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转炉炼钢是今朝宇宙上应用最遍及的炼钢办法之一，因其效率高、锻炼周期短，产钢成本较低，并且适当多种钢种的锻炼而成为炼钢方法的干流。据统计，转炉炼钢活着界粗钢总产量中占比达70%以上。而我国转炉炼钢占粗钢产量比例高出了90%，见图1。据华夏钢协统计，截止年，我国公有炼钢转炉座，总临盆才能万t。从数目上看，容积在t及以上的转炉有14座，t及以上转炉数目占比已超60%，跟着国度陆续加大淘汰落伍产能的力度，我国转炉将进一步朝着大型化的方位进展。
图—年我国转炉钢产量及占我国粗钢产量比例
比年来，转炉炼钢本领获得较猛进取，前后浮现了顶底复吹本领和滑板挡渣本领，特别是顶底复吹本领的浮现，使锻炼时候显然缩小，钢水的成份和温度更为平均，同时钢水中S、P、N元素含量低落，金属收得率获得提升。然而，跟着转炉复吹比的提升，转炉炉龄显然降落，见图2。为了提升转炉炉龄，有采纳自流补缀料按时对前后大面举行补缀，对耳轴和其余部位举行喷补的办法。若是采纳这类保护办法适时喷补，能够使炉衬的寿命到达次以上。较多采纳溅渣护炉的办法，即向炉里参加一些轻烧镁球或白云石料，使渣的熔点和黏度抬高，通太高压氮气把渣喷溅到炉衬上，炉衬寿命可高达炉次以上，然而该办法耗费大批氮气且热量损失较多，每炉需溅渣一次，影响炼钢效率。其余，转炉底供气元件(透气砖)存在寿命短的题目，影响复吹功效。滑动水口挡渣本领因存在缩小钢水回磷、提升合金收得率、缩小钢中驳杂物、提升钢水干净度等好处而成为进展的新干流。然而滑动水口系统特别是挡渣滑板易于损毁，应用寿命有待提升。在新的锻炼本领前提下，炼钢转炉用耐火材料存在诸多的题目，引发联系探索人员极大的注意，针对转炉耐材新须要举行了大批的探索摸索办事，出现出不少耐材新本领。
图2炼钢转炉炉龄与复吹比的干系
1炼钢转炉的紧要类别和锻炼工艺
转炉凭借炉衬耐火材料的性质可分为酸性转炉和碱性转炉两种;凭借气体吹入炉内的部位，转炉分为底吹、顶吹、侧吹和顶底复合吹炼转炉;按气体品种为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其临盆速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，成为应用最广大的炼钢做战。转炉紧要用于临盆碳钢、合金钢等。转炉炼钢过程示用意见图3。
图3转炉炼钢过程示用意
转炉炼钢因而铁水、废钢、铁合金为紧要资料，参加小批生石灰，鼓入空气或氧气，使杂质硅、锰、磷、硫、碳等杂质氧化，在氧化的进程中放出大批的热量(含1%(w)的硅能够使生铁的温度抬高℃)，能够使炉内到达充分高的温度(不需借助外加动力)，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反响产生热量而在转炉中结尾炼钢进程。
2炼钢转炉用耐火材料及其损毁机制
炼钢转炉内衬所用的耐火材料主假如MgO-C砖，也有小批应用高纯镁砖和镁质白云石烧成砖，所用的未必形耐火材料有MgO-SiO2质、MgO-C质、MgO-CaO质、高纯MgO质等。
表1转炉用耐材类别
