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开发的ZS系列耐火耐高温钢包涂料,针对客户需求

2019-11-22 03:18

近日,首钢通钢第一钢轧厂成功试制SS400Cr出口材,产品宽度为1224毫米和1530毫米,厚度为2.9毫米~11.8毫米,共计1.03万吨。经检测,钢种化学成分和各项参数均满足客户要求。

近日,河北钢铁集团宣钢成功开发定尺长度为5.8米的S45Cr圆钢356.433吨,涵盖了φ20mm、φ25mm、φ30mm、φ35mm、φ40mm五个规格,经检验产品性能指标、表面质量均满足客户需要,产品全部销往南美市场。

什么是废钢,也许很多人说,废钢这还不明白,就不是废旧物资中不用的钢铁吗?其实废钢的定义是这样的:废钢是指已报废的钢产品以及机器、设备、器械、结构件、构筑物及生活用品等钢铁部分。

一、概述:

接到生产任务后,该厂高度重视,由技术科牵头召开品种钢生产准备会议,针对客户需求和SS400Cr钢产品特点,研究冶炼、浇注和轧制细节问题,论证设备保障条件和技术参数,在各方面工作准备充足后全面组织该钢种生产;在生产过程中,重点把握原料入炉比例,对转炉终点温度、转炉出钢挡渣、精炼软吹时间严格控制,明确技术要点,保证钢水成分达到要求;在浇注过程中,注意中间包内覆盖剂渣层控制,当渣层厚度不足时,及时补加覆盖剂,使用浸入式水口和方坯中碳钢结晶器保护渣进行保护浇注;做好工器具检查、关键设备标定等工作,并提前做好事故预案。

为保证S45Cr圆钢顺利开发,二钢轧厂积极制定相应措施,生产前,组织相关技术人员和生产骨干、岗位职工进行S45Cr圆钢工艺指导书的培训学习,明确开发过程中各岗位的关键参数控制点。对工艺设备、设施进行全面检修,对冷床、收集链带进行彻底维护。生产过程中,优化转炉入炉结构,落实双挡渣操作,恒速拉钢,保护浇注、提高铸坯质量,减少铸坯偏析,控制加热温度,稳定轧制速度,执行标准料型,批批取样化验,进行酸洗、热冷锻检测,确保了产品一次性轧制成功。

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钢包也叫盛钢桶,是冶金工业的重要容器件,起着储存、转运钢水的作用,同时还要进行炉外精炼的双重任务。随着炼钢技术的发展,我国的钢包用耐火材料也得到了很好的发展。如果钢包使用寿命的长短,不仅关系到耐火材料的消耗,而且直接影响炼钢的正常生产。特别是随着转炉寿命的提高,连铸比的增加和炉外精炼技术的进步,钢包处于容量大、钢种多、温度高、时间长等日益苛刻的使用条件,对钢包用耐火材料的要求也不断提高,所以世界各国都在积极研究开发各种钢包新材质耐火材料,以提高现有耐火材料的质量,延长耐火材料的使用寿命,降低耐火材料的吨耗。国内知名的高温涂料研发生产企业,北京志盛威华化工有限公司针对冶炼行业的实际情况,开发的ZS系列耐火耐高温钢包涂料,耐温可以达到1800℃,抗冲击,是钢包极好地耐高温材料。

那么钢铁生产企业在回收废钢环节都有一些什么样的要求和质量标准、分类呢?笔者了解到当前国内高大上的宝钢集团对废钢的回收从清洁度、残余元素、以及废钢品种分类等有详细的要求。

二、钢包工况要求:

第一条:清洁度

根据钢厂冶炼工艺不同可以分为:转炉钢包、电炉钢包;根据冶金作用可以分为:普通钢包、精炼钢包;根据材料及施工方法不同可以分为:浇注钢包、砖砌钢包;根据容量大小不同可以分为:50t以上的为大钢包、50t以下的为小钢包;钢水包用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业。结构特点:结构形式有塞杆式及滑动水口式,龙门架配有脱勾式于轴承式两种,其中塞杆式钢包的升降机构中置有滑杆奸细消除机构,以保证多次使用后,塞杆中心与水口中心的一致性钢包一般采用的耐火材料有以下几种:铝—尖晶石—碳砖;MgO—CaO—C系材料,如镁碳砖、镁钙碳砖、镁白云石砖等MgO—Cr2O3—Al2O3系材料,如镁铬砖、方镁石——尖晶石砖。炉渣碱度较低而波动大的部位使用效果比较好,炉渣碱度较高的部位一般使用MgO—CaO—C效果比较好。志盛威华高温涂料开发研究部总结发现,不管采用哪种耐火耐高温材料,必须具备以下特点:

宝钢集团要求所有类别废钢不得混入污物、有色金属或任何类别的外来材料,不得有过量的铁锈和腐蚀,但是并不排除有微量的偶然的夹杂物。废钢要求干净、干燥、无油、无异物。若废钢表面有泥沙、泥块、水泥、油污、橡胶、珐琅、塑料、铸件表面的粘沙等应予以清除,不得混有炉渣、耐火材料等夹杂物。废钢中不允许混有合金废钢,合金废铁及有色金属等。不允许有成套机械、设备及结构件;废钢中不允许有密闭容器、易燃、易爆物品、放射性及有毒物品等。管状废钢应两端开口,需能直接观察到管内状况;直径或厚度大于200mm的轧辊类非均质材料必须纵向切开。

材料耐高温,能经受高温钢水长时间作用而不熔融软化;

第二条:残余元素

材料耐热冲击,能反复承受钢水的装、出而不开裂剥落;

所谓的残余元素是指不是有意加入的,而是废钢中本身残留的某些合金元素,如:铜、铬、镍、锡、钼、铅、钨、硫、磷等。一般废钢要求碳含量小于2.0%,硫含量、磷含量均不大于0.050%,镍、铬、铜的质量分数各不大于0.30%;除锰、硅以外,其他残余元素含量质量分数总和不大于0.60%,且不得含有《废钢铁》国家标准GB4223-2004中规定的不应含有的其他成分。

材料耐熔渣的侵蚀,能承受熔渣对钢包内衬的侵蚀作用;

第三条:对于废钢铁品种的分类

安全系数高,要求钢包在使用过程中间不红包、不漏钢,保证安全作业;

废钢铁包括普通废钢(重型废钢、中型废钢、轻型废钢、打压包块、渣钢等)、低合金废钢(合金结构钢、轴承钢、弹簧钢等)、合金废钢(工模具钢、高速工具钢、不锈钢、高温合金、钛合金等)以及废铁(灰口铸铁、白口铸铁等)

钢包材料内衬具有一定的膨胀性,在高温钢水作用下,内衬之间紧密接触而成为一个整体;

笔者之所以把这三条摘录于此,不知道诸位读者看懂没有?笔者是想告诉大家,废钢进中频炉与进转炉是有本质区别的,不是所有的废钢都能进转炉。根据宝钢的这个标准对质量要求还有提及根据自身转炉及电炉大小及原料配比各自有自身的采购品种偏好和入炉质量标准。一般是按照废钢的外形尺寸、特征值和单重分类,长、宽、厚度及单重均有上下限要求及特征值,具体需参见各钢厂废钢采购标准。

具有足够的高温机械强度,能承受钢水的搅动和冲刷作用。

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耐火材料成本和其它要求。

所以我们大家想的废钢,在进转炉炼钢环节大家要明白,只有同钢种、比较接近的钢种才好入转炉,而不是像中频炉一样,什么样的废钢都可以放在一起熔炼。正常一炉钢水上百吨,如果添加的废钢其它杂质、参与元素太多,是特别不利于后道工序的冶炼,容易形成废钢废坯,生产效率大大的降低,反而是不利的。

三、钢包的使用要求:

我们现在所预期的中频炉停完后,废钢大量进去转炉炼钢根本不现实,这里面涉及到的是废钢种类的筛选,质量的区分,高炉钢厂也不是收所有的废钢。像这种合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、工模具钢、不锈钢、高温合金等都是属于特钢,成分中C、Mn、Gr、Cr、Mo、Ni、Cu、W等超标,是无法用于生产HRB400或者Q235、Q345这些普碳钢种的。在生产HRB400或者20MnSi、Q235、Q275、Q345这些材质的铁水、钢水中添加的一般应该是与之相近的钢筋头、普碳低合金板等的板头板尾等。

另外钢包在使用时,钢壳温度不能过高,以防止钢壳变形及保证在钢包周围工作的人和设备的安全,通常要求小于等于300℃。资料介绍,对于钢包包壳的温度要小于包壳材质的蠕变温度,一般应小于300-350℃(碳钢的蠕变温度300-350℃,合金钢的蠕变温度为350-400℃)所以通常在设计钢包内衬时要根据耐火材料的导热系数合理计算出钢壳表面温度,从而达到预期目的。最新的钢包耐火隔热保温涂料,涂料为水性无机涂料,采用北京志盛威华特制的高温溶液并选用纳米陶瓷空心微珠、硅铝纤维等为无机原料精加工而成,耐温幅度在-80—1800℃,导热系数只有0.03W/m.K,ZS-1耐高温隔热保温涂料能有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量的传导热,隔热保温抑制效率可达90%左右,可抑制高温物体的热辐射和热量的传导散失,钢包表面涂刷一定厚度的ZS-1耐高温隔热保温涂料,1100℃的模具表面涂上8mm高温隔热保温涂料模具涂料表面温度就能降低到100℃以内。

