(1) 前进连铸机出产率
影响连铸机出产率的首要要素有两个方面：一是连铸机的作业率，二是连铸机的拉速。
为了前进连铸机的作业率，在以下方面进行了许多技能创新：1)前进连浇炉数，2)经过优化结晶器电镀工艺和电镀层厚度，前进结晶器运用寿命，3)漏钢预告技能，4)异钢种接浇技能，5)中心包浇注水口快速替换技能，6)浸入式水口防阻塞技能。
为了前进连铸机拉速，选用的新技能有：1)改进结晶器锥度，按捺裂纹、漏钢以及菱度缺点，2)结晶器液面动摇操控技能，3)结晶器振荡技能，4)结晶器维护渣技能。
(2)连铸坯质量操控
影响铸坯质量的要素来自两个方面，一是钢水的洁净度，二是铸坯外表缺点。
为了前进钢水的洁净度，一方面是去除液体钢中的氧化物搀杂，进一步净化进入结晶器的钢水;另一方面是避免钢水再次遭到污染。为此，在以下几个方面进行了研讨：1)维护浇注技能，2)中心包冶金控流技能，3)下渣和卷渣避免技能，4)结晶器钢水活动操控技能。
关于铸坯外表缺点，首要经过以下技能加以操控：1)结晶器液面操控技能，2)结晶器振荡操控技能，3)结晶器坯壳成长均匀性操控技能，4)结晶器内钢液活动操控技能。
除此之外，为了前进铸坯中心细密度，还开发了低温浇注技能、轻压下技能、电磁拌和技能以及凝结末端强制冷却技能等。
2 耐火材料运用
为了推进钢铁工业的技能前进，满意冶金进程和工艺对耐火材料的需求，一些低本钱、高功用的耐火材料被连续开发，并在钢铁工业得到了广泛运用。
2.1 高功用耐火材料的运用
(1)碱性耐火材料的运用
近年来，因为高速铁路用钢、轿车用IF钢、先进高强度钢、高牌号取向和无取向电工钢、高强度船板钢、X80级油气运送管线钢、高质量轴承用钢以及弹簧钢丝等高质量钢需求量的添加，洁净钢锻炼技能得到了快速展开。
在洁净钢锻炼进程中，除了先进的工艺和技能之外，耐火材料对洁净钢锻炼进程和钢水质量亦有较大影响。即，在钢质量钢的出产进程中，有必要运用高功用的耐火材料才干满意洁净钢锻炼进程和钢水质量的需求。
耐火材料对钢铁锻炼进程以及钢水质量的影响首要是经过影响钢中[O]含量来进行的。耐火材料分化和向钢液中的传氧才能能够用下式标明。
式中，-耐火材料的氧势能指数;-耐火材料中i组分的标准吉布斯生成自由能;组分的相对分子质量;组分的密度;组分在耐火材料中的摩尔分数。
由(1)式能够核算出各种常用耐火材料的氧势能指数。耐火材料的氧势能指数越大，标明其开释氧气、向钢中传氧的才能越大。图1示出了耐火材料各组分的氧势能指数与加热温度间的联系。
图1 耐火材料各组分的氧势能指数与加热温度间的联系
由图可见，耐火材料的氧势能指数按着其化学性质由酸性→中性→碱性的改动而减小;关于某一耐火材料组分来说，其氧势能指数则跟着温度的升高而增大;在温度必定的条件下，具有酸性组分的耐火材料越容易向钢液中传氧，并且各种耐火材料组分向钢液中传氧的才能跟着温度的升高而增大。
耐火材料不光影响钢中非金属搀杂物含量，并且还会对钢中硫含量发生影响。一旦钢中[O]含量添加，就会经过下式影响锻炼进程中的脱硫，或使钢液回硫。
CaS+[O]=CaO+[S] (2)
因而，为了操控洁净钢锻炼进程中由耐火材料向钢液中的传输，削减非金属氧化物的含量，运用碱性耐火材料就成为锻炼洁净钢的前提条件。