转炉钢锻炼进程中炉衬遭到一系列猛烈的死板、物理、化学效用而腐蚀。转炉复吹工艺，即在转炉炉底安置透气砖，过程透气砖向炉内吹氧气、二氧化碳、氩气或氮气，加强了熔池搅拌，革新了锻炼反响，云云缩小了炼钢时候，提升了钢水原料并低落了炼钢成本。然而复吹也加快了对炉衬耐火材料的腐蚀，转炉各部位遭到不同前提的腐蚀。
(1)冲洗或死板打击。加废钢、兑铁水等职掌都是直接对着转炉大面炉衬，对大面炉衬产生猛烈的打击、磨损、冲洗，是炉衬耐材腐蚀的紧要要素。锻炼进程中炉内气流对炉壁、炉帽等耐材的冲洗，钢水、炉渣对炉衬的融解、冲洗以及锻炼进程中高温反响对炉衬的熔损等物理腐蚀。
(2)氧化与化学腐蚀。氧化是产生转炉炉衬中镁碳砖腐蚀的一种紧要缘故，在此进程中镁碳砖中的碳成份被含氧成份(如高温氧化性气体、氧化铁、氧气、氧化镁)氧化而致使材料构造松动脆化。
FeO+C(s)=Fe+CO(g)，(1)
O2(g)+2C(s)=2CO(g)，(2)
MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)。(3)
渣中的氧化铁与砖衬的热面中的石墨或焦油/树脂反响，或氧气腐蚀砖衬冰脸的石墨或连合剂，在这两种情景下，砖的强度低落，在气体、金属液流体冲洗卑鄙失而被蚀损。
氧化铁(FeO)或渣中的酸性组分，譬喻SiO2与CaO和MgO之间的化学反响如下式所示：
FeO+MgO=FeO·MgO，(4)
SiO2+2MgO=2MgO·SiO2，(5)
CaO+SiO2+MgO=CaO·MgO·SiO2。(6)
以上反响均能使炉衬变成熔渣进而致使耐火材料损毁。
(3)热震剥落。供气元件的办事处境为高压、大流量(压力大于1MPa，流量0.15～0.2m3·min-1·t-1)，其损毁机制为热应力会合所引发的剥落及冲洗磨损[8]。
(4)磨蚀、熔损与剥落。滑动水口及滑板在转炉出钢进程中要承担高温钢水、钢渣的冲洗;强碱性炉渣的腐蚀和浸透;停止的高温(~℃)强热震打击。其余，挡渣职掌进程，滑板要承袭钢渣的磨蚀。
因而，高温钢水、钢渣的冲洗及腐蚀，高温氧化，滑动面的拉毛磨蚀，热震损毁是其紧要的损毁方法。将来炼钢转炉耐材优化本领方位为：
(1)开辟高本本事磨损、抗热震低碳镁碳砖;
(2)开辟快速烧结、无玷污的热补缀料，长命的喷补料;
(3)开辟长命复吹供气元件、优化炉底风口构造与安顿，适应顶底复吹、低氧出钢、底吹喷粉、底部供氧、底部吹CO2等先进炼钢本领请求;
(4)革新挡渣滑板本能与构造，拉长应用寿命，缩小日调换次数。
3炼钢转炉用耐火材料新本领
3.1高本能衬砖的开辟与应用
镁碳砖由于具备杰出的抗渣腐蚀性、抗热震性、耐剥落性及耐磨损本能，高温下波动性好而遍及用做转炉的衬砖。由于镁碳砖存在易于氧化致使的抗热震性、抗腐蚀性变差的题目，探索人员举行了遍及的摸索探索。其关键本领热门展此刻：1)抗氧化、自修理新式复合抗氧化剂的应用：采纳金属Al、Si粉，或Al-Si复合粉为镁碳砖的抗氧化剂，经热管教或高温从军时原位反响生成SiC、AlN等高抗腐蚀物相，显著改良低碳镁碳材料的本能。2)低维石墨化碳的制备及应用：各类预合成纳米碳如纳米炭黑、纳米石墨-氧化物复合粉体等的增加和应用;原位合成低维石墨化碳，抉择适当的过渡元素(Fe、Co、Ni)的无机或有机化合物做为催化剂，酚醛树脂裂解产生CO、C2H2及CH4等气体在过渡金属催化效用下产生碳纳米管、纳米碳纤维等低维石墨化碳。过程这些新本领的开辟与应用，使MgO-C砖维持优越的抗腐蚀性和抗热震性。
