炉外精炼对耐火材料的要求 炉外精炼的技术

炉外精炼工艺流程 探讨炉外精炼工艺技术的发展

摘?要 当前，炉外精炼工艺技术已经成为炼钢工艺中必不可少的环节，可有效控制生产成本，提升产品质量，与我国低碳经济发展要求相一致，因此具有广泛的应用价值与现实意义。本文主要对炉外精炼工艺技术的应用与未来发展进行分析与探讨。

炉外精炼对耐火材料的要求 炉外精炼的技术

关键词 炉外精炼；效益；工艺技术；应用；发展

中图分类号 TF769 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0191-01

自炉外精炼技术提出并使用以来，已经可以实现20余种应用方法。炉外精炼又可以称作钢铁的二次冶炼，以此提升钢液的纯度，对钢锭结晶有所改善。因此，当前炉外精炼技术已经得到世界各国的关注，我国也位于其中，努力研发了各种型号、各种性质的炉外精炼设备，但是与国外先进水平相比，我国技术仍有待进一步发展、完善。钢水炉外精炼作为国内外先进的炼钢技术之一，随着低碳经济的提出，纯净钢生产工艺、连铸技术被重视起来，而炉外精炼工艺也凭借其优势迅速普及。在日本及欧美等钢铁生产大国，几乎超过90%的炼钢采用炉外精炼工艺，这也将成为我国今后努力发展的重大趋势。

1 炉外精炼工艺技术及其应用

1.1 真空循环脱气法（RH）

真空循环脱气法的技术原理为：通过气泡将钢水上升到真空室内，完成脱碳、脱气等反应过程，然后再回流至钢包中。通过该种方法处理，对钢包的净空高度没有特殊要求，且钢包的净空高度也不会对反应速度产生影响。与其他真空处理技术相比较，真空循环脱气法主要具备如下优势：①反应速度较快，真空脱气的整个过程约为10 min，只需要5 min就可以实现均匀化的合金与温度，与转炉联合使用，效果更佳；②可以支持二次燃烧的热补偿过程，避免在精炼过程中温度降低过快；③反应效率良好。钢水可以在真空之内完成反应过程，钢的纯净度较高，符合清洁生产要求。在真空循环脱气法中，相关工艺参数计算如下：

1）循环因数。循环因数主要指在炉外精炼过程中，真空室内通过的钢水以及处理量的比例，计算公式如下：

μ=wt/v （1）

在公式（1）中，μ代表循环因数（次）；w与t分别代表循环量（t/min）、循环时间（min）；v代表钢包的容量（t）。

2）循环量。循环量主要指在单位时间范围内，通过上升管或者下降管的钢水量，其计算公式如下：

Q=0.002×Du1.5G0.3 （2）

在公式（2）中，Q代表循环流量（t/min）；Du代表上升管的直径（cm）；G代表上升管中氩气的流量（L/min）。

1.2 钢包精炼炉法（LF）

钢包精炼炉法源于日本，LF炉已经成为当前应用较多的设备之一。该种工艺技术主要具备以下优势：①可以应用于超低氧、超低硫等钢铁生产中；②具备电弧加热功能，极大提升热效率，满足大幅度升温需求，温度控制较为；③应用渣钢精炼工艺，设备简单、便于作，合理控制精炼成本。以实际应用来看，钢包精炼炉法主要包括以下几方面技术要点：

1）温度控制。LF炉采取电弧加热方式，一般钢水加热的效率达到60%以上，远远超过电炉的升温速度；平均每吨钢水提高1℃，耗电量约0.5 kWh～0.8 kWh；而LF炉的升温速度快慢将对供电比功率产生直接影响。应用LF炉供电比率约150 KVA/t～200 KVA/t，每提高1℃，大约需要3 min～5 min；通过埋弧泡沫技术，可有效控制电弧中损失的辐射热，保障加热效率。

