寶鋼鋼鐵冶煉全流程用耐火技術(shù)的發(fā)展

寶鋼鋼鐵冶煉全流程用耐火技術(shù)的發(fā)展

改革開放以來，中國的原材料工業(yè)取得了很大進步。特別是最近30年,通過對跟隨鋼鐵及其他高溫行業(yè)的先進生產(chǎn)工藝和設(shè)備而引進的國外先進耐火材料進行剖析,以及從“八五”到“十一五”期間全國相關(guān)科研機構(gòu)、大學(xué)、生產(chǎn)企業(yè)、使用單位的不斷研究和聯(lián)合攻關(guān),我國耐火材料工業(yè)基本上達(dá)到世界先進水平。但是,我國耐火材料的整體消耗水平與世界先進水平相比仍有較大差距。本文中,在介紹寶鋼鋼鐵冶煉基本工藝流程和設(shè)備概況的基礎(chǔ)上,對比分析了寶鋼的耐火材料消耗水平,并提出了寶鋼今后在耐火材料應(yīng)用方面的發(fā)展趨勢。0寶鋼在20世紀(jì)70年代末80年代初從日本新日鐵整體引進生產(chǎn)工藝及設(shè)備,投產(chǎn)后又不斷引進各種先進的工藝及設(shè)備,目前是中國實力最強、世界第五大鋼鐵企業(yè),一直代表著我國鋼鐵工業(yè)的領(lǐng)先水平。圖1和表1示出了寶鋼鋼鐵冶煉的基本生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備概況。2國、韓先進鋼鐵公司對比由于生產(chǎn)工藝及設(shè)備先進,寶鋼的耐火材料消耗水平同樣領(lǐng)先于國內(nèi)同行,但與日本和韓國等國外先進鋼鐵公司相比仍然存在明顯的差距。下面就寶鋼各系統(tǒng)的耐火材料消耗水平與日本、韓國先進鋼鐵公司以及國內(nèi)較先進的鋼鐵公司進行了對比。其中,A鋼廠的數(shù)據(jù)是根據(jù)采購量及鋼產(chǎn)量計算得到的,W鋼廠的數(shù)據(jù)則是整個公司2011年上半年的平均值。2.1脫、“三脫”工藝對比煉鐵系統(tǒng)用耐火材料的使用壽命及噸鐵耐火材料消耗情況的對比見表2。需要說明的是,只有寶鋼與日本某鋼廠在魚雷罐內(nèi)進行了“三脫”,而其他公司沒有該工藝。從表2可以看出,寶鋼煉鐵系統(tǒng)的噸鐵耐火材料消耗基本接近世界先進水平。2.2鋼土墻體被充放電轉(zhuǎn)爐容積、壽命及噸鋼耐火材料消耗情況的對比見表3?？梢钥闯?雖然寶鋼轉(zhuǎn)爐的壽命很高,但是噸鋼耐火材料消耗卻比國外鋼廠高很多。這主要是因為寶鋼為了追求轉(zhuǎn)爐高壽命,在轉(zhuǎn)爐中后期大量使用轉(zhuǎn)爐自流修補料和噴補料(表中可以看出寶鋼轉(zhuǎn)爐熱補料比國外廠家高很多),維護很頻繁,從而導(dǎo)致噸鋼耐火材料消耗增加。因此,應(yīng)根據(jù)寶鋼自身情況,在保證轉(zhuǎn)爐全程復(fù)吹以及鋼鐵產(chǎn)量的情況下,制定合適的轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟爐齡,從而降低轉(zhuǎn)爐噸鋼耐火材料消耗。2.3鋼包的小修特性及影響鋼包材料壽命的因素鋼包和RH精煉爐的壽命及噸鋼耐火材料消耗情況的對比見表4。寶鋼鋼包的噸鋼耐火材料消耗遠(yuǎn)高于日韓鋼鐵公司,其中一煉鋼的噸鋼耐火材料消耗幾乎是日韓鋼鐵公司的2倍,這主要是耐火材料壽命低造成的。從表4看出,寶鋼鋼包透氣磚的壽命(25爐)遠(yuǎn)低于日韓鋼鐵公司的(70爐),而透氣磚的壽命直接決定鋼包的小修壽命和中修壽命;此外,頻繁的挖修及小修造成鋼包冷熱交替頻繁,也直接影響鋼包爐壁耐火材料的壽命。寶鋼一煉鋼RH系統(tǒng)的噸鋼耐火材料消耗與日韓鋼鐵公司的基本相當(dāng),而二煉鋼的則約為日韓鋼鐵公司的2倍。這可能主要與二煉鋼生產(chǎn)的鋼種使得RH浸漬管和下部槽壽命偏低有關(guān),也可能與真空槽設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)。一煉鋼1#、2#RH的下部槽與浸漬管之間用法蘭連接,可以方便地在線更換浸漬管。一煉鋼的4#以及二煉鋼的3#、5#RH的下部槽與浸漬管之間是焊接連接,需整體下線并且冷卻后更換浸漬管,還要更換環(huán)流管,并挖修底部和側(cè)壁的部分區(qū)域,這直接導(dǎo)致噸鋼耐火材料消耗增加;此外,下線冷卻后更換,增加了下部槽冷熱交替的頻率,也會間接影響RH下部槽的使用壽命,從而增加耐火材料消耗。2.4清除表面涂料連鑄系統(tǒng)的壽命及噸鋼耐火材料消耗情況的對比見表5?？梢钥闯?寶鋼連鑄系統(tǒng)的噸鋼耐火材料消耗是日韓鋼鐵公司的2～3倍,并且這種差距主要體現(xiàn)在中間包本體上。