转炉不同部位应用的MgO-C砖对其本能有不同的请求，为了知足须要，日本品川耐火公司开辟出知足不同部位本能请求的系列MgO-C砖，其基天本能及模范特性见表2。用后MgO-C砖的显微构造解析显示，MgO-C砖的损毁紧要展现为熔渣腐蚀损毁。日本的探索人员过程考查MgO-C砖的损毁要素，发觉在高温下束缚MgO-C砖中Mg(g)的散布速度能够低落砖的损毁速度。抗渣腐蚀实验结局显示，跟着MgO-C砖(℃热管教)显气孔率的抬高，砖的腐蚀指数呈直线上涨的态势(见图4)。基于此，过程调动抗氧化剂增加量、资料颗粒级配及临盆工艺制备出精致构造MgO-C砖(B，见表2)。
表2MgO-C砖的本能
图4MgO-C砖的腐蚀指数随℃烧后显气孔率的改观趋向
转炉装料区的MgO-C砖常遭到废钢资料的死板打击，轻易产生裂纹并增添致使衬体损毁。不同品种的MgO-C砖其抗蠕变性有很大差别，见图5[3]，进而引发MgO-C砖在抗热震及抗死板打击本能的差别。日本品川耐火公司的探索人员探索发觉，具备较高高温抗折强度的MgO-C砖(HS)不能缓和损毁的产生，而具备较高断裂能(断裂韧性)的MgO-C砖能够灵验抵制裂纹的增添。因而，开辟出了两种新式MgO-C砖即基质巩固型MgO-C砖(MR)和碳连合巩固型MgO-C砖(CB)，本能见表2。两种新式MgO-C砖具备较高的断裂能(MR0.40kJ和CB0.49kJ，HS仅0.26kJ)，受死板打击后裂纹增添获得抵制，且均比HS砖的抗腐蚀性好，此中碳连合巩固型MgO-C砖的抗腐蚀性更好。
图51℃烧后几种MgO-C砖的荷载-位移弧线
转炉出钢口镁碳砖常由于碳氧化、热震剥落及流钢磨损而影响应用寿命。因而开辟耐磨且抗热震性好的低碳镁碳砖是进展的必定趋向。太钢第二炼钢厂的探索人员采纳m(CaO):m(SiO2)≥2的电熔镁砂和高纯鳞片石墨(C原料分数≥98%)为紧要资料，以Al、Mg-Al、Si、B4C、CaB6为抗氧化剂，热固性酚醛树脂为连合剂，制备出优良低碳MgO-C砖，其本能见表3。在炼钢转炉上应用新开辟的低碳镁碳砖，一个炉役炉龄波动在~次，比出口低碳镁碳砖的~次有大幅提升。
表3低碳MgO-C砖的本能
3.2未必形耐火材料的开辟与应用
由于炼钢所用废钢量加多及顶底复吹新本领的应用，使得转炉工况更为刻薄，耐火材料损毁加快，为了提升转炉的从军寿命，对转炉各个部位所用的耐火材料提议更高请求，新式未必形耐火材料的开辟及补缀本领的应用获得极大进展，可在不影响一般临盆的情景下大幅提升炉衬的整个应用寿命，使炉衬寿命到达次以上，以至超2万次。今朝，广大采纳大面热补缀料对转炉的加料侧、炉底和出钢侧举行保护，采纳喷补料对转炉的熔池、圆角和耳轴举行保护，采纳灌浆料用于转炉出钢口调换时的填缝和出钢口地域的保护。此中大面料紧要有MgO-SiO2质(也称水基大面料)、MgO-C质、MgO-CaO质等，喷补料紧要有MgO质、MgO-CaO质和MgO-Cr2O3质等。这些未必形耐火材料依连合剂的不同分为无水补缀料(主假如沥青、煤焦油及沥青粉、酚醛树脂连合)和水系补缀料(MgO-SiO2-H2O连合和磷酸盐连合)，不同连合体制的补缀料其本能各有优弱点，见表4。针对现有补缀料存在的弱点及应用请求，探索人员举行了大批探索，开辟出了本能更优的大面料或喷补料。
