CN114317874A - 一种转炉出钢口用首砖及提高转炉出钢口使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金的技术领域，具体的涉及一种转炉出钢口用首砖及提高转炉出钢口使用寿命的方法。该种转炉出钢口用首砖由首砖本体和首砖分体构成，其中首砖分体嵌于首砖本体与转炉出钢口内水口砖连接端的内圈，首砖分体的其中一端口与内水口砖相接；首砖本体与首砖分体共同形成首砖段的钢流通道。一种提高所述转炉出钢口使用寿命的方法，在转炉出钢口的内壁喷吹粉状富MgO耐火材料。所述首砖分体更换方便，维护简便，极大地降低了转炉出钢口的更换成本和更换时间；所述方法大幅度提高了转炉出钢口的使用寿命。

Description

一种转炉出钢口用首砖及提高转炉出钢口使用寿命的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金的技术领域，具体的涉及一种转炉出钢口用首砖及提高转炉出钢口使用寿命的方法。

背景技术

在转炉炼钢生产工艺中，冶炼合格的钢水均通过出钢口流入钢包中，出钢口外径约250～300mm，内径约130～170mm,长约600～800mm，重约100～200kg，起到连通转炉内部和外部的作用。转炉出钢口的材质为耐火材料，目前配制滑板挡渣系统的转炉出钢口包括腹砖、首砖，滑板挡渣系统包括内水口、内滑板、外滑板、外水口，出钢口位置处由转炉内壁至外部的结构组成部分依次为：转炉内壁→腹砖→首砖→内水口→内滑板→外滑板→外水口→转炉外部，出钢口首砖与滑板系统的内水口通过耐火泥相连接，由于耐火泥烘烤硬化后的致密性低于出钢口其他位置处，因此首砖和内水口相连接部位最易被侵蚀。出钢口长期经受高温钢水、炉渣的机械冲刷和侵蚀，其寿命一般为200炉左右，每座转炉平均6天便需要进行一次更换出钢口作业。频繁的更换出钢口不仅造成耐火材料的浪费还挤占了转炉正常生产的时间，更换一次出钢口作业，平均需要90分钟。若因出钢口的内水口砖与首砖连接部位渗钢而更换出钢口，还需进行清理冷钢作业，更换时间再延长60分钟左右，增大劳动强度与危险性，耗时耗力，严重影响产量。

对转炉出钢口更换原因进行统计分析，得出主要原因分为出钢口首砖被侵蚀严重以及内水口砖与首砖连接部位穿钢，详见图1。

进一步分析如下：(1)通过对更换下线的出钢口进行检查，发现85％的出钢口侵蚀严重部位为首砖与内水口砖的连接端内圈部位，该部位侵蚀严重成为导致出钢口更换的主要原因之一；(2)内水口砖与出钢口首砖采用人工涂抹耐火泥的方式连接，造成内水口砖与出钢口首砖之间不可避免地存在一些缝隙，出钢过程中由于钢水静压力的作用，钢水易从内水口砖与出钢口首砖之间耐火泥涂抹缝隙中渗出，容易穿钢，存在安全隐患，也是导致首砖被侵蚀严重的主要原因；(3)当首砖部位被侵蚀严重后，实际生产中需要更换整支出钢口。因此亟需解决转炉出钢口频繁整体更换的问题。

专利201521071492X公开了一种复合式长寿命出钢口管砖，包括呈中空结构的管砖本体段、管砖顶部段和管砖尾部段，所述管砖本体段的顶部和底部分别通过卡槽式结构与管砖顶部段和管砖尾部段相连，且其接触部分通过高温耐火胶粘结；所述管砖顶部段和管砖尾部段内壁还分别嵌置有锆环。该专利虽然通过安装具有更优异耐侵蚀性能的锆环来提高管砖顶部段和管砖尾部段内壁处的耐侵蚀性能，但管砖其他部位处的耐侵蚀性能并未提高，因此只能使出钢口的寿命提高约50％，且锆质耐材的价格一般为镁碳质耐材的10倍以上，价格较昂贵，大大增加了生产成本。

