转炉出钢口浇注修补技术的应用

1  前言

转炉炉衬中，出钢口作为钢水由转炉进入钢包的必经通道，由于频繁受到高温钢水冲刷、熔渣损蚀和机械应力破坏等作用，其工况条件相当恶劣。在使用过程中，经常会出现出钢口内径扩张速率过快的现象，导致钢流增大出钢时间缩短，转炉为维护正常冶炼节奏，就需要热修更换管砖。出钢口寿命低下和热修次数的增加，不仅影响生产节奏，更是直接影响到钢水质量，给精炼和连铸等工艺增加额外的冶炼成本。因此，延长出钢口的使用寿命就引起了行业内的广泛关注。

目前，国内转炉出钢口更换常用的填充修补料主要有传统干法喷补料和镁铬质浇注料等，且镁铬质浇注料也由原来的传统水泥结合逐渐发展至超低水泥甚至无水泥结合，与超微粉技术和分散剂技术的发展相对应，出钢口填充修补用浇注料也正在向低加水量及高自流性方向发展。

2  技术开发

2.1  传统修补方法存在的问题

传统干法喷补料用于转炉出钢口填充修补，具有施工简单灵活等特点，现场施工配备压力喷补罐使用，可提前做上料准备，施工时采用枪头加水，材料流动性好、挥发份少、硬化时间较短。但由于低熔点无机盐的加入、加水量的不确定性、粒度偏细抗剥落性差等问题，导致材料与水拌和时间短、不均匀、材料结构疏松产生气隙与低强度，致使出钢口寿命难以提高从而不能满足转炉快节奏生产的要求。因此，目前现场更多的采用镁铬质浇注料，以减缓出钢口的损毁速度。但由于转炉热补施工条件的限制，该料需要在现场采用人工使用铁锹进行搅拌，然后用小推车推至炉后，再使用人工翻料方式将浇注料投入炉内，受制于现场炉衬高温的影响及远距离投掷施工带来的不准确性，致使浇注料无法完全准确的进入出钢口管砖与座砖间隙内，现场需要采用自来水管冲水刷料协助，这样操作既对炽热砖衬造成隐性损害，又由于自来水冲刷混入的影响，导致材料出现不耐高温炉渣侵蚀、强度低、使用寿命短等问题，同时材料中因含有的一定量的氧化铬，严重污染现场车间环境，并对施工人员健康产生很恶劣的影响。具体情况可见图1所示。

图1 传统修补方法现场施工实例

2.2  浇注修补技术工艺的确定

确定出钢口填充浇注修补技术配套工艺，选择并通过实验室试验确认最佳的耐火材料基材体系和外加剂的精确配比加量，同时设计制作专用的配套浇注装置，以改进填充料施工方式，使镁质浇注料能够通过热环境自流并顺利进入出钢口管砖与座砖间隙内，具有材料能够充分填实、粒度分布均匀、烧结结构致密、粘结性能好、抗防爆性能高等特性，工艺示意如图2所示。

                                                                                图2 浇注修补技术工艺示意

2.3  浇注修补技术工艺的实现

结合转炉出钢口应用实际工况需要，转炉出钢口浇注修补技术的开发主要由镁质自流浇注料和配套浇注装置两个方面来实现。

2.3.1  镁质自流浇注料

选择并通过实验室试验最终确定环保型镁质自流浇注料最佳的耐火基材体系、完成颗粒级配的研究、结合剂及减水剂的实验室筛选等各项研发工作，并以此确定形成了浇注料的综合整体方案，通过实验室检测结果显示，该材料能够满足出钢口填充浇注修补技术的需要，具体检测结果见表1。

表1 镁质自流浇注料指标检测结果

 因考虑到转炉生产节奏紧张，出钢口管砖更换安排经常有临时变化调整，因此在实验室验证了浇注料的可施工使用时间。试验按5.4%的液体加量充分搅拌均匀后，检测1分钟流动度，并记录搅拌时间，搅拌料放置于实验台上等待0.5小时后，再继续搅拌并检测1分钟流动度，再放置于实验台上并等待0.5小时，如此反复循环，直至3小时为止，试验记录具体如图3所示。

图3 镁质自流料3h内流动性随时间变化情况

从试验检测结果发现，镁质自流料在3小时内具有足够稳定的可施工作业性，能够满足随时变化的转炉现场应用需要。

2.3.2  制作专用的配套浇注装置

为实现技术目标，设计并制造专用的配套浇注装置，使之能够满足出钢口浇注修补技术工艺要求。且该装置具备快速行走系统以提高施工效率、管道冷却循环系统以耐炉内高温炙烤、电气设备的稳定化以实现施工全程无障碍，具体情况见图4所示。

 图4 专用的出钢口浇注修补配套装置

3  工业应用

3.1  情况简介

转炉出钢口浇注修补技术在国内多家钢厂的大、中、小型转炉上进行了实践应用，主要与现场一直在用的传统干法喷补工艺或人工铁锹投料施工工艺做同条件全面性能对比，具体试验施工情况如图5所示。

图5 转炉出钢口浇注修补工业应用情况

3.2  应用效果

对转炉出钢口浇注修补技术在国内某钢厂120吨转炉现场的应用情况做分析对比，现场在应用前对采用本技术进行修补的出钢口进行编号（按施工顺序分别变为1－7#）跟踪。跟踪120吨转炉1－7#出钢口的出钢时间和使用情况，具体情况可见表2。

表2 跟踪统计1－7#出钢口现场应用情况

结果分析可知，采用转炉出钢口浇注修补技术进行修补以后，极大程度上缩短了120吨转炉的出钢时间，降低了修补料的消耗数量，提高了出钢口的使用寿命，转炉出钢口浇注修补技术使用前、后相关数据统计具体见表3所示。

由表3数据可见，与该厂之前使用的传统出钢口修补方法相比，采用转炉出钢口浇注修补技术后，施工作业时间可缩短至大约15.2分钟左右，缩短率大约为50%，极大的提高了转炉生产作业率；且浇注自流料在施工和烧结过程中无材料无反弹、浪费等情况发生，与之前使用的干法喷补料相比，平均单次修补料消耗量降低至730公斤，额外损耗降低率大约为20%；同时，平均使用寿命由原来的212.82炉次提高到平均412.57炉次，提升幅度大约为93%以上，完全达到了降本增效的预期效果。

4  结语

工业应用实践表明，转炉出钢口浇注修补技术能够实现镁质自流浇注料全流程的搅拌、输送和灌注，该技术能够解决干法喷补料加水量过多（最高达到30%）和镁铬质浇注料高温恶劣环境人工难以精细施工等难题，使自流料迅速、准确流入间隙内并分布均匀，有效保障出钢口管砖与座砖间隙能够充分填实，具有结构致密、粘结性能好、抗防爆性能高、烧结快速完全等特性，使出钢口管砖能够实现其最佳设计使用寿命。

此外，由于镁质自流浇注料具有加水量低（最低可至5.4%）、热自流性高等特性，因此能够大幅缩短修补施工及材料烧结时间，在国内外转炉出钢口更换修补领域尚属首例。

总之，转炉出钢口浇注修补技术具有施工操作方便、无粉尘、需水量低、浇注层结构致密、材料额外损耗少、使用寿命高等优势，将具有广阔的市场前景。