铁水预处理耐火材料.docx

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铁水预处理耐火材料

序号（学号）：

1109110132

南京工业大学材料科学与工程学院课程论文

铁水预处理用耐火材料

课程名称耐火材料

姓名周家兴

系别金表系

专业冶金工程

班级冶金1101

指导教师唐明亮

论文评分

2013年1月7号

目录

1、摘要……………………………………………………………1

2、前言……………………………………………………………2

3、铁水预处理用耐火材料常见分类……………………………2

3.1出铁沟用耐火材料…………………………………………2

3.2鱼雷混铁罐车用耐火材料……………………………………2

3.3喷枪用耐火材料………………………………………………3

3.4铁水搅拌器用耐火材料………………………………………3

4、铁水预处理过程中，耐火材料主要遭受的侵蚀……………4

4.1处理剂对耐火材料的影响……………………………………4

4、2脱P剂与耐火材料的反应……………………………………5

4.3铁水预处理中耐火材料的作用………………………………5

5、国内外铁水预处理用耐火材料的现状与发展………………6

6、参考文献………………………………………………………7

铁水预处理耐火材料

1、摘要

摘要：

随着时代社会的发展，铁水预处理逐渐成为了衡量现代钢铁生产流程水平与钢铁产品高质量水平的重要标志。

而铁水预处理的实施的前提就是要合理的选择铁水预处理用耐火材料，本文主要介绍铁水预处理中常见耐火材料的分类，常见耐火材料的侵蚀，以及耐火材料要求和用途，最后谈一谈对铁水预处理用耐火材料的前景和展望。

关键词：

铁水预处理、耐火材料

Abstract:

withthedevelopmentofsociety,thehotmetalpretreatmenthasgraduallybecomeanimportantsymbolofmodernironandsteelproductionandsteelproductsofhighqualitylevel.Refractorymaterialformoltenironpreselectionpreconditionandhotmetalpretreatmentistomakereasonableprocessing,theclassificationofcommonrefractorymaterialmainlyintroducesthehotmetalpretreatment,erosionofcommonrefractoriesandrefractorymaterials,therequirementandapplication,finallytalkaboutthehotmetalpretreatmentwiththeprospectofrefractories.

keywords:

hotmetalpretreatment,refractorymaterial

二、前言

近一个世纪以来，科学技术进步使钢铁工业得到了前所未有的发展，钢铁材料仍然是21世纪人类使用的最主要材料。

随着工业技术的不断进步，化工、造船、石油、电力等行业对钢材的质量要求越来越高，钢水炉外精炼和铁水预处理是20世纪中叶以来，钢铁行业迅速发展起来的两项重要工艺技术，是现代钢铁生产流程水平与钢铁产品高质量水平的重要标志，是优化重组的钢铁工艺流程中独立的、不可替代的工序。

铁水预处理技术的迅猛发展与钢水精炼技术前后呼应，经济分工，形成了系统的炉外处理技术。

铁水预处理已成为提高钢产品质量，扩大钢材品种，降低成本的重要工艺手段。

三、铁水预处理用耐火材料常见分类

铁水预处理通常在高炉出铁沟、鱼雷混铁罐车和铁水包中进行，铁水预处理

用耐火材料一般指用于下列几方面的耐火材料。

（1）出铁沟用耐火材料；

（2）鱼雷混铁罐车和铁水包用耐火材料；

（3）喷枪用耐火材料；

（4）铁水搅拌器用耐火材料。

3.1出铁沟用耐火材料

铁沟的耐火材料与主沟不同，他平时不储存铁水，没有长时间高温铁水及渣的浸泡，因此其渗透冲刷的破坏没有主沟严重；但铁沟属于高温下不连续使用，因此，热破坏较强，要求材料的抗热震性能好。

由于铁水的渗透性强，破坏性较大，所以要求耐火材料致密，抗氧化性能好。

免烘烤捣打料有其独特的性能，不用烘烤就可以投入使用；但由于使用液态树脂，有一定挥发性，对环境影响不好。

3.2鱼雷混铁罐车用耐火材料

我们所知道的三种导致侵蚀的作用：

化学作用、热应力作用、机械冲击作用。

单看化学作用，预处理剂加入后不仅会氧化碳复合材料中的碳，而且如果渣的碱度越大危害就更大。

具体的在鱼雷罐车中使用的脱P剂FeO-CaO-CaF-Na2CO3其中的SiC抗氧化剂会优先于石磨氧化来保护石磨，若是SiC位于材料表面氧化形成了SiO2，作为一层玻璃相覆盖在表面并填充气孔，按理说也是可以防止渣渗入材料内部进一步氧化。