2）白渣精炼。白渣精炼是钢包精炼炉法的核心环节，通过白渣对钢水完成精炼过程，实现脱氧、脱硫目标。其工艺要点分析如下：其一，保持LF炉中的弱氧化状态，避免造成炉渣的再氧化过程；其二，一般情况下将包渣的碱度控制在R≥4范围内，其中w（TFEO+MnO）≤1%，以此确保脱氧与脱硫的效果。其三，采取适当的搅拌方法，避免将钢液面在外，同时确保熔池中的传质速度。

3）合金微调与控制。通过合理的合金微调过程，可确保钢材成分的稳定性，更好地实现LF炉的冶金过程。以齿轮钢生产过程为例，需要将钢材的淬透性带度控制在4HRc以内，就需要对钢材中各种合金元素的成分进行控制，以免出现波动现象。采取合金微调，具体方法如下：首先，确保快速分析过程，将分析的响应时间控制在3 min～5 min范围内；其次，计量钢水重量、合金回收率等参数，同时确保钢水的脱氧性能良好；再次，合理确定加入合金的参数，以确保钢水成分的稳定性。

1.3 VD与VOD的联合

在整个精炼过程中，VD炉是一种较为常用的真空脱气设备，通过与LF炉的联合使用，可以支持各种优质碳钢、合金钢结构以及低合金高强度钢的生产过程。在VD炉中加设顶吹供氧系统，即合成为VOD炉，可以实现真空吹氧脱碳功能，在低碳不锈钢冶炼中发挥较好功效。与真空循环脱气法相比较，该种方法精炼的强度将受到钢包净空高度的影响。一般情况下，完成一次钢液的脱气处理过程，需要将钢包的净空高度控制到6 m以上；完成一次钢液的碳脱氧处理过程，需要将钢包的净空高度控制到9 m以上；完成一次吹氧脱碳处理过程，需要将钢包的净空高度控制到约

1.0 m～1.2 m左右。由于考虑到钢包的净空高度将对钢水脱碳的反应强度产生影响作用，因此一般采用VD炉脱碳的时间较长，约

30 min～45 min，而完成整个处理周期则需要60 min～90 min。

2 炉外精炼工艺的发展

随着时间的推移与技术的完善，炉外精炼工艺已经得以广泛认可与应用，并且在提高控制度、保障钢的纯净度以及优化组织结构等方面发挥重要作用，极大降低冶炼成本，同时提高钢的质量。但是在发展过程中，针对可能遇到的各种问题，还应不断完善该项技术，更好地实现其应用价值。

2.1 合理降低污染

在炉外精炼过程中，随之产生大量的废气，对环境造成一定威胁。为了更好地落实节能减排目标，应该对污染物进行相应的技术处理，如金属氧化物、等，应尽量将污染程度控制到标准范围内，在生产过程中贯彻环保意识。

2.2 使用碱性耐火材料

通过应用碱性耐火材料，可更好地满足各种精炼要求，保障生产效率与产品质量。对于使用的耐火材料条件，应尽量符合炉渣环境，以此控制腐蚀速度与腐蚀程度。另外，根据精炼设备实际情况，有针对性地配以材料，提高保温效能与修补技能，延长设备使用寿命。

2.3 多功能化趋势

在钢的精炼设备中，将各种工艺技术组合起来，其中包括加热温控、真空冶金、渣选精炼以及搅拌工艺等，更好地生产超纯精钢，满足低碳经济需求。

2.4 智能化发展

随着信息技术时代的到来，实现炉外精炼工艺的智能化发展，必然具有一定战略意义。结合来料钢水的各种参数，通过信息技术提出、合理的精炼方案，再利用计算机对各道程序进行控制，实现网络化数据处理，缩短热停等待的周期，提高生产效率。