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钢包的使用现状钢包的使用条件苛刻:出钢温度偏高(>1700℃),每日的受钢次数低,从而使砌块既要承受高温钢流的冲刷,还要承受急冷急热可能造成的裂纹和剥离。

对于像冷轧汽车钢、彩涂板、镀铝锌一类的冷轧薄板等废钢是不会直接入炼建筑钢材的转炉的,只会在有相应生产产品的钢厂中得到回收利用。而含合金元素的的这些特中钢、高碳钢等则进入像特钢生产企业为主,比如像长城特钢、东北特钢、宝钢特钢、宏晟重工等这类的电炉、电弧炉炼钢生产企业。用来生产合金钢,如轧辊钢、大型的锻造圆钢、齿轮钢等。

钢包使用条件

我们大家都知道宝钢目前主要产品为冷轧汽车板及硅钢等,故而采购的废钢主要品种为冷轧汽车板散片、打包块、钢板边角料、电工钢废钢、拆船板并配以破碎料及炉料。冷热轧、镀锌板薄料由于对比重问题不采购散片,仅采购打包块,但由于存在包芯参杂等质量问题,宝钢当前基本已停止采购;

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此外沙钢其主要产品为螺纹钢,故其主要采购废钢品种为炉料、重废配以中小废及普通废钢打包块,但由于中频炉钢厂已经关停,包括福建、浙江等地在内的废钢料大量涌入沙钢,所以除炉料重废等较为优质的废钢品种外其余普废类废钢价格下调明显,价差已经日益凸显;同时与钢厂交流得知相比于矿石,废钢性价比已经凸显,很多原先不采购废钢的长流程钢厂也于去年底前开始采购废钢,大部分也以纯净废钢及重废类废钢为主,低品类废钢由于纯净度、对比重等问题导致现在进一步萎缩,后续或乃至无人问津。

所以先进的生产工艺和设备需要相应的优质耐火材料相配合,炉外精炼苛刻的工艺条件对耐火材料提出了更高的要求,耐火材料的使用寿命已成为制约炉外精炼处理能否正常进行的关键环节。因此,只有不断研制开发新产品,改进提高现有产品的性能,发挥耐火材料衬里的全部效能,获最佳的经济效益,才能满足炼钢生产的需要。炉外精炼作为电炉转炉——模铸生产的中间环节,起到提高产量、保证质量、净化钢水及调节成份的作用。因此,在模铸生产中,要提供化学成份、气体含量及夹杂物合格的钢水,必须进行炉外精炼。炉外精炼一般有四种形式:VHD、VOD、LF、VD。

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我们表面看起来废钢是可以都进钢厂炼钢的,但是实际上钢厂炼钢,各个钢厂炼的钢种、牌号不一样,要区分开来看。故而预期中转炉炼钢能增加或者弥补因去完中频炉地条钢后带来的缺口,就是错误的。是能弥补一部分,但是这部分弥补按照全国螺纹钢产量2亿吨来算,按照提高5%左右的标准(还得考虑是不是有足够的废钢给到转炉钢厂)则至多1000万吨。况且钢厂提高转炉废钢的入炉比例在年前开始发挥到极限,后续的增长空间真的是非常有限。

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弄明白废钢与转炉炼钢的区别,对于我们端正废钢认识的误区,有很大的帮助。希望大家在废钢的问题上有更多的探寻。

目前,炉外精炼钢包衬主要以镁碳砖为主。近年来,由于冶炼低碳钢、超低碳钢和提高钢包寿命的需要,已开发出无碳钢包衬,使炉外精炼钢包寿命大幅度提高。同时,钢包衬的无碳化、碱性化也是冶炼洁净钢的新需要,是钢包衬用耐材的发展方向。无碳材料有整体浇注料(主要为刚玉一尖晶石质、刚玉一氧化镁质浇注料)、浇注预制块、无碳机压成型砖(铝镁质或铝尖晶石质)。所用钢包内衬耐材的纵剖面图:净空、渣线、水口部位采用MgO—C质耐材,在钢液熔池部位的侧壁、包底、钢流冲击砌块则采用了A12O3一MgO质耐材;另外,抗钢流冲击砌块设置在包底的中央部位。

四、钢包的维护:

钢包在需要维修的各个部位中,次数最多的是钢流冲击砌块占了64.8%;其次分别是渣线、侧壁和包底、水口。因此,为了延长钢包寿命,首先就需要改善该砌块的材质。

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其损坏形态如图所示:钢包在实际使用了15ch后,由于出钢时砌块承受钢流的冲击大,故使用之初就在其中央部产生了裂纹,龟裂的扩展就造成了材料的剥落,从而缩短了使用寿命。因此,提高耐材的耐剥离性十分重要。ZS-1071耐高温无机粘合剂耐温可以达到1800℃,志盛威华耐高温无机粘合剂粘结力强耐蚀性,而且可以再高温下保持良好的粘接性能和抗腐蚀性,使用寿命长是钢包维修的极好地修补、粘结材料。

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钢流冲刷砌块的损坏形态,承受钢流冲击后,砌块上产生龟裂,主要是冲击造成的机械剥离和熔渣引起的结构性剥离。为了抑制这种破坏,是实现浇注块的低水分化、提高其强度,并将之致密化以抑制渣的浸润。在减少浇注块的水分时,为了提高材料的流动性,将用作填充料的氧化铝从电熔Al203改为烧结A1203;而且,还将加入的有机纤维量减少了25%。

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为低水分材料与原来材料的质量特性对比。由于改善了材料本身的流动性,可将施工时的加水量从原来的4.2%减至3.8%,从而降低了表观气孔率,提高了抗压强度;另外,为了缓和致密化造成材料膨胀量的增大,将氧化镁加入量从原来的8.1%减至6.2%。而且,志盛威华针对钢包研究开发的ZS-522耐高温自洁不粘覆涂料涂层表面不易被其他粘性物质所粘附或粘着后易被除去的特种功能涂料。此功能涂料因其所形成涂层的耐温高、表面能极低、摩擦系数小、易滑动、排斥力强等防粘自洁性特点。ZS-522耐高温自洁不粘覆涂料耐温高,采用志盛威华特质的耐高温溶液,耐温可以高达2000℃,抗熔融液、抗高温渣性好,耐熔渣浸蚀和金属水浸泡,具有不粘高温下金属水、渣的性能。ZS-522耐高温自洁不粘覆涂料高温熔融下光滑自洁、气密性好、粘结力强、涂层坚实牢固、表面张力大、导热性能好、无毒无臭,不污染环境,对冶炼金属成份含量无任何影响。

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在我国一般其公称容量在50吨以下的不带精炼的转炉普通钢包,其工作衬一般采用浇注料整体浇灌成型。工作衬一次性使用寿命一般在50-60次左右,最高在70-80次左右,甚至个别钢厂有在100次以上的。为降低吨钢耐材消耗,许多钢厂钢包工作衬在使用一定次数后,将残衬表面的残钢、残渣清理掉,俗称剥皮,然后再坐上胎模浇灌一定厚度的浇注料,待烘烤后继续投入使用,可大大降低成本,该过程也叫套浇,其第1次留下的残衬相当于永久衬,能维持2-3个包役。钢包工作衬的材质有铝镁质、高铝尖晶石质等,按结合剂可分为低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料。有的钢包上也涂刷ZS-1021耐高温封闭涂料,耐温到1700℃,志盛威华涂料涂刷方便,使用寿命长,耐酸碱、抗老化、抗冲击耐磨,可以很好的保持基体不钢水侵蚀,延长钢包的使用寿命。

五、钢包耐火材料总结:

由上面分析可知,钢包包龄综合提高是炼钢技术水平提高的永无止境的要求,因此必需研究钢包用耐火材料寿命的瓶颈。但要保证熔池工作层与渣线工作层的侵蚀速度保持一致是比较困难的,因为渣线工作层寿命大大低于熔池工作层的寿命,所以追求包龄的经济性,其关键是提高渣线工作层的寿命,具体的技术措施主要包括以下4个方面的改进:

对钢包现场的工艺参数及相关技术条件进行研究,合理选择与之相适应的耐火材料;

优化钢包砌筑方案,采用不同部位使用不同材质的耐火材料,根据不同的侵蚀特征使用不同形状和厚度的耐火材料

在使用时要强化钢包管理,保持钢包使用的连续性,减少因急冷急热导致耐火材料的剥落现象。

换言之,在设计钢包时要根据不同部位使用的耐火材料的侵蚀速率,与最初预计的使用寿命来计算出各部位所需要的厚度,在有必要的地方如渣线和包底冲击区要适当加厚设计,或是选用好的、最新的耐火耐高温那材料,保证他们同步损毁。

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