但实际上并非如此，由于加入预处理剂后渣的碱度过高，往往生成Na2O.SiO2低熔融温度、低粘度的液相融入到渣中。

另外，上面的反应中也有很多气相生成，气相跑掉后材料内部气孔率增大，使渣的渗入更加容易。

鱼雷混铁罐车耐火材料内衬，按使用条件和耐火的应用，大致分为：

隔热安全衬、罐口、渣线、渣线以下和铁水冲击垫衬等部位。

通常，混铁罐车耐火材料内衬，在不同部位上采用不同的材质的耐火材料综合砌筑。

不进行铁水预处理的混铁罐车内衬一般用优质粘土砖和高铝砖砌筑，在渣线部位采用AL2O3-SiC-C砖（即ASC砖）代替硅酸铝系耐火砖。

在进行铁水预处理的混铁罐车中，由于使用环境恶劣，粘土砖和高铝砖已不能满足使用要求，已普遍改用耐侵蚀性能好的ASC砖砌筑内衬。

3.3喷枪用耐火材料

喷枪浇注料则按照不定耐火材料通用制样工艺，先按照实验方案配料，然后根据料多少选择拌砂机容积和型号。

喷枪用耐火材料使用温度在1260～1320℃之间，主要存在的使用问题：

铁水、铁渣对喷枪耐火材料的冲刷和侵蚀，多次热震造成的喷枪耐火材料的裂纹和剥落，喷枪使用过程中的摆动对喷枪的机械损害等；喷枪的使用环境要求和使用过程中存在的一系列问题，决定了喷枪耐火材料的研究思路。

喷枪在烘烤过程中出现炸裂现象，主要因为烘烤过程中排水过快，通过添加有机纤维和控制升温速度解决了这个问题。

喷枪在养护后的搬运过程中，容易造成中间裂纹，为保证足够的常温强度，又添加了一定量的不锈钢纤维。

合理加入量的防爆纤维防止了喷枪烘烤过程中的炸裂，钢纤维的加入既保障了喷枪的常温强度又保障了在使用过程中具有较好的热震稳定性，所选择的主材质和添加剂，既满足了喷枪的正常搬运安装，又满足了高温使用环境的需要。

3.4铁水搅拌器用耐火材料KR法铁水预处理中使用的耐火材料。

此法的工艺流程是先将耐火材料制成搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。

当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形旋涡（中间低，四周高），此时加入脱硫剂。

针对KR法铁水预处理的工艺特点对搅拌头预制件的使用要求，确定KR搅拌头采用耐热钢纤维增强刚玉莫来石质超低结合浇注料进行预计；主要原料油全天燃料莫来石、红柱石、电熔白刚玉、刚玉微粉、硅微粉、莫来石微粉、纯铝酸盐水泥、耐热钢纤维等。

四、铁水预处理过程中，耐火材料主要遭受的侵蚀

铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。

铁水预处理的部位，也就是耐火材料所选用的区域，包括：

高炉出铁口、鱼雷混铁车以及铁水包。

前者主要进行脱Si处理，通常加入氧化铁系脱硅剂，如铁鳞、铁矿石、CaO等;后者则主要进行脱S脱P处理，通常加入CaO、Na2CO3加入的各种预处理剂本来是为了三脱处理，可是也会作为供养物质使对应部位尤其是渣线处的耐火材料被侵蚀。

所以说提高这些部位碳复合耐火材料抗侵蚀能力很重要。

因此要想有一个良好的铁水预处理环境，其耐火材料的选用就至关重要。

一般而言铁水的出炉温度大约在1200度左右，此时的铁水中S、P、Si含量高，杂质含量多，会对预处理作用时的材料有一定的侵蚀作用。

另外在与处理过程中处理剂的选用也会对炉衬熬成一定的侵蚀，由此预处理用耐火材料的选用需要综合考虑其性能，以下谈一谈在预处理过程中耐火材料主要遭受的侵蚀来源和侵蚀机理。

4.1、处理剂对耐火材料的影响

进行脱S脱P处理，通常加入CaO、Na2CO3加入的各种预处理剂本来是为了三脱处理，可是也会作为供养物质使对应部位尤其是渣线处的耐火材料被侵蚀，在各种处理剂中，对耐火材料影响较大的是Na20、FeO、CaF2。

