转炉炉口防粘渣喷补料的研制与应用

在转炉冶炼过程中，经常发生喷溅现象，转炉喷溅的高温熔融物在坠落的过程中，温度逐渐下降、黏度逐渐上升，从而粘附在转炉炉口、炉帽、水箱等部位，随着粘渣物的不断堆积与扩展，最终会导致转炉炉口的粘渣问题。国内外学者从转炉炉口粘渣清理专用设备、防粘渣与粘渣隔离技术、粘渣处理方法等方面开展了对转炉粘渣问题的系列研究，其中，研究的炉口粘渣清理专用设备、氧枪二次燃烧防粘渣技术和吹氧炉口粘渣处理方法在个别炼钢厂进行了实施，但由于设备的专业性强、对操作控制水平要求高而未能大规模推广;采用转炉防粘渣涂料的粘渣隔离技术在国内很多炼钢厂得到应用，但常用的水基粘渣隔离涂料由于涂层厚度薄而存在熔渣侵蚀、渗透、剥落粘渣面覆盖不完整等问题，导致实际应用效果不理想，甚至出现了增大粘渣结合强度与粘渣清理难度的负面效应。

武汉钢铁股份有限公司(以下简称武钢)条材总厂炼钢分厂有2座120t无水冷炉口顶底复合吹炼转炉，在实际生产过程中，虽然在炉口、炉帽粘渣面采用了市售硅酸盐系列防粘渣隔离涂料，但每班仍需采用氧枪烧割与钢钎或拆炉机振打等方法进行2~3次炉口粘渣物的人工处理，此外，每天还要采用氧枪吹氧处理炉口一次，却依然存在炉口粘渣严重而导致下降罩水冷机构破损漏水等问题，制约了转炉生产能力的发挥与冶炼经济指标的改善。针对上述问题，开发了一种以镁碳耐火材料废砖再生料为主要原材料的转炉防粘渣喷补料，并取得了优良的试验效果。

试验研究

1.1 原料选择

选择镁碳耐火材料废砖再生料为主要原材料，采用简单的人工挑选除灰、破碎、磁选与筛分的再生工艺耐火再生料粒度为0.15~1、1~3mm选择粒度0.15~1mm的烧结镁砂为细骨料，80μm的电熔镁砂与碳化硅、45μm的电熔镁砂、粒度小于等于0.15mm的石墨、硅微粉和α-Al?O?微粉为粉料，选择矾土水泥为固化剂，六偏磷酸钠为结合剂，木质磺酸钙为减水剂，聚丙烯纤维为防爆剂。

以镁碳耐火材料废砖再生料为喷补料的主要原材料，大幅度降低了天然原材料的消耗和喷补料成本;采用镁碳耐火材料废砖再生料、烧结镁砂为骨料，电熔镁砂为部分粉料，保持喷补料中MgO含量，提高喷补料对转炉镁碳砖的适应性，防止喷补层与喷补面之间低熔点物质的形成，降低喷补层与喷补面使用工况条件下的结合强度;采用碳化硅与石墨为部分粉料，提高喷补层的耐火性能、抗侵蚀性能与抗浸润性能，降低喷补层表面粘渣速度以及喷补层自身及其与喷补面结合强度;通过硅微粉、α-Al?O?微粉的利用，改善喷补料的搅拌均匀性、喷补流动性与附着性能;以六偏磷酸钠为结合剂、矾土水泥为固化剂，提高喷补层凝固速度，降低喷补料的反弹率;以木质磺酸钙为减水剂，降低喷补施工用水量;通过聚丙烯纤维熔损与挥发作用，提高喷补层的抗崩裂性能，满足转炉高温喷补面的施工性能要求。

1.2 试样制备

按照再生料使用比例约为40%进行了喷补料的配方设计。先将粒度为0.15~1、1~3mm的骨料与聚丙烯纤维进行预混，然后加入其他原料混合均匀，加水搅拌均匀后制成40mm×40mm×160mm试样，根据不同配方试样脱模后快速烘烤的抗崩裂性与力学强度对比，进行了配方优化，确定了符合现场使用要求的喷补料配方，并对该配方喷补料试样进行了相关性能检测和微观结构分析。