表4高温补缀料的品种及本能特性
今朝现场补缀所应用的转炉大面补缀料，紧要以煤焦油、沥青(约8%~15%(w))、树脂等有机物资做为连合剂，都弗成避让地存在一些题目，如：烧结时候太长，有机物烧尽后材料孔隙多、精致性差，而致使不耐炉渣腐蚀，强度低，应用寿命短，严峻玷污现场车间处境等。秦岩等[16]采用高纯镁砂粉(w(MgO)=97.02%)和中档镁砂颗粒(w(MgO)=94.80%)做紧要资料，采纳氧化硅超微粉(w(SiO2)=96.0%)做连合剂，开辟出新式长命无碳环保型转炉大面补缀料。
环保型水基转炉大面补缀料烧结进程中不产生无益气体，平安环保。产物采纳湿式自流浇注的方法，具备很好的高温铺展本能，高温烧结后产生陶瓷连合，构造精致，抗氧化，耐冲洗，体积密度可达2.83g·cm-3。经多家转炉炼钢用户应用，现场应用无烟尘，较向例碳基大面料烧结时候缩小50%以上，应用寿命拉长2～3倍。
表5转炉大面补缀料颗粒配比w/%
由于陆续遭到死板力的打击和炉渣的腐蚀，氧气顶吹转炉炉底、耳轴及两大脸部位的耐火材料轻易遭到摧残，须要屡次对耳轴及渣线部位采纳喷补的办法补缀。今朝国内广大应用的转炉喷补料是镁质喷补料，为了改良其不耐腐蚀、不耐冲洗、应用寿命偏低等的弱点，姚亚双等[22]开辟出新式转炉镁碳质喷补料。喷补料所用资料紧要为3～0mm镁砂(w(MgO)=95.2%)、3～0mm碳(w(C)=94.2%)、沥青A(不变C46.2%，软化点～℃)、沥青B(不变C43.5%，软化点～℃)、增加剂等。将碳与沥青B别离按不同比例协助，做为喷补料的碳源，不变碳原料分数在5%～7%左右。由实验可知，沥青B由于粒度大，其升温、碳化速度更慢，碳化度反而更高，对喷补料的附着性更无益。此中碳与沥青原料比为7:2的喷补料应用本能最好，烧后强度较大，抗腐蚀性较好。应用结局说明，新式转炉镁碳质喷补料的反弹率低、附着性好且烧结强度高;原镁质喷补料的应用寿命为7～8炉，而新式镁碳质喷补料的应用寿命为10～13炉，提升了30%以上，大大缩小了转炉补缀次数。
为相识决转炉炉口、炉帽粘渣面的黏渣题目，朱善合等[23]研发了一种以用后镁碳砖复活料为紧要资料的转炉防粘渣喷补料。应用结局显示：研发的防粘渣喷补料动工本能优越，过程半干法喷补动工，可在转炉炉口表面产生完备、平均的粘渣分隔喷涂层，喷涂层厚度可达35～50mm，喷涂附着率达80%以上，每班只要喷补1次便可知足粘渣分隔须要;厚层喷补层本身及其与喷补面的连合强度较低，低落了粘渣物剥离、算帐难度，缩小了粘渣算帐次数与时候，灵验提升了转炉炉口粘渣的算帐效率，缩小了非临盆功课时候;在不改观临盆工艺的前提下，可提升转炉临盆才能。
日本品川耐火公司开辟出可快速强硬的MgO-C质转炉热补缀料，本能见表6[24]。开辟的碳连合MgO-C质喷补料即便喷补到排渣后1℃以上的砖表面也具优越黏附性，能够显著提升转炉的热态补缀效率，可超高温动工，强硬时候大幅度缩小，这有助于缩小补缀时候。
表6品川公司快速强硬MgO-C质喷补料的个性
3.3顶底复吹本领
