摘 要：本文對比了環保型 “水基”大面自流料與傳統型大面補爐料使用特性及應用效果。實踐結果表明：環保型“水基”大面料燒結時間更短，使用壽命更高，可以有效提升轉爐維護效果，有利于轉爐生產平穩順行，提高了轉爐生產效率，并降低了爐前勞動強度；燒結過程綠色環保；具有很好的經濟、社會效益優勢。
關鍵詞：轉爐大面料 無碳 環保 燒結時間短 長壽
1 前言
隨著國家環保事業的不斷發展，大家對鋼鐵企業的污染控制越來越嚴苛。常規轉爐補爐料燒結過程的有害煙氣排放問題受到更多重視。
在我國，絕大多數轉爐修補依然采用以瀝青/樹脂做結合劑的大面自流料，該料直接投入爐內，在高溫作用下，瀝青/樹脂熔化，賦予材料較好的流動性能，迅速在目標修補區域鋪展開，一般1噸料燒結40-60分鐘，一般修補一次能夠使用8h或更長時間，目前國內大多數轉爐每煉鋼8～10爐次就必須進行爐底和大面的修補
傳統轉爐大面補爐料含有15 %左右的瀝青、焦油或樹脂，燒結時間過長，補爐一次噸料耗時40～60分鐘，燒結煙氣含有大量苯并芘及其他多環芳烴類有毒害物質，嚴重污染環境，危害人體健康。
但是，近幾年在國內，由于冶金行業發展形勢的持續低迷，鋼鐵企業為追求利潤，產品結構正在被迫由普碳鋼逐漸向高附加值的低碳和超低碳鋼等品種方向調整，生產工藝的改變相應導致轉爐對維護耐材的要求不斷提高，再加上目前各大鋼廠紛紛增加了轉爐廢鋼使用量，使得當前爐內的耐火材料使用環境更進一步惡化，使用壽命不斷下降。高溫鋼和特鋼的大量冶煉要求轉爐大面修補料使用壽命需要進一步提高，并實現無碳無雜質對鋼水零污染。
環保型“水基”大面自流料的推廣使用，對上述問題的解決提供了一種新的途徑，該料基本解決了傳統轉爐大面修補過程中煙氣有毒害、燒結耗時長、使用壽命短的問題。
2 材料性能
環保型“水基”轉爐大面自流料以高純或電熔鎂砂為主要原料，采用無機環保液體結合劑，并含超微粉、分散劑、低溫和高溫流平劑以及粘結劑等，在最大幅度降低液體加量的同時具備較高的熱態自流性、高溫熱折性能和耐沖刷強度，且無碳環保無污染。材料主要理化性能指標見表1。
表1 環保型無碳“水基”大面自流料理化性能指標
實驗室試驗對比了環保型“水基”大面自流料和某轉爐使用的傳統大面自流料各項性能。對照組材料成分詳見表2。
表2 某傳統自流料組成
取環保型“水基”大面自流料和傳統型大面料各500g，同時放置到已加熱至1200℃的鎂碳質耐火澆注料板上，對比兩種材料的熱流動和燒結情況，冷卻后檢測兩種材料與底板的粘結強度。1200℃高溫下成型試樣，經燒結，自然冷卻后進行物理性能檢測，試驗結果見表3所示。
表3 材料燒結特性比較
3 應用
3.1 使用方法
與傳統轉爐大面修補料使用方式不同，環保型“水基”大面自流料使用前需要現場進行攪拌。攪拌好的材料通過料斗傾倒入爐內，一次搖動爐體至適當角度，停留一段時間，待材料燒結完畢，即可投入生產使用。現場操作情況如圖1所示。
圖1 環保型“水基”大面料現場使用方法
材料投入爐內后無需進行反復搖爐，燒結時間與爐溫和投料量有關，正常情況下，補爐時爐襯溫度大約1000－1200℃，投料量和燒結時間的關系如圖2所示。
圖2材料投放量與燒結時間對應關系
3.2燒結對比
環保型“水基”大面自流料入爐后，搖爐至合適位置，材料在爐內即進行自流鋪展并開始固化燒結，固化時會有少量的水蒸氣逸出現象，但與傳統有機結合補爐料不同的是，燒結全程無任何污染性的煙氣現象產生。一般正常爐溫情況下，噸料燒結時間不大于20分鐘。具體情況如圖3所示。