专利2021203689454公开了一种转炉滑板挡渣用分体式出钢口砖及挡渣系统，该出钢口砖包括内水口砖、首砖和腹砖，所述内水口砖包括内水口砖本体和套装于所述内水口砖本体外侧的第一铁壳，所述第一铁壳沿周向均匀分布有至少三个第一定位凸起；所述首砖包括首砖本体和套装于所述首砖本体外侧的第二铁壳，所述第二铁壳沿周向均匀分布有至少三个第二定位凸起。该专利保证出钢口首砖和内水口砖与滑板挡渣用连接板的孔径达到精密配合，保证了安装的同心度，而且防止首砖和内水口砖使用过程中的裂纹扩散，解决了内水口砖和内滑板砖之间、首砖与内水口砖之间容易漏钢的问题。但由于出钢口首砖的外表面形状比较复杂，体积也较大，重约50kg，无法通过人的手持力单独更换出钢口首砖，需采用挖掘机等机械设备更换出钢口首砖，更换出钢口首砖仍然耗时较久，且很难保证出钢口首砖与出钢口母体之间的精准对中，因此本领域人员一般不单独更换首砖，而是直接整体更换出钢口，加大了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于针对转炉出钢口频繁整体更换，耗时耗力且使用寿命短的缺陷而提供一种转炉出钢口用首砖及提高转炉出钢口使用寿命的方法。本发明所述首砖分体更换方便，维护简便，极大地降低了转炉出钢口的更换成本和更换时间；所述方法大幅度提高了转炉出钢口的使用寿命。

本发明的技术方案为：一种转炉出钢口用首砖，该首砖由首砖本体和首砖分体构成，其中首砖分体嵌于首砖本体与转炉出钢口内水口砖连接端的内圈，首砖分体的其中一端口与内水口砖相接；首砖本体与首砖分体共同形成首砖段的钢流通道。通过对更换下线的出钢口进行检查，发现绝大部分下线出钢口被侵蚀的部位位于现有首砖与内水口砖连接端的端面处，被侵蚀掉部位的质量约为1kg，约占出钢口总质量的0.5％，因此本发明基于上述研究发现，对现有出钢口的结构进行改造，将出钢口中最易被侵蚀损伤的部位设计成首砖分体，这样通过更换首砖分体代替更换整支出钢口。在转炉出钢口侵蚀严重时，只需更换该首砖分体便能达到对转炉出钢口进行维修保养的目的。该首砖分体的设计使得耐材成本大幅度降低；维修保养时无需整体更换出钢口，更换方便，降低劳动强度，保障了人身安全，同时缩短了转炉出钢口的更换时间，提高了转炉正常冶炼的时间。

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体呈中空碗状，其横截面为圆环状。

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均相同；从首砖分体1/2高度处至首砖分体另一端口处的首砖分体壁厚则呈曲线渐变式减少；由于在出钢口使用过程中，内水口与首砖连接部位被侵蚀最严重，即首砖端面处被侵蚀最严重，而首砖从端面向下所受的侵蚀逐渐减轻，因此本发明将首砖分体下部的尺寸设计为曲线渐变的减少，这样在既能满足耐侵蚀要求的情况下，又有利于方便地更换首砖分体。在更换首砖分体时，需用机械工具把残余的首砖分体去除，残余首砖分体的体积越少，去除残余首砖分体的劳动量便越小，越能方便地更换首砖分体。

优选的，所述首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均为嵌入处首砖本体壁厚的60％～70％；首砖分体另一端口处的壁厚为嵌入处首砖本体壁厚的40～50％；首砖分体的高度为首砖本体总高度的10～15％；

优选的，首砖分体的高度为40～70mm。

上述首砖分体尺寸的设计在满足耐侵蚀要求的情况下，尽可能将首砖分体的体积设计小，这样有利于减少首砖分体的重量，方便更换首砖分体，人工手持即可进行更换，同时还有利于减少制作首砖分体的耐火材料使用量，降低耐火材料成本。

所述转炉出钢口用首砖中首砖本体与首砖分体均采用镁碳砖，其MgO≥77wt％，C≥11wt％，显气孔率≤5％，体积密度≥3g/cm³，常温耐压强度≥40MPa；所述首砖本体与首砖分体通过镁铬质耐火泥相粘接，该镁铬质耐火泥成分如下：按照质量百分比MgO为40～60％，Cr₂O₃为6～8％，水为20～30％，其余为不可避免的杂质；所述粘接条件为在1100℃下粘结1～3min。