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对水泥窑炉的耐火材料有多少要求呢？

水泥窑衬是指砌筑在窑系统（包括回转窑、预热器、分解炉、冷却机、燃烧器、热风管道以 及立窑等）筒体内表面的耐火层。耐火材料的质量优劣直接关系到窑系统的安全运转。对水泥窑 衬所用的耐火材料总体要求如下。①耐高温窑炉内各部位高温程度不一，所使用的耐火材料必须能经受在正常或不正常情 况下的高温，具有在足够高温下的强度，不软化、不熔融的性能。②良好的抗蚀性窑炉内煤燃烧时产生so2以及煅烧过程中液相、熟料中的碱、熔渣料等， 这些气态介质或固态物质都会与耐火材料起化学反应，因而要求衬料能经受化学侵蚀损坏性能。③热稳定性好任何开停窑或生产不正常，均使窑温发生变化，当窑炉温度急剧变化或各 部位砌体受热不均产生热应力时，要求耐火材料具有抗开裂、抗剥落能力。④具有高温积稳定性窑炉属于高温的热工设备，要求生产线系统使用的耐火材料在 高温积稳定，不致产生因过大膨胀或收缩，使窑炉砌体出现崩裂或裂缝，降低砌体使用 寿命。⑤耐磨性好由于物料在窑衬表面上移动，气流中颗粒对窑衬摩擦，尤其是机械化立窑， 物料始终全部地摩擦筒体内壁衬料，增加物理磨损，需要耐火材料具备耐磨性。⑥抗碱性好。水泥窑煅烧出碱性高的硅酸盐相熟料矿物，以及在窑气和窑料中含有以硫酸 碱和氯化碱为主的挥发性组分，尤其是预分解窑其循环富集，渗人砖热面层，加剧“碱裂’’ 破坏。⑦挂窑皮性能好回转窑烧成带要求挂窑皮，用于此处的窑衬必须具有良好的挂窑皮性能。⑧砖的尺寸、形状准确水泥窑系统壳体形状复杂，不同部位配置的砖型各异。

较早，我国大型新型干法水泥窑高温带使用进口镁铬砖、尖晶石砖、寿命约10-12个月；仅在窑内分解带使用国产抗剥落砖，寿命约20个月。这一配置能够满足水泥生产的要求。但是，进口材料的价格较高，运输时间较长，致使购砖成本高，材料库存多，流动资金占用。随着国产碱性耐火材料的提高，我国企业摸索到了利用国产材料进行全窑耐火材料配套的方案。2000年以后，越来越多的水泥回转窑实现了全窑国产化配套耐火材料。

实施全窑耐火材料国产化之后，寿命可勉强满足要求。每台回转窑每年可节省近100万元的直接成本。但是，尖晶石砖热导率过高，使散热损失增大，又影响了窑体寿命，致使每年要停窑检修2-3次更换耐火国产碱性材料寿命不高的原因很大程度上在于国内厂家落后的生产设备。进口耐火材料主要液压机成型，其配料、成型、烧成、检验工序中全面采用了自动控制，产品尺寸精度高，质量均匀，没有隐蔽性裂纹；而国内厂家主要采用摩擦压砖机成型，其配料、成型、烧成、检验工序中自动化水平较低，产品质量波动大，尺寸偏大。使用中，为防止国产碱性材料掉转，必须通过使用钢板锁紧，导致升温中耐火材料产生很大膨胀，容易使过度受压的耐火砖损害。

为解决国产耐火材料寿命短的问题，一些企业设法用硅莫砖（高铝碳化硅材料）代替镁铝尖晶石砖，用镁铁尖晶石砖直接代替镁铬砖并获得了成功。由于高铝砖强度高，热膨胀率小抗热震性好，故升温时很少损坏。由于制造镁铁砖时，采用预先合成的铁镁尖晶石，所以烧成温度显著低于直接结合镁铬砖，故砖的尺寸比较容易控制。这样在一定程度上规避了国内企业的生产设备，热工制度不稳定的弱点，减少了与发达产品外观质量上的距，从而提高了产品的使用效果。

大型预分解窑多采用篦式冷却机和多风道喷煤嘴，篦式冷却机热回收率高，二次温可达1150℃，多风道喷煤嘴一次风量较大，因此火焰温度提高很多，出窑熟料温度可达1400℃，使得窑口、冷却带、烧成带、过渡带、分解带甚至窑门罩、冷却机的温度水平远高于传统窑的相应部位。

温度提高不仅对耐火材料提出更高的耐火要求，而且温度的提高加剧了窑料对耐火材料的化学侵蚀，用于传统窑相应