研讨标明，含碱性组分的耐火材料，其对钢水洁净度影响的次序为MgO-CaO>MgO-Al2O3>Al2O3-MgO。Al2O3-MgO系耐火材料对去除钢中搀杂物没有效果，MgO-Al2O3系耐火材料有必定效果，而MgO-CaO系耐火材料则有显着效果。关于MgO-CaO系耐火材料，CaO含量越高，其对去除搀杂物的效果越显着。
图2和图3别离示出了耐火材料中CaO含量对钢中S和P杂质元素去除的影响。
图2 耐火材料中CaO含量对钢中S含量的影响
图3 耐火材料中CaO含量对钢中P含量的影响
(2)纳米微孔绝热资料的运用
钢包耐火材料的绝热功用对钢水温降、钢质量以及锻炼进程亦具有重要影响。经过操控钢水在钢包内的温降，不光能够恰当下降转炉吹炼结尾温度，一起，也会削减钢液中的合金元素的氧化。
转炉吹炼结尾时的钢液中氧含量和钢中碳含量及锻炼温度有关，经过对转炉吹炼结尾的钢中氧含量、碳含量以及温度进行回归剖析可得如下联系式：
a[O]=20.18/[C]+1.42T-1795.56 (3)
式中，a[O]为钢中氧活度，×10-6;[C]为钢中碳的质量分数，%;T为吹炼结尾温度。
由式(3)核算可知，假如出钢温度上升10℃，则吹炼结尾的钢中氧含量将添加(14——16)×10-6。添加的钢中氧含量，在钢水降温进程中将同合金元素反响，使钢中的合金元素氧化，并生成相应的搀杂物。因而，在确保浇注进程顺利进行的前提下，应尽可能下降转炉的出钢温度。
一般来说，钢包包衬首要是由绝热层、永久层和作业层组成的。其间，绝热层耐火材料的功用，特别是绝热层耐火材料的热传导率对钢包的温降具有重要影响。
现在，绝热功用最好的是纳米微孔绝热资料，其在各温度下的热传导率如表1所示。
表1 微孔绝热资料的热传导率
当作业层和永久层维护层别离选用镁碳砖和高铝浇注料，并设定各层厚度别离为镁碳砖160mm、高铝浇注料90mm、微孔绝热板5mm、钢板20mm时，依据包衬资料的热传导率，运用热传导公式及热平衡核算出了钢包盛接150吨1650℃钢水时包衬各资料的温度，如表2所示。
表2 钢包各衬层的温度
运用相同办法核算了无微孔绝热资料时钢包包壁外壳的钢板温度，冰脸温度为422℃，比运用了微孔绝热资料时的钢板温度高131℃。
比较上述核算结果可知，钢包经过运用绝热资料，能够显着下降钢板温度，即，削减热丢失通量，下降钢水温降。
实际上，除了钢包，任安在冶金进程中触及绝热保温的容器，例如，转炉、中心包、铁水包以及加热炉等，均能够经过运用上述纳米微孔绝热资料取得效益。
(3)功用性耐火材料
功用性耐火材料首要是指耐火材料除了其自身所具有的高温功用之外，还被赋予了一些特别的功用，以满意其运用需要。其间，防阻塞浸入式水口是首要的功用性耐火材料之一。
在高功用钢的锻炼进程中，为了操控钢中的自由氧含量以及前进钢原料量，精粹进程中一般要参加很多的脱氧合金进行深脱氧和合金化。在连铸进程中，当钢液由中心包经浸入式水口流入结晶器时，因为氧化物搀杂在水口内壁的附着和堆积，使水口发生阻塞。
水口阻塞与钢水成分、脱氧办法、浇注温度和时刻、水口原料和形状等要素有关。水口阻塞以铝镇静钢、含铝高的钢、稀土钢、含钛钢最为严峻。阻塞物的矿相组成，首要是α-Al2O3和FeO的混合物。
水口阻塞会引起拉速减慢或流速不匀，导致连铸操作不稳定;一起还会引起偏流而导致卷渣，阻塞物掉落进入钢水中将添加钢水搀杂物，从而严峻影响铸坯质量，乃至形成连铸中断事端。因而，为了避免水口阻塞，到现在为止人们现已进行了许多的研讨。