圖3 燒結過程煙氣情況
3.3 工業應用情況
環保型“水基”大面自流料已在國內多家鋼廠的大、中、小型轉爐上進行了實踐應用，實際效果表明該料能夠充分改善轉爐前、后大面及爐底的使用工況，完全達到了預期水平，得到了客戶的廣泛認可。不同容積轉爐的現場使用壽命情況見表4所示，基本達到了傳統有機結合補爐料使用壽命的3倍或以上，大幅降低了爐前耐火材料消耗量，且縮短了燒結時間，提高了轉爐生產作業率。
表4不同容積轉爐使用情況
3.4應用效果
3.4.1 某廠50噸轉爐使用情況
以國內某廠3座50噸轉爐為例，主要冶煉全系列精品鋼，鋼水過氧化嚴重，鋼種復雜爐襯工況惡劣，使用傳統型大面補爐料修補一次用料1－2t，使用壽命大約35爐左右，燒結時間大約70分鐘。2017年6－7月進行了環保型“水基”大面自流料的工業試用。使用情況對比如表5所示：
表5 兩種大面料應用情況對比
環保型“水基”大面自流料燒結時間短，符合現場生產節奏要求。以現場修補2噸料為例，現有補爐料燒結需要大約110分鐘，環保型“水基”大面自流料燒結僅需大約30分鐘，且使用爐數基本達到現有補爐料的兩倍，每爐座每天可節約大約80分鐘的補爐時間，如果全部用于冶煉，可以多生產大約1～2爐鋼水，不僅創造的利潤非常可觀，同時大大緩解了轉爐與連鑄的生產協調壓力，大幅提高了轉爐生產節奏。
此外，現場根據該轉爐實際情況，結合環保型“水基”大面自流料流動性能好能夠滲透到細小縫隙、且燒結后致密度高、耐侵蝕等特性，在修補后大面的同時，對出鋼口部位順帶進行了修補，不再占用單獨修補時間，詳細見圖4所示。以某一次作業修補2t料為例，爐后出鋼口壽命為98爐，補后大面成功后，爐后擋渣效果較好，使出鋼口使用壽命達到了145爐，較近期的平均出鋼口壽命（80爐）大幅提高，并且同時減少了大約0.2t的噴補（投補）料的使用，如果后續能夠提高并穩定到平均約160爐，則相當于減少一次鉆出鋼口施工操作，既降低了爐前工作人員勞動強度，又可節省大約120min時間，可以增產大約3～4爐鋼水，間接創造的效益非常可觀。
圖4 出鋼口部位修補情況及示意圖
3.4.2某廠130噸轉爐使用情況
以國內某廠5座130噸轉爐為例，該廠5座130噸轉爐，每座轉爐每天出鋼約35爐，爐齡約12000爐。使用傳統型大面料補爐耗時大于80分鐘，平均使用壽命約12爐。
使用環保型無碳“水基”大面自流料補爐耗時約25分鐘， 平均使用壽命約45爐。
據以上相關數據，以單座轉爐為例，各項情況對比如表6所示：
表6 “水基”大面料和傳統大面料效益對比
從上表可知，使用環保型“水基”大面自流料后，在增產增效，降本降耗方面顯示出很大的優勢。以傳統補爐料中加入15%瀝青、焦油等有機物計。單座轉爐一年消耗1000噸左右補爐料，消耗瀝青、焦油等有機物約150噸，排入大氣的有毒害煙氣約70多噸。采用環保型無碳“水基”大面自流料后，完全避免了這方面的不良影響，具有顯著的社會效益。
4 結語
環保型 “水基”轉爐大面自流料具有良好的高溫熱流動性，主要物化性能指標均遠優于傳統大面自流料。
在國內多座轉爐上進行了工業應用，在燒結時間、使用壽命以及環境友好方面均體現出了較大的優勢。具有良好的經濟效益和社會效益。
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