CN111517762B - 一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型转炉快速修补料，属于炼钢转炉用修补料技术领域。具体由以下原料按重量份配比组成：镁石85～94份、碳粉5～10份、硼酸0～2份、水玻璃1～3份。该修补料主要原料为菱镁石原矿块料，并与炉内钢渣之间的快速反应与热量交换效应，在待补区域快速形成以修补料为骨架，以液态钢渣为填充物的牢固渣料复合层，从而起到保护炉衬的作用，实现快速补炉目的，修补料不仅绿色无污染，而且提高了转炉的使用寿命。

Description

一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法

技术领域

本发明涉及一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法，属于炼钢转炉用修补料技术领域。

背景技术

在我国，炼钢转炉平均寿命早已突破万炉，最高甚至超过3万炉。转炉如此高的寿命，除与日益进步的溅渣护炉技术有关外，还和炉役期内的精心维护及补炉材料的进步密不可分。在国内，大部分转炉采用的补炉材料分两种，一种是传统的沥青结合镁质修补料，外观呈黑色，常被称为“黑料”；另一种为水系大面修补料，它是为解决传统“黑料”的环境污染和烧结慢的问题而开发出来的，原材料多为电熔镁砂，主要采用微米级硅灰与水形成的溶胶陶瓷结合，但因其成本高，并没有得到大量推广应用，使得多数钢厂仍然采用沥青结合料修补转炉。

总结起来，现有转炉修补料存在以下问题：（1）环境污染问题。尽管有不少学者将传统沥青结合料中的沥青进行改质，试图减小在使用过程中的污染物排放问题，但并不能彻底解决“黑料”中的环境污染问题，甚至还将降低修补料的流动性；（2）成本较高。无论是传统沥青结合镁质修补料还是水系大面修补料，主要原材料均为烧结镁砂或电熔镁砂，是菱镁石经高温煅烧分解、烧结等复杂工艺生产而来，成本较高；（3）烧结时间长。传统沥青结合料所需烧结时间不小于40min，水系料稍快些，但也在20min以上，烧结时间长，影响炼钢生产节奏；（4）使用寿命短，如传统沥青结合料使用寿命仅为15～20次，水系大面修补料相对高些，为20～40次，但仍不能满足快节奏炼钢要求；（5）水系大面修补料中含10～15%的水份，对炉衬表面维持稳定的渣层不利，同时水份将和镁碳砖中的Al₄C₃发生水化反应，严重的将造成镁碳砖结构酥松，最终发生塌炉、穿钢等恶性安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保型转炉快速修补料，该修补料与炉内钢渣之间的快速反应与热量交换效应，在待补区域快速形成以修补料为骨架，以液态钢渣为填充物的牢固渣料复合层，从而起到保护炉衬的作用，实现快速补炉目的；同时修补料中不含任何诸如沥青、焦油等有机物，使用过程中零排放，是一种环保绿色产品。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种环保型转炉快速修补料，由以下原料按重量份配比组成：

镁石 85～94份、

碳粉 5～10份、

硼酸 0～2份、

水玻璃 1～3份。

所述的镁石是菱镁矿原矿块料，其中MgO含量不小于40%，镁石块度为80～120mm，其中镁石块度为80～100mm的部分占总镁石块料的50%～80%。

所述的碳粉是一种碳含量为94%～98%的无定型碳，过200目筛取筛下物。

所述的硼酸，过200目筛取筛下物。

所述的水玻璃为液体硅酸钠，且模数1.5≤n≤3。

所述的环保型转炉快速修补料的制备方法，包括以下步骤：

1)用颚式破碎机将菱镁矿原矿破碎，取块度为80～100mm和100～120mm的镁石待用；

2)按权利要求2所述的配比备料；如果修补料配方中加入硼酸，则硼酸和碳粉之间需要预混，预混可以人工进行，也可以采用其他混练机进行机器混合，但均需保证预混粉混合均匀；

3)将称量出的镁石块料倒入混练机中，混练机转速设为30r/min，保持该转速约1min，保证镁石大小块料混合均匀；

4)向混练机中加入称量好的水玻璃，并将转速设为60r/min，保持该转速约2～5min，确保镁石块料表面形成均匀水玻璃液膜；

5)将硼酸与碳粉的预混粉或碳粉加入到混练机中，将转速调为50r/min，保持该转速约10min后，将转速降至30r/min，并保持2～5min，待镁石块料表面粘附层厚度均匀且混练机中无其他游离预混粉时出料。