寶鋼中間包采用在磚砌爐襯上涂抹或噴涂涂料的結(jié)構(gòu),在使用結(jié)束后清除涂料時采用了翻包機構(gòu),在翻包過程中會導(dǎo)致磚的松動甚至脫落,從而直接影響耐火材料的使用壽命,導(dǎo)致耐火材料消耗增加。而國外中間包基本上采用整體澆注,使用翻包機構(gòu)清除表面涂料時基本上不會影響爐襯的使用壽命。此外,國外擋渣墻使用后都要回收再使用,一般使用3次左右,最多使用5次,而寶鋼的擋渣墻因為結(jié)構(gòu)不一樣,一般都不回收再使用。其次,目前連鑄三大件的使用壽命也都低于國外先進水平,三大件的消耗水平也相應(yīng)地高于國外。3關(guān)于鋼鐵公司的發(fā)展趨勢3.1長壽命、低成本材料的熱性能要降低鋼鐵冶煉的耐火材料消耗,就耐火材料方面而言,就是在不改變鋼鐵生產(chǎn)和操作條件的情況下,研制出長壽命、低成本的耐火材料。研制長壽命、低成本的耐火材料,需要在耐火材料材質(zhì)設(shè)計時分析其損毀機制,并加強制造工藝的設(shè)計。對于耐火材料損毀機制的分析,耐火材料制造商和鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)要密切配合。此外,要大幅度降低耐火材料消耗,還需改善修補材料的耐用性,并提高修補技術(shù)。隨著對高純凈鋼、高潔凈鋼需求的增大,需大力開發(fā)能夠提高鋼水潔凈度和鑄坯質(zhì)量的長壽命功能耐火材料,如大流量、長壽命透氣磚,抗氧化鋁附著的浸入式水口等。3.2材料和發(fā)揮節(jié)能與長中國在“十一五”期間的GDP單位能耗降低了14.38%,但仍比發(fā)達(dá)國家高很多。我國經(jīng)濟發(fā)展遭遇了能源瓶頸的考驗,政府已經(jīng)制定了節(jié)約能源和淘汰高能耗產(chǎn)業(yè)的政策來指導(dǎo)我國經(jīng)濟未來的發(fā)展。耐火原料和耐火制品(尤其是定形耐火制品)的生產(chǎn)屬于高能耗生產(chǎn),能源供應(yīng)、能源價格影響著耐火材料的生產(chǎn)。而耐火材料本身又影響其下游使用設(shè)備的節(jié)能與長壽,并且與耐火材料生產(chǎn)過程中的節(jié)能相比,耐火材料對其下游使用設(shè)備的節(jié)能與長壽貢獻(xiàn)更大。例如,降低含碳耐火材料的碳含量,可以降低耐火材料的熱導(dǎo)率,減少高溫容器的熱損失;研發(fā)輕質(zhì)低熱導(dǎo)率的工作襯用耐火材料,是降低耐火材料散熱和耐火材料熱存儲的有效途徑,可以大大降低熱損失并減少CO2排放。3.3價鉻磚的使用經(jīng)濟的快速發(fā)展不應(yīng)以犧牲環(huán)境為代價,因此環(huán)保型耐火材料的發(fā)展刻不容緩。應(yīng)選擇一些無毒、無害的結(jié)合劑和原料來制造耐火材料。六價鉻離子會污染水源,因此鎂鉻磚正逐步被鎂鋁尖晶石磚和鐵鋁尖晶石磚所替代而應(yīng)用到鋼鐵和水泥行業(yè),如RH用浸漬管正逐步使用無鉻的鎂鋁尖晶石整體澆注料代替以前的鎂鉻磚。但是由于某些行業(yè)采用其他材料難以替代含鉻耐火材料,因此就需要注重發(fā)展含鉻材料在使用和用后保存時避免六價鉻形成和滲出的技術(shù)。此外,高爐用無水無鉻炮泥及轉(zhuǎn)爐用無碳修補料等,都在逐步替代以前不太環(huán)保的產(chǎn)品。3.4熔噴材料的回收利用耐火材料的資源再生包括用后耐火材料的回收利用及低品位原礦的再利用。我國每年產(chǎn)生的用后耐火材料高達(dá)400萬t,其中多數(shù)被當(dāng)作垃圾廢棄,既浪費了資源,又污染了環(huán)境。目前,世界各國都開展了用后耐火材料再利用的研究,國外有的鋼廠的耐火材料回收利用率達(dá)到了80%,而我國用后耐火材料的回收利用率僅30%左右,而且主要是用后鎂碳磚的回收利用,這需要我國加大這方面的工作力度。由于以前我國對礦山的開發(fā)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,采富棄貧現(xiàn)象嚴(yán)重,這不僅造成資源的大量浪費,而且嚴(yán)重破壞了礦區(qū)環(huán)境。鄭州大學(xué)高溫材料研究所在開發(fā)低品位礦方面做了一些工作,通過與企業(yè)合作,采用中低品位的高鋁礬土為主要原料,開發(fā)了礬土基均質(zhì)料、電熔鋯剛玉莫來石、電熔尖晶石和賽隆,取得了一些成果,并且作為原料應(yīng)用于制備耐火材料產(chǎn)品,取得了良好的使用效果,應(yīng)用前景很好。3.5納米材料的質(zhì)量控制要降低耐火材料消耗,不單需要耐火材料企業(yè)提高其產(chǎn)品質(zhì)量,也需要耐火材料用戶企業(yè)提高耐火材料使用水平。學(xué)習(xí)日韓鋼鐵公司耐火材料的管理模式,成立耐火材料專業(yè)化服務(wù)