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体的质量为转炉出钢口总质量的1～2％。根据所述首砖分体的尺寸和耐火材料密度，可以计算得到该首砖分体的质量只占出钢口总质量的1～2％，仅为1.5～2kg。

一种采用所述首砖的转炉出钢口。

一种提高所述转炉出钢口使用寿命的方法，在转炉出钢口的内壁喷吹粉状富MgO耐火材料；其中转炉出钢口内壁为包括腹砖、首砖、内水口砖所组成的钢流通道内壁。该富MgO耐火材料的成分如下：按照质量百分比MgO为85～90％，CaO≤2％，其余为不可避免的杂质；耐火材料的体积密度≥2.3g/cm³，粉状耐火材料的粒度为1～5mm。

转炉每次出钢后，出钢口表面都会不可避免的存在转炉渣残留，转炉渣中含有FeO、SiO₂等物质，而MgO会与FeO、SiO₂在转炉炼钢温度(1500℃左右)生成镁铁矿((MgO·FeO)和镁橄榄石(MgO·SiO₂)等复杂的渣状物，因此喷吹至出钢口表面的粉状富MgO耐火材料与残留转炉渣在转炉高温环境下发生烧结反应，生成一层富MgO的耐高温物质。由于MgO的熔点为2852℃，具有良好的耐高温性能，在转炉再次出钢时，该层富MgO的耐高温物质能在一定时间内抵御钢水和炉渣对出钢口的侵蚀，出钢口壁厚的平均被侵蚀速率由0.8mm壁厚/炉减少为0.3mm/炉，出钢口被侵蚀的速率大幅度减少。该方法达到了对出钢口进行日常维护，提高转炉出钢口寿命，保护转炉出钢口的目的。

所述提高转炉出钢口使用寿命的方法，具体步骤如下：首先将粉状富MgO耐火材料与水以1:0.5的重量份比进行混合，搅拌均匀呈泥状后备用；然后利用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷管的喷入速度为1～2kg/min，每千克载流气体输送10～20kg泥状料，喷吹载气为氩气。呈泥状的富MgO耐火材料可以堵塞各连接部分的缝隙，避免炼钢转炉过程中出钢口穿钢(或漏钢)事故的发生，频率由5～7次/年降至0次/年。

所述提高转炉出钢口使用寿命的方法中采用每冶炼一炉钢水进行喷吹一次，具体为在转炉开始吹氧冶炼的前1～2min内，采用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷吹量为1～1.5kg/次。

所述提高转炉出钢口使用寿命的方法中采用间隔8～12炉进行喷吹一次，具体为每次转炉出钢口更换滑板后，采用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷吹量为8～10kg/次。

本发明的有益效果为：本发明首先将转炉出钢口中最易被侵蚀损伤的部位单独设计制作成首砖分体，即为转炉出钢口首砖的分体，这样在炼钢转炉过程中出钢口使用一定炉数后仅该首砖分体侵蚀严重，只需更换该首砖分体便能够达到对出钢口进行维修保养的目的，该分体的质量只有出钢口总质量的1～2％，耐材成本低，更换方便，极大地降低了转炉出钢口的更换成本和更换时间。

在转炉正常生产时或更换滑板时，采用喷补设备对转炉出钢口的内壁喷吹粉状富MgO耐火材料，能提高转炉出钢口的使用寿命，粉状富MgO耐火材料在出钢口表面生成一层耐高温保护层，能在一定时间内抵御钢水和炉渣对出钢口的侵蚀，提高转炉出钢口的使用寿命；同时呈泥状的富MgO耐火材料还会堵塞出钢口首砖与内水口连接部分缝隙，避免内水口穿钢事故的发生。

附图说明

图1为出钢口使用寿命低的Pareto图。

图2为转炉结构示意图。

图3为转炉出钢口剖面示意图。

图4为本发明转炉出钢口中首砖分体的实物图。

图5为本发明转炉出钢口中首砖分体的俯视图。

图6为本发明转炉出钢口中首砖分体的主视图。

图7为本发明转炉出钢口中首砖分体的横截面剖视图。

其中，1为出钢口钢流通道；2为转炉出钢口外水口砖；3出钢口外滑板；4为出钢口内滑板；5为转炉出钢口内水口砖；6为首砖分体；7为首砖本体；8为出钢口腹砖；9为转炉内壁。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