所述的环保型转炉快速修补料在修补转炉中的应用。

所述的环保型转炉快速修补料在修补转炉中的应用的方法如下：所述的环保型转炉快速修补料，包括以下步骤：

1）确定待补炉次后，按重量比，修补料：炉内钢渣=1：8～1：5，备修补料；

2）用叉车将上步定量的修补料倒运至废钢槽内；

3）待补炉次出钢后，保留炉内钢渣，迅速将修补料倒入炉内；

4）通过快速来回摇炉操作3～5次，控制摇炉角度在±10º以内，借助炉内余温，使得高温的炉内钢渣与修补料充分混合，最后将炉体摇动至混合料全部均匀摊铺在待补区；

5）将炉体保持静置8～10min，使得修补料中的镁石块料与高温的炉内钢渣之间反应完全、作用充分，并在修补区形成完整的渣料复合层；

6）通过摇炉将炉内剩余的钢渣全部倒出，观察炉内修补区域情况，一切正常后可向炉内倒入废钢及高温铁水，恢复转炉正常冶炼。

本发明采用上述技术方案，与现有转炉修补料相比具有以下有益效果：

1、本发明采用的主要原料为菱镁石原矿块料，无需经过烧结或电熔方式制成镁砂便可直接使用，镁石块的市场价格仅为烧结镁砂的1/10，约为电熔镁砂的1/20，可见本发明所提供的环保型转炉快速修补料的原料成本极低。同时，该修补料的制备避免了镁石到镁砂的生产过程，可大幅度减少菱镁行业的碳排放和能源消耗。另外，本发明仅要求镁石镁含量不小于40%即可，可大批量使用低品位矿石，对菱镁矿资源的有效利用有利；

2、利用与高温钢渣发生的物理化学反应，本发明提供的修补料既对钢渣进行充分改性，还能快速形成结构强度大、抗冲刷与抗蚀能力强的牢固渣料复合层。采用本发明的修补料及其补炉方法，使用寿命高，经实践比较发现，耐用性是传统沥青结合修补料的3倍以上，是水系大面修补料的1.5～2倍以上；

3、本发明提供的修补料烧结时间短。本发明借助钢渣物理热，使镁石块表面快速发生分解反应生成MgO，并进一步与渣中氧化铁反应生产高熔点化合物铁酸镁，同时MgO也可以迅速游离在渣中而提高钢渣粘度和耐火性能。本发明所涉及的物理化学反应及钢渣填充在镁石块间隙中的凝固过程均十分迅速，烧结时间短，可完全满足快节奏炼钢的需要。经实践发现，本发明提供的修补料烧结时间一般不超过10min，远低于烧结时间约40min的传统沥青结合料和烧结时间约20min的水系大面修补料；

4、本发明所提供的修补料中不含有毒或能挥发出有毒成份的物质，使用过程中没有任何污染物排放，是无毒无害和绿色环保的；

5、本发明在实施过程中无需引入水份，其中的主要成分也不会和炉衬砖发生不利反应，相反，本发明因形成了结构牢固的渣料复合层反而对炉衬砖具有保护作用。

具体实施方式

本发明相较于传统转炉修补料而言，实际是一种以修补料为主以高温炉内钢渣为辅的渣料共用补炉技术。更具体地说是在待补转炉炉次出完钢后，快速将本发明所述修补料倒入炉内并与预留在炉内的全部钢渣全面混合，利用修补料中的组分与高温钢渣之间发生的复杂物理化学反应来实现对钢渣快速改性的目的，即降低了钢渣的氧化性和提高了粘度和耐火性，从而在待补炉衬处形成了一层以修补料为骨架、以熔渣为胶联物的牢固渣料复合层。

本发明所述快速修补料的主要原料为菱镁石原矿(主要化学成分为MgCO₃)，遇到高温钢渣时，借助钢渣物理热在其表面快速发生如下分解反应：

MgCO₃→MgO+CO₂↑ (反应1)

反应1为吸热反应，可迅速降低钢渣温度，促进钢渣凝固。另外反应1生成的MgO被快速扩散至渣中，提高了渣的粘度，同时 MgO还与渣中Fe₂O₃发生反应2，生成了一种呈尖晶石相的铁酸镁，而铁酸镁熔点较高，约1580℃，可进一步提高渣的粘度和耐火性能。钢渣的快速凝固和耐火性能的提高，便形成了耐侵蚀与抗冲刷等性能优异的渣料复合层，起到修补转炉的作用。

MgO+ Fe₂O₃→MgFe₂O₄ (反应2)