转炉复合吹炼工艺过程底吹气体搅拌熔池使钢渣反招待近均衡，避让钢水过氧化并提升金属收得率和钢水原料。转炉底部供气元件分喷嘴型和砖型2大类。此中砖型供气元件因本能波动成为进展的干流方位。砖型供气元件紧要有弥漫型、环缝型和直通孔型三品种别。弥漫型透气砖存在气体绕行阻力大与寿命低等弱点;环缝型透气砖相对对照精致，寿命比弥漫型砖的长，应用较遍及并获得好评，但其波动性远不如直通孔型透气砖。因而，直通孔型透气砖则是将来供气元件进展与应用的新干流。优化安顿其在熔池底部的场所对底吹获得优越的冶金功效相当要紧。今朝应用较多的直通孔型供气元件(MutipleHolePlug，简称MHP)，最先由日本钢管公司研发胜利，其好处是供气阻力小，气体流量调动界限大，气密性好，不易漏气;金属管对耐火砖的巩固使砖不易剥落、开裂。
为了优化供气元件的本能，过程对建立供气元件的耐火材料资料配比的调动及内部不锈钢管的非常管教，极地面提升了其应用寿命，使之与转炉炉龄的般配度得以增加。张悦明以高纯电熔镁砂(w(MgO)≥97%)及自然鳞片状石墨(w(C)≥98%)为主资料，增加Al、Si粉和B4C(总量6%)为抗氧化剂，采用热固性、沥青改性树脂为连合剂，并参加适当沥青粉，用等静压成型办法制备出高本能MgO-C质供气元件。所制备的MgO-C质供气元件抗氧化性、断裂韧性和热震本能显然提升、气密性好，腐蚀速度为0.28mm/炉次，最遐龄命能到达炉次。为低落不锈钢管的渗碳速度，提升其应用寿命，采纳了表面涂α-Al2O3/ALCH系浆体的办法，且将α-Al2O3/ALCH的比例管束在大于3/7，涂层厚度大于1mm，使之在不锈钢管表面上产生热本能波动、抗碳复原的精致守护分隔层。
转炉供气元件用耐火砖由于表里温差大，使得耐火砖内的温度梯度差加大;其余，出钢后温度赶紧低落，透气砖遭到极大幅度的热震。由于这些热应力的存在，致使透气砖内部产生裂纹并增添，引发耐火砖的停止性剥落。品川耐火公司的探索人员发觉，透气砖中产生的裂纹主假如平行于热面的裂纹，由于热剥落所产生的损毁远比钢液腐蚀、磨损等要素致使的损毁要严峻的多。在充足考查透气砖损毁机理的基本上，开辟出了具备较高断裂韧性、抗热震性杰出的高本能透气砖，详细本能见表7。首先，过程改良材料的韧性，使裂纹的产生与增添遭到抵制，大幅低落剥落损毁。其次，过程增大透气砖的尺寸来拉长裂纹增添到剥落面的间隔，也灵验低落了剥落的产生，将其用于t转炉，与保守的透气砖比拟，耗费速度低落了约40%，剥落损毁获得改良，转炉运转超0炉未调换透气砖。
表7转炉供气元件耐火砖的本能
3.4滑板挡渣本领
转炉滑板挡渣本领是比年来飞快进展的一种新兴本领，该本领紧要由滑板挡渣系统、红外下渣探测系统和液压启动系统三部份产生，过程红外下渣探测本领与PLC管束本领相连合，完结主动判渣和挡渣，是今朝转炉出钢挡渣功效最好、最新的一种临盆工艺本领及设施。滑动水口挡渣本领在缩小钢水回磷、提升合金收得率、缩小钢中驳杂物、提升钢水干净度、缩小钢包粘渣、拉长钢包应用寿命等方面的有卓绝上风。
转炉出钢口内水口衔接于出钢口砖末了，下接出钢口上滑板，而外水口衔接出钢口下滑板。因而，内/外水口及滑板在转炉出钢进程中不光要承担高温钢水、钢渣的冲洗，还要承担强碱性炉渣的腐蚀和浸透;不络续出钢时还要承担(~℃)高温的强热震打击。其余，在屡次挡渣职掌进程，滑板铸孔和滑道要承袭高温钢水、钢渣的磨蚀和熔损。因而，请求内/外水口及滑板选材应看重较好的抗渣腐蚀性、高温抗氧化本能及精良的抗热震本能，滑板材料还要兼具精良的耐磨性。