FeO在1400℃时与各种氧化物反应生成液相，其中液相的生成量以MgO最高，A1203次之SiO2最少。

在Na20和CaF与各种氧化物发生反应中，A12O3和MgO中生成的液相量最少。

由实验可知Na2C03处理剂对耐火材料的侵蚀最为严重，而MgO、Al2O3和镁尖晶石类耐侵蚀性最好。

除此添加石墨可有效抑制炉渣的浸润，很好的防止了炉渣渗入，阻碍了炉渣进一步的侵蚀，保护炉衬。

含C耐火材料在铁水预处理条件下的抗氧化性能以赛隆结合的SiC砖最佳，A1203-SiC-C砖次之，Al-C砖与Mg-C砖相当。

在埋炭烧成或氮化烧成条件下，适宜的Si3N4、BN添加剂加入可改善含C耐火材料的抗氧化性与抗侵蚀性能；Si3N4改性Al-C砖基质中有赛隆相生成

4.2、脱P剂与耐火材料的反应

高Fe2O3量的脱P剂对Mg质耐火材料侵蚀严重．对Al基耐火材料的侵蚀较弱，综合考虑炉衬寿命及工艺因素，采用Al质耐火材料内衬对铁水预处理的脱P过程有利。

脱P剂主要可分为Na2C03系和CaO系。

在使用Na2CO3系处理剂时，Na2O／SiO2比率越大，砖的蚀损越大；在使用CaO系处理剂时，CaF/CaO比率越大．砖的磨损越大（见图l和图2）。

抗含FeO脱P渣侵蚀的能力依次为：

赛隆结合SiC砖>氮化烧成的Al—C砖>A1203-SiC-C砖>Al-C砖≥Mg-C砖。

对复合少量Na2C03的CaO系、Mg基脱S剂的脱S渣．氮化烧成的Al-C砖、Al-C砖及A1203-SiC-C砖的抗侵蚀性均较强。

从Mg基脱S剂脱S渣对A1-C质材料的侵蚀试验结果看，MgO易于在渣与基质或骨料的界面形成铝镁尖晶石层带，对抵抗Na2O的侵蚀和提高材料的抗热震性有利。

图1Na20／Si02比率与蚀损率之间的关系图2CaF/CaO比率与蚀损率之间的关系

4.3、铁水预处理中耐火材料的作用

试验证明，作为内衬材料以A12O3-SiC-C系、MgO-C系、镁尖晶石-C系砖较为理想。

制品中A12O3和MgO可提高耐蚀性，C可提高耐剥落性和耐渣浸润性，SiC可防止氧化。

由于MgO及AL2O3原料在Na20、CaF2的作用下．液相的生成量较小，选为主原料可提高制品的耐蚀性。

原料纯度高，使用比例大，对制品耐蚀性有一定的好处，但是纯度高的刚玉及镁砂其弹性模量亦高．导致渣的浸润性增大，使用中易出现结构剥落。

改进的方法是添加石墨。

通过添加石墨可抑制炉渣的浸润，进而提高制品的抗渣性和耐剥落性。

石墨在使用中会受到氧化，如受CO：

的影响和处理剂Na2O的影响很大，特别是Na20的影响，其反应为：

2Na20+C=4Na+C02或Na2O+C=2Na+CO，最终导致氧化2Na20+C=4Na+C02。

简而言之：

在铁水预处理过程中，耐火材料遭受的侵蚀破坏作用主要是以下几个方面：

（1）高温铁水和炉渣的强烈冲刷磨损作用；

（2）各种预处理剂的化学侵蚀作用；

（3）炉渣的渗透和侵蚀作用；

（4）间歇操作带来的温度聚变作用；

（5）扒渣等机械损坏作用。

因此，对铁水预处理用耐火材料的要求是：

（1）高温强度大，耐磨损；

（2）耐各种预处理剂的侵蚀作用；

（3）抗炉渣的侵蚀性能好；

（4）耐热震性能好，不发生开裂、剥落掉片；

（5）便于现场应用和施工，对环境污染少。

五、国内外铁水预处理用耐火材料的现状与发展

随着科学技术进步使钢铁工业得到了前所未有的发展，而铁水预处理已成为提高钢产品质量，扩大刚才品种，降低成本的重要工艺手段。

铁水预处理主要包括脱磷、脱硫、脱硅的“三脱”技术。

我国对铁水“三脱”技术的研究起步较晚，为了较快速度、较高起点的开发和应用铁水“三脱”技术，宝钢、武钢、上钢三厂于90年代初期分别从日本和西德引进了混铁车喷吹、KR搅拌，铁水包喷粉和摇包等铁水预处理工艺和装备，经过进一步的改进及多年的生产实践，我国铁水“三脱”技术已日趋完善，并已取得显著地经济效益。

国内研究主要集中在AL2O3-SiC-C砖（即ASC砖）的组成、性能于材质开发上，耐火材料不定形化已是一种必然趋势。

今后，铁水预处理作为生产高级钢不可缺少的工艺方法会不断发展。

因此，须应付脱P比率的升高，并开展提高处理效率或降低成本等方面的研究。

现用A12O3-SiC-C砖的耐蚀性有限。

MgO材质作为理论上优异的材质需开发应用，因为高MgO含量颗粒的品间相对于使用效果的平衡极其重要，耐火材料基质相比大颗粒骨料的粒度小，故先侵蚀基质并削弱骨料的结合，从而导致体积损失较大。

可以认为，今后铁水预处理炉内衬材料的发展方向是MgO-C砖、镁尖晶石-C砖。

同时，还应该严格控制生产技术质量，获得尚佳的耐火材料性能，有助于耐火材料成本最低。

参考文献

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