所述转炉出钢口用首砖，该首砖由首砖本体7和首砖分体6构成，其中首砖分体6嵌于首砖本体7与转炉出钢口内水口砖5连接端的内圈，首砖分体6的其中一端口与内水口砖5相接；首砖本体7与首砖分体6共同形成首砖段的钢流通道1。

首砖分体6在转炉出钢口中的位置如图3所示，转炉出钢口由转炉内壁至外部的结构组成依次为：转炉内壁9→出钢口腹砖8→首砖本体7→首砖分体6→转炉出钢口内水口砖5→出钢口内滑板4→出钢口外滑板3→转炉出钢口外水口砖2→转炉外部。

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体6呈中空碗状，如图4、图6所示；其横截面为圆环状，如图7所示。

如图6所示，所述转炉出钢口用首砖中首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均相同，均为嵌入处首砖本体壁厚的60％；壁厚从首砖分体1/2高度处至首砖分体另一端口处则呈曲线渐变式减少，首砖分体另一端口处的壁厚为嵌入处首砖本体壁厚的40％。首砖分体的高度为首砖本体总高度的10％，首砖分体的高度为40mm。

所述转炉出钢口用首砖中首砖本体与首砖分体均采用镁碳砖，其MgO≥77wt％，C≥11wt％，显气孔率≤5％，体积密度≥3g/cm³，常温耐压强度≥40MPa；所述首砖本体与首砖分体通过镁铬质耐火泥相粘接，该镁铬质耐火泥成分如下：按照质量百分比MgO为40～60％，Cr₂O₃为6～8％，水为20～30％，其余为不可避免的杂质；所述粘接条件为在1100℃下粘结1～3min。

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体的质量为转炉出钢口总质量的1％。

一种采用所述首砖的转炉出钢口。

所述提高转炉出钢口使用寿命的方法，在转炉出钢口的内壁喷吹粉状富MgO耐火材料；具体步骤如下：

首先将粉状富MgO耐火材料与水以1:0.5的重量份比进行混合，搅拌均匀呈泥状后备用；其中该富MgO耐火材料的成分如下：按照质量百分比MgO为85～90％，CaO≤2％，其余为不可避免的杂质；耐火材料的体积密度≥2.3g/cm³，粉状耐火材料的粒度为1～5mm。然后在转炉开始吹氧冶炼的前1～2min内，利用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，其中转炉出钢口内壁为包括腹砖、首砖、内水口砖所组成的钢流通道内壁。喷吹量为1.5kg/次，喷管的喷入速度为1.5kg/min，每千克载流气体输送15kg泥状料，喷吹载气为氩气。

采用所述首砖分体，转炉出钢口平均使用280炉后更换首砖分体，再次使用平均250炉后整体更换出钢口，即转炉出钢口平均寿命由200炉提高到了530炉，减少了更换出钢口次数，目前在某厂4座转炉均已推广使用，并取得了良好的经济效益，具体如下：改造前出钢口每200炉更换一次，改造后每530炉更换一次，每座转炉可生产10000炉/年，则每年仅需更换19个首砖分体和19支出钢口，而改善前需更换50支出钢口，按更换一支出钢口平均时间约90min，更换一个首砖分体20min计算，则可节约(50-19)×90-20×19＝2410min/炉座。按照转炉周期41min，出钢量128t、吨钢效益400元计算，则4座转炉全年由于钢产量增加产生的效益为：2410/41×128×4×400＝1203.82万元。

转炉出钢口价格为2000元/支，首砖分体价格约为30元/个，粉状富MgO耐火材料约为3元/kg,通过该实施例中方法的实施，每个转炉每年节省约31支出钢口，增加19个首砖分体，增加约12000kg粉状富MgO耐火材料消耗，经测算，4座转炉由于耐材消耗减少增加产生的效益为：(2000×31-19×30-3×12000)×4＝10.1万元。

其中转炉出钢口寿命提高至少1倍，减少出钢口更换时间约2410min/炉座，4座转炉全年由于正常冶炼时间增加产生的效益约为1203万元，由于耐材材料更换频率降低，耐材消耗节省约为10.1万元。

