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2023.08.14

炼钢转炉用耐火材料的技术进步

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      转炉是炼钢的重要设备,是一种不需要外加热源,主要以热态生铁、废钢、铁合金为原料的炼钢炉。根据炉衬耐火材料性质分为酸性转炉和碱性转炉,根据气体吹入炉内的部位分为底吹转炉、顶吹转炉、侧吹转炉和顶底复合吹炼的转炉。

      转炉炼钢法历史悠久,早在1856年英国人贝斯麦(Bessemer)就发明了底吹酸性转炉,为近代炼钢法的开端。1879年又出现了托马斯碱性转炉,可以处理高磷生铁。1864年法国人马丁利用蓄热原理创立了平炉炼钢法,一度成为世界上主要炼钢设备,20世纪50年代,世界约有85%的粗钢由平炉冶炼。1952年奥地利出现纯氧顶吹转炉,解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题,同时减少了随废气损失的热量,可以吹炼温度较低的生铁,节省了高炉焦炭消耗量,且能使用较多的废钢,炼钢速度特别快(一炉钢约10 min,而平炉要7 h),1968年又出现氧气底吹法转炉,1970年又发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪的底吹法,各种类型的底吹法(如OBM、Q-BOP、LSW等)在实际生产中显示许多优于顶吹之处。奥地利人于1973年研究顶底复吹炼钢工艺,20世纪80年代初投入生产,它比顶吹和底吹更优越,有的基本淘汰了单纯顶吹的转炉。

      在我国,1951年唐山钢厂的空气侧吹转炉炼钢法试验成功,1952年投产,1954年开始小型氧气顶吹转炉试验成功,1962年首钢把空气侧吹转炉改成3 t氧气顶吹转炉,1964年投产两座30 t顶吹氧气转炉,随着唐山、上海、杭州等地的钢铁厂先后改建3.5~5 t顶吹氧气转炉,随后一些大型钢铁企业,如鞍钢、武钢等将平炉改为250~300 t氧气顶吹转炉,1985年投产,具有先进技术的宝钢也是采用300 t的大型氧气顶吹转炉炼钢,此后,我国基本上淘汰了平炉炼钢。近年来,出现顶底吹复合吹炼转炉,滑板挡渣技术,使冶炼时间缩短,钢水成分和温度更均匀,减少钢中夹杂物,提高钢水洁净度等优点,我国一些钢厂也普遍采用顶底复合吹炼技术。根据统计,转炉钢占世界粗钢总产量的70%以上,而我国占90%。

      转炉基本上是由耐火材料筑成的,炼钢用耐火材料成本约占炼钢工序成本的9%~13%。由于各国的铁水成分及耐火原料资源不同,炉衬耐火材料的选择也各有侧重,欧美、俄罗斯等工业发达先后从白云石质,镁质制品发展到现在的望花镁碳砖,日本是最早使用镁碳砖的。我国转炉内衬经过焦油白云石质、焦油镁质、镁白云石质、镁白云石碳砖到现在普遍使用镁碳砖。由于镁碳砖耐侵蚀、抗热震、耐磨损、导热性好、抗剥落、高温下性能稳定,各国转炉内衬普遍采用。耐火材料的性能及质量,直接影响转炉的炼钢方法及使用寿命,对提高产品质量和经济效益有非常重要的意义,转炉用耐火材料问题引起人们的重视,涌现出一些耐火材料的新技术,如喷补技术、溅渣护炉技术、滑动水口挡渣技术等。

      炉龄是转炉炼钢的重要技术指标。提高炉龄不仅降低了生产成本,而且提高了生产效率。转炉内衬的耐火材料是影响炉龄的主要因素,近年来,通过科技人员的开发研究,内衬的寿命得到显著提高,耐火材料的单耗降低到2~0.38 kg/t钢。具体措施如下。


表1 系列镁碳砖的性能 

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