今朝墟市上转炉出钢口外水口的材质紧要有不烧镁碳质、不烧铝锆碳质和氧化锆质(镶嵌内芯)三种，此中镁碳质水口由于成本上风据有墟市干流，铝锆碳质水口本能略优于镁碳质，镶嵌氧化锆质内芯水口处于研发阶段，其应用寿命可达炉次以上，以至可与出钢口寿命同步。不烧水口多半过程浸渍沥青管教以到达封锁气孔，提升精致度及抗腐蚀本能的目标，其应用寿命在30~90炉次不等。
表8不同材质外水口理化目标和应用寿命
挡渣滑板是滑动水口挡渣本领应用的最关键部件之一。今朝国内挡渣滑板的材质多抉择铝锆碳质，做为控流滑板材质而言其强度高、抗热震性好、抗冲洗和抗腐蚀性精良;但关于挡渣本领而言滑板应用寿命偏低，只可波动在10～14炉左右。因而，探索人员过程量种路径对挡渣滑板的本能举行革新。有探索说明，引入膨胀石墨、Si粉能够必定水平上推进铝碳耐火材估中SiC晶须的产生，提升了滑板的韧性，巩固了抵御裂纹增添的才能，使滑板的抗热震性及应用寿命提升。
为了知足钢企提议的18～20炉次以至25炉次以上的遐龄命请求，滑板材质从向例的重烧铝锆碳质向本质采纳铝锆碳质、镶嵌层采纳锆质材料的复合构造转型。今朝紧要有如下三类：①镶嵌锆环的上滑板搭配镶嵌锆板的下滑板;②镶嵌锆板的上滑板搭配镶嵌锆板的下滑板;③镶嵌锆环的上滑板搭配滑道止滑区镶嵌锆板的下滑板。镶嵌滑板在～t转炉(前、后期挡渣)上的应用寿命最少可波动在15～18炉次，若是前期挡渣采纳其余挡渣办法，仅在后期采纳滑板挡渣，滑板寿命可到达20～25炉次。
表9不同材质滑板理化目标和应用寿命
滑动水口挡渣本领的不够之处在于，耐火材料元件寿命偏低。为此，Interstop公司与RHI公司协助，对保守浇钢系统举行革新，开辟出了炼钢转炉出钢口用CG型新式滑动水口。CG滑动水口系统采纳崭新的构造，能够在调换内滑板时不必从钢壳上取下周全滑动水口装配。该系统提升耐火材料的应用功效，显著缩小转炉停炉时候。CG新式滑动水口的上部衔接元件的寿命为24.8炉，耐火材料元件的寿命为24.8次。
中钢洛耐院归纳了转炉挡渣滑板的损毁缘故，发觉挡渣上滑板与钢水来往，主假如腐蚀扩孔损毁，下滑板与外界空气来往，主假如热震裂纹增添损毁。因而，过程在上滑板镶嵌锆环，鄙人滑板镶嵌锆板工艺，并过程物相构成管束和显微构造调控等法子，提升了锆环、锆板的抗热震性，使挡渣滑板寿命波动在20炉次左右，显著提升滑板挡渣性价比。所开辟的3个系列产物，能够知足不同工况的须要，详细本能见表10。
表10转炉滑板锆环、锆板的理化目标和本能本能
过程陆续完好和优化滑板的形状构造计算和镶嵌构造计算，加大滑板高温下膨胀变形的锁紧力，抗御反常裂纹的产生和增添，避让反常渗漏钢通道的产生;加大红外下渣探测系统确切性和液压启动装配油缸运转速度的波动性，重心处分应用中发觉的不够题目，大大提升了滑板挡渣本领的应用平安性和牢固性。
4、结语
炼钢工艺的进取推进炼钢转炉耐火材料新本领的进展。新本领所涉耐火材料不光具备高温构造波动、抗剥落、耐磨损、抗渣性好的特性，并且展现出节能长命、低碳环保的进展观念。将来炼钢转炉用耐火材料的进展趋向为：1)开辟并推行高本能镁碳质耐火材料;2)推行和应用新式环保未必形耐火材料及高温补缀本领;3)进展新式复合构造耐火材料，如复合型供气元件、复合型滑板等;4)探索开辟轻量节能且兼具优越高温本能的耐火材料。
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