下面结合实施例一至实施例三来详细描述环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法。

实施例1一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法

（一）配方组成

本实施例是针对国内A钢厂120吨转炉的冶炼实际情况进行的，其出钢温度为1650～1700℃，炉温较高，冶炼终渣碱度小于3，炉内钢渣中FeO(wt)为10～14%，补炉时炉渣流动性好，穿透性强，比较容易填充修补料中镁石块间隙，并与其表面迅速发生预期物理化学反应，针对本实施例，无需引入硼酸来提高渣子流动性，因此在实施本发明时，应按照如下重量份配比设计修补料原料组成：

镁石块(MgO=42%(wt)，80～100mm) 51份、

镁石块(MgO=42%(wt)，100～120mm) 40份、

碳粉(C=94%(wt)， 200目) 7份、

水玻璃(液体，模数≈2.7) 2份。

（二）制备方法

1)将菱镁石块破碎后，用振动筛筛出块度为120～100mm、100～80mm部分，并分别按照占修补料总重的40份和51份进行称量，随后将称量出的镁石块投入到混练机中，并以30r/min的转速混合1min；

2)按占修补料总重2份的比例称量液体水玻璃，并加入到混练机中的镁石块表面，迅速将转速提高至60r/min，保持该转速2～5min，具体时间以镁石块料表面形成均匀水玻璃液膜为准；

3)按占修补料总重7份的比例准确称量碳粉，随即投入到混练机中，并立即将混练机转速降至50r/min约10min后，再次将转速下调至30r/min，并保持2～5min，待镁石块料表面粘附层厚度均匀且混练机中无其他游离碳粉时出料；

4)出料时，借助混练机转速将配制好的修补料投放到吨袋中，并按照相应包装要求进行唛头制作及包装。

（三）使用方法

在A钢厂1#120吨转炉8250炉次时，兑铁区出现直径大小为2200～2600mm，深度为150～200mm的轻微冲击坑，需要快速对其作出修补。根据冲击坑大小判定修补料用量仅需2吨即可，但经观察炉内终渣量为13吨左右，可最多饱和2.6吨。综合考虑，此次补炉采用2吨修补料进行。

1)提前用叉车将2吨修补料运送至废钢槽内；

2)当8250炉次钢水出净后，保留所有炉内钢渣，并快速借助行车将炉体摇至炉口朝向兑铁侧，迅速将修补料倒入炉内；

3)通过3～5次的快速来回摇炉操作，摇炉角度控制在±10º以内，使得高温钢渣与修补料充分混合并完全摊开，防止局部渣料过厚而脱离炉衬基体，最后将炉体摇向混合料全部均匀摊铺在待补区为止；

4)将摇炉开关关闭并锁死，使炉体保持静置8min左右，这样修补料中的镁石块与高温钢渣（约1500℃）之间才能反应完全、作用充分，并在修补区形成完整的渣料复合层；

5)静置过程结束后，快速将炉内多余钢渣全部倒出并观察补炉区情况，一切正常后可恢复转炉正常冶炼。

在采用本发明前，A钢厂120吨转炉一直采用传统的沥青结合料修补兑铁区，所需烧结时间通常不低于45min，使用寿命仅为15炉左右，且补炉过程冒大量黑烟，污染炉前环境。而通过本实施例，采用本申请的修补料时，烧结时间仅需8min，使用寿命却高达50炉左右，且整个修补过程不冒烟。

实施例2一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法

（一）配方组成

本实施例是针对国内B钢厂150吨转炉的冶炼实际情况进行的，其出钢温度为1700℃～1720℃，炉温很高，冶炼后的炉内渣碱度小于3，渣中FeO(wt)大于16%，补炉时炉渣氧化性强，渣稀，流动性非常好，穿透性极强，非常容易填充修补料中镁石块间隙，并与其表面迅速发生预期物理化学反应，针对本实施例，也无需引入硼酸，但为了快速改善钢渣氧化性，需要引入较多的碳粉，因此在实施本发明时，应按照如下重量份配比设计修补料原料组成：

镁石块(MgO=45%(wt)，80～100mm) 55份、

镁石块(MgO=45%(wt)，100～120mm) 32份、

碳粉(C=96%(wt)， 200目) 10份、

水玻璃(液体，模数≈2.7) 3份。

（二）制备方法

1)将菱镁石块破碎后，用振动筛筛出块度为120～100mm、100～80mm部分，并分别按照占修补料总重的32份和55份进行称量，随后将称量出的镁石块投入到混练机中，并以30r/min的转速混合1min；