结果与分析

由表2可见，研制的转炉防粘渣喷补料中抗侵蚀、抗浸润、耐高温性能优良的C+SiC成分总质量分数大于12%，满足了防粘渣喷补料抗侵蚀与抗浸润的需求，具有良好的粘渣隔离效果;此外，喷补料常温、中温与高温力学强度较低，其中，抗压强度维持在3MPa左右，抗折强度为0.8~2.0MPa，保证了粘渣隔离层的解离性能，满足了隔离层表面粘渣物易剥离与清理的需求。

转炉防粘渣喷补料试样中主要物相有方镁石、碳化硅、尖晶石、碳等。其中，方镁石常呈团分布;碳质颗粒周围粘结相比较少，常有裂隙;基质中有部分尖晶石。

由图1e可知，试样边缘己经烧结，部分基质与骨料(镁碳废砖再生料颗粒、烧结镁砂颗粒)反应结合。由图1f可知，试样中心有部分烧结，骨料与基质未反应结合，试样中气孔比较多，主要为形状不规则的气孔，气孔有大有小。

根据试样岩相检测结果，试样中配入的各种原材料细粉在高温热处理后部分形成了尖晶石新物相，有利于喷补料隔离层与转炉炉口的粘结，防止隔离层在转炉高温运转过程中的脱落;试样中碳化硅等碳质物的存在，改善了防粘渣隔离喷补料的抗澄性能，有利于降低隔离层表面的粘渣速度，延长粘渣清理周期;由于试样中碳和聚丙烯纤维等的氧化、烧蚀以及高温热处理过程中的收缩、膨胀作用，试样中形成了大量的不规则气孔与空隙，降低了试样高温热处理后强度，有利于转炉粘渣的清理、去除。

因此，研制的转炉防粘渣喷补料能够满足转炉粘渣隔离与清理的使用性能要求。

工业性试验与应用

根据配方完成了转炉防粘渣喷补料的制备，于2010年9月在武钢条材总厂炼钢分厂2座120t转炉上进行了2次共3t防粘渣喷补料的半干法工业性喷涂施工试验。

采用专用喷涂设备，通过调整喷涂操作控制参数(压缩空气压力、喷涂角度、喷涂加水量)，在转炉炉口区域表面形成了完整、均匀的粘渣隔离喷涂层，喷涂层厚度达35~50mm，金属壁面的喷涂附着率大于80%，耐火材料表面的喷涂附着率大于90%，满足了转炉金属外壳与炉口镁碳砖表面半干法喷补施工的技术要求，达到了试验目的。确定的喷涂具体工艺参数为：压缩空气压力为0.32MPa，喷补角度为75°，喷补加水量为5.5%左右，喷补施工完毕后可立即投入使用。

基于上述研制转炉防粘渣喷补料的良好试验结果，2011年3月在武钢条材总厂炼钢分厂2座转炉进行了研制防粘渣喷补料的推广应用。应用结果表明，研制的喷补料通过半干法厚层喷补，保证了喷补面粘渣隔离彻底，每班只需喷补1次即可满足粘渣隔离需要;喷补层自身及其与喷补面结合强度较低的特点，有利于粘渣物沿喷补层或其与喷补基体结合面的剥离，降低了粘渣物剥离、清理的难度，每班粘渣清理次数由2~3次减少到1~2次，粘渣清理时间由每次15~30min降到了10~15min，提高了转炉炉口粘渣的清理效率，减少了非生产作业时间。研制防粘渣喷补料应用前后具体效果对比如表3所示。

结 论

1)以镁碳耐火材料废砖再生料为主要原材料研制的镁碳质转炉防粘渣喷补料成本低廉，与转炉镁碳砖具有良好的适应性。

2)研制的防粘渣喷补料施工性能良好，通过半干法喷补施工，可在转炉炉口表面形成完整、均匀的粘渣隔离喷涂层，喷涂层厚度可达35~50mm，喷涂附着率达80%以上，每班只需喷补1次即可满足粘渣隔离需要。

3)厚层喷补层自身及其与喷补面的结合强度较低，降低了粘渣物剥离、清理难度，减少了粘渣清理次数与时间，有效提高了转炉炉口粘渣的清理效率，减少了非生产作业时间;在不改变生产工艺的条件下，可提高转炉生产能力。