实施例2

所述转炉出钢口用首砖中首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均相同，均为嵌入处首砖本体壁厚的70％；壁厚从首砖分体1/2高度处至首砖分体另一端口处则呈曲线渐变式减少，首砖分体另一端口处的壁厚为嵌入处首砖本体壁厚的50％。首砖分体的高度为首砖本体总高度的15％，首砖分体的高度为70mm。

所述转炉出钢口使用寿命的方法，具体步骤如下：

首先将粉状富MgO耐火材料与水以1:0.5的重量份比进行混合，搅拌均匀呈泥状后备用；其中该富MgO耐火材料的成分如下：按照质量百分比MgO为85～90％，CaO≤2％，其余为不可避免的杂质；耐火材料的体积密度≥2.3g/cm³，粉状耐火材料的粒度为1～5mm。然后在每次转炉出钢口更换滑板后，利用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，其中转炉出钢口内壁为包括腹砖、首砖、内水口砖所组成的钢流通道内壁。喷吹量为9kg/次，喷管的喷入速度为2kg/min，每千克载流气体输送20kg泥状料，喷吹载气为氩气。

Claims (10)

1.一种转炉出钢口用首砖，其特征在于，该首砖由首砖本体和首砖分体构成，其中首砖分体嵌于首砖本体与转炉出钢口内水口砖连接端的内圈，首砖分体的其中一端口与内水口砖相接；首砖本体与首砖分体共同形成首砖段的钢流通道。

2.根据权利要求1所述转炉出钢口用首砖，其特征在于，所述首砖分体呈中空碗状，其横截面为圆环状。

3.根据权利要求1所述转炉出钢口用首砖，其特征在于，所述首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均相同；从首砖分体1/2高度处至首砖分体另一端口处的首砖分体壁厚则呈曲线渐变式减少；

优选的，所述首砖分体从与内水口砖相接的端口至首砖分体1/2高度处的壁厚均为嵌入处首砖本体壁厚的60％～70％；首砖分体另一端口处的壁厚为嵌入处首砖本体壁厚的40～50％；首砖分体的高度为首砖本体总高度的10～15％；

优选的，首砖分体的高度为40～70mm。

4.根据权利要求1所述转炉出钢口用首砖，其特征在于，所述首砖本体与首砖分体均采用镁碳砖，其MgO≥77wt％，C≥11wt％，显气孔率≤5％，体积密度≥3g/cm³，常温耐压强度≥40MPa；所述首砖本体与首砖分体通过镁铬质耐火泥相粘接，该镁铬质耐火泥成分如下：按照质量百分比MgO为40～60％，Cr₂O₃为6～8％，水为20～30％，其余为不可避免的杂质；所述粘接条件为在1100℃下粘结1～3min。

5.根据权利要求1所述转炉出钢口用首砖，其特征在于，所述首砖分体的质量为转炉出钢口总质量的1～2％。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述首砖的转炉出钢口。

7.一种提高权利要求6所述转炉出钢口使用寿命的方法，其特征在于，在转炉出钢口的内壁喷吹粉状富MgO耐火材料；该富MgO耐火材料的成分如下：按照质量百分比MgO为85～90％，CaO≤2％，其余为不可避免的杂质；耐火材料的体积密度≥2.3g/cm³，粉状耐火材料的粒度为1～5mm。

8.根据权利要求7所述提高转炉出钢口使用寿命的方法，其特征在于，具体步骤如下：首先将粉状富MgO耐火材料与水以1:0.5的重量份比进行混合，搅拌均匀呈泥状后备用；然后利用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷管的喷入速度为1～2kg/min，每千克载流气体输送10～20kg泥状料，喷吹载气为氩气。

9.根据权利要求8所述提高转炉出钢口使用寿命的方法，其特征在于，采用每冶炼一炉钢水进行喷吹一次，具体为在转炉开始吹氧冶炼的前1～2min内，采用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷吹量为1～1.5kg/次。

10.根据权利要求8所述提高转炉出钢口使用寿命的方法，其特征在于，采用间隔8～12炉进行喷吹一次，具体为每次转炉出钢口更换滑板后，采用喷管将呈泥状的富MgO耐火材料均匀喷吹至出钢口内壁处，喷吹量为8～10kg/次。

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