2)按占修补料总重3份的比例称量液体水玻璃，并加入到混练机中的镁石块表面，迅速将转速提高至60r/min，保持该转速2～5min，具体时间以镁石块料表面形成均匀水玻璃液膜为准；

3)按占修补料总重10份的比例准确称量碳粉，随即投入到混练机中，并立即将混练机转速降至50r/min约10min后，再次将转速下调至30r/min，并保持2～5min，待镁石块料表面粘附层厚度均匀且混练机中无其他游离碳粉时出料；

4)出料时，借助混练机转速将配制好的修补料投放到吨袋中，并按照相应包装要求进行唛头制作及包装。

（三）使用方法

在B钢厂1#150吨转炉12800炉次时，兑铁区出现较大冲击坑（直径大小为3000～3500mm，深度为150～200mm），本实施例将对其作出修补。通过炉内观察，根据冲击坑大小判定需修补料用量3吨以上，但炉内钢渣量仅有15吨左右，可最多饱和3吨。但由于炉内钢渣碱度低、氧化性强和粘度低，综合考虑，对此冲击坑决定采用2～3次修补，因此，此次修补料用量定为2.5吨。

1)提前用叉车将2.5吨修补料运送至废钢槽内；

2)当12800炉次钢水出净后，保留所有终渣，并快速借助行车将炉体摇至炉口朝向兑铁侧，迅速将修补料倒入炉内；

3)通过3～5次的快速来回摇炉操作，摇炉角度控制在±10º以内，使得高温钢渣与修补料充分混合并完全摊开，防止局部渣料过厚而脱离炉衬基体，最后将炉体摇向混合料全部均匀摊铺在待补区为止；

4) 将摇炉开关关闭并锁死，使炉体保持静置10min左右，这样修补料中的镁石块与高温钢渣之间才能反应完全、作用充分，并在修补区形成完整的渣料复合层；

5）静置过程结束后，快速将炉内多余钢渣全部倒出并观察补炉区情况，一切正常后可恢复转炉正常冶炼；

6）当下一炉钢水冶炼完成后，重复步骤2）至步骤6），再次利用修补料与炉内钢渣混合对修补区进行修补，如修补区的冲击坑仍未填平，考虑采用第三炉的钢渣与修补料第三次混合，直至冲击坑填平。

在采用本发明前，B钢厂150吨转炉一直采用水系大面修补料修补兑铁区，所需烧结时间约20min，使用寿命为30炉左右。而通过本实施例，采用本申请的修补料时，烧结时间仅需10min，使用寿命却高达52炉，且整个修补过程不冒烟。

实施例3一种环保型转炉快速修补料及其制备与使用方法

（一）配方组成

本实施例是针对国内C钢厂2#50吨转炉的冶炼实际情况进行的，其出钢温度为1620℃～1640℃，出钢温度较低，冶炼后剩余的炉内钢渣碱度为3.5～4.2，渣中FeO(wt)小于10%，补炉时炉渣较稠，粘度高，流动性差，不易填充修补料中镁石块间隙，与其表面缓慢发生预期物理化学反应，针对本实施例，需引入部分硼酸，但因该转炉终渣氧化性低，可降低修补料中的碳粉加入量，因此在实施本发明时，应按照如下重量份配比设计修补料原料组成：

镁石块(MgO=45%(wt)，80～100mm) 60份、

镁石块(MgO=45%(wt)，100～120mm) 31份、

碳粉(C=96%(wt)， 200目) 6份、

硼酸(200目) 1份、

水玻璃(液体，模数≈2.7) 2份。

（二）制备方法

1)按照修补料总重，称量出重量比为1份的硼酸和6份的碳粉并全部投入到封闭式预混机中预混，预混机转速应不大于30r/min，预混时间不短于5min，获得充分均匀的硼酸与碳的预混粉；

2)将菱镁石块破碎后，用振动筛筛出块度为120～100mm、100～80mm部分，并分别按照占修补料总重的31份和60份进行称量，随后将称量出的镁石块投入到混练机中，并以30r/min的转速混合1min；

3)按占修补料总重2份的比例称量液体水玻璃，并加入到混练机中的镁石块表面，迅速将转速提高至60r/min，保持该转速2～5min，具体时间以镁石块料表面形成均匀水玻璃液膜为准；

4)将硼酸与碳的预混粉投入到混练机中，并立即将混练机转速降至50r/min约10min后，再次将转速下调至30r/min，并保持2～5min，待镁石块料表面粘附层厚度均匀且混练机中无其他游离预混粉时出料；