现在现已研讨和开发的水口防阻塞的首要办法有：
1)选用复合水口：即，在传统的Al2O3-C水口内侧附加一层防阻塞内衬。常用的资料有：ZrO2-CaO-C系原料，O’-ZrO2-C系原料，Sialon-石墨系原料，锆莫来石-CaF2系原料以及Al2O3-锆莫来石-CaO-C系原料等。
2)选用新型资料：选用界面张力较大的BN代替部分石墨，下降钢水对水口的潮湿性，削减钢中氧化物搀杂在水口内壁的附着。
3)改进水口结构：选用带环形透气塞的水口、带镶嵌透气塞的水口、狭缝吹气水口、变径水口等。别的，依据浇注钢种、浇注速度、结晶器断面尺度等改动钢流出口角度，也能够有效地按捺水口阻塞。
4)通电水口：在水口外壁和中心包之间设置电源，经过电流操控水口内壁的搀杂物吸附。现在，尽管运用电流操控水口阻塞的机理尚不非常清楚，但效果是显着的。选用的电流有直流电流和脉冲电流等。
2.1 节能环保型耐火材料的运用
跟着钢铁工业逐步转入新常态以及国家环保方针的不断施行，节能环保型耐火材料在钢铁范畴亦取得了广泛的运用。
(1)节能环保型耐火材料
1)环保型无碳“水基”转炉大面料
现在，常用的传统转炉大面料多为沥青系，即，以沥青为活动介质以及结合剂(碳化后)。因为沥青系转炉大面料具有烧结时刻过长、烧结烟气污染环境、耐火材料结构不细密、抗渣侵耐冲刷性差、运用寿命短等许多缺点。而开发的环保型无碳“水基”转炉大面料，在烧结时刻、运用寿命以及环保功用方面均显示出了显着的优势，特别是修补料耗费可下降至传统沥青系大面料的1/3 左右。
2)中心包免烘烤干式料
传统的中心包干式料首要是以酚醛树脂为结合剂，参加量一般在4%左右。运用此结合剂尽管不会下降耐火材料的高温功用，有利于前进中心包的运用寿命得，但是树脂低温烘烤时要开释出各种有机物气体，例如，氨气、甲醛、苯酚、烷基酚以及烷基苯等。这些气体不光环境，并且还会对现场施工和操作人员的身体健康形成损害。
新开发的免烘烤干式料选用特别的结合剂，为无机资料，成型后不需要烘烤，常温放置30min左右即可取得足够的脱模强度。这不仅消除了干式料在运用进程中对环境所发生的污染，一起也下降了煤气耗费，削减了碳排放。
(2)用后耐火材料的再生运用
我国每年约发生近900万t的用后耐火材料。怎么运用这些耐火材料，不光关于耐火资源的高效运用，一起关于节能环保亦有重要意义。
关于用后耐火材料，依据其特点选用不同的处理工艺削减或消除用后耐火材料中所含有的废钢、残渣以及其他有害物质，以满意其作为再生耐火材料的运用需求。现在，选用的首要技能措施有：拣选分类、切除作业层和过渡层、破碎、分级、均化等。为前进用后耐火材料的再运用率，关于不同品种的用后耐火材料，应开发相应的再生处理工艺以及相关处理设备。
3 定论耐火材料运用
近年来，我国的钢铁工业取得了长足的前进，技能创新触及炼铁、炼钢、炉外精粹以及连铸等冶金范畴的各个方面，在高效低本钱锻炼、高功用钢铁产品开发以及节能减排等展开了许多研讨，取得了显着地科技成果。为了推进钢铁工业的技能前进，满意冶金进程和工艺对耐火材料的需求，一些碱性耐火材料、高功用绝热资料、功用性耐火材料以及节能环保型耐火材料被连续开发，并在钢铁工业得到了广泛运用。
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