5)出料时，借助混练机转速将配制好的修补料投放到吨袋中，并按照相应包装要求进行唛头制作及包装。

（三）使用方法

在C钢厂2#50吨转炉10534炉次时，炉底底角靠近兑铁侧部位具有较小坑洼，出于确保活炉底接缝处安全考虑，本实施例决定对其进行修补。通过观察并根据待补区坑洼大小判定需修补料1吨即可，而目测炉内钢渣量有8吨左右，可最多饱和1.6吨。因此，此次修补料用量定为1吨较为合理。

1)提前用叉车将1吨修补料运送至废钢槽内；

2)当10534炉次钢水出净后，保留所有炉内钢渣，并快速借助行车将炉体摇至炉口朝向兑铁侧，迅速将修补料倒入炉内；

3)通过3～5次的快速来回摇炉操作，摇炉角度控制在±10º以内，使得高温钢渣与修补料充分混合并完全摊开，防止局部渣料过厚而脱离炉衬基体，最后将炉体摇向炉口朝上并向兑铁侧偏10º左右，使得混合料全部均匀摊铺在待补区；

4)将摇炉开关关闭并锁死，使炉体保持静置10min左右，这样修补料中的镁石块与高温钢渣之间才能反应完全、作用充分，并在修补区形成完整的渣料复合层；

5)静置过程结束后，快速将炉内多余钢渣全部倒出并观察补炉区情况，一切正常后可恢复转炉正常冶炼。

在采用本发明前，C钢厂50吨转炉一直采用沥青结合修补料修补炉底，所需烧结时间约50min，使用寿命为25炉左右。而通过本实施例，采用本申请的修补料时，烧结时间仅需10min，使用寿命突破了70炉，创造该钢厂建厂以来修补料寿命记录。

Claims (5)

1.一种环保型转炉快速修补料，其特征在于：由以下原料按重量份配比组成：

镁石 85～94份、

碳粉 5～10份、

硼酸 0～2份、

水玻璃 1～3份；

其中镁石是菱镁矿原矿块料，其中MgO含量不小于40%，镁石块度为80～120mm，其中镁石块度为80～100mm的部分占总镁石块料的50%～80%；碳粉是一种碳含量为94%～98%的无定型碳，过200目筛取筛下物；水玻璃为液体硅酸钠，且模数1.5≤n≤3。

2.如权利要求1所述的环保型转炉快速修补料，其特征在于：所述的硼酸，过200目筛取筛下物。

3.权利要求1所述的环保型转炉快速修补料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）用颚式破碎机将菱镁矿原矿破碎，取块度为80～100mm和100～120mm的镁石待用；

2）按权利要求1所述的配比备料；如果修补料配方中加入硼酸，则硼酸和碳粉之间需要预混，预混采用人工或其他混练机进行混合，但均需保证预混粉混合均匀；

3）将称量出的镁石块料倒入混练机中，混练机转速设为30r/min，保持该转速1min，保证镁石大小块料混合均匀；

4）向混练机中加入称量好的水玻璃，并将转速设为60r/min，保持该转速2～5min，确保镁石块料表面形成均匀水玻璃液膜；

5）将硼酸与碳粉的预混粉或碳粉加入到混练机中，将转速调为50r/min，保持该转速10min后，将转速降至30r/min，并保持2～5min，待镁石块料表面粘附层厚度均匀且混练机中无其他游离预混粉时出料。

4.权利要求1所述的环保型转炉快速修补料在修补转炉中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，方法如下：采用权利要求1所述的环保型转炉快速修补料，包括以下步骤：

1）确定待补炉次后，按重量比，修补料：炉内钢渣=1：8～1：5，备修补料；

2）用叉车将上步定量的修补料倒运至废钢槽内；

3）待补炉次出钢后，保留炉内钢渣，迅速将修补料倒入炉内；

4）通过快速来回摇炉操作3～5次，控制摇炉角度在±10º以内，借助炉内余温，使得高温的炉内钢渣与修补料充分混合，最后将炉体摇动至混合料全部均匀摊铺在待补区；

5）将炉体保持静置8～10min，使得修补料中的镁石块料与高温的炉内钢渣之间反应完全、作用充分，并在修补区形成完整的渣料复合层；

6）通过摇炉将炉内剩余的钢渣全部倒出，观察炉内修补区域情况，一切正常后可向炉内倒入废钢及高温铁水，恢复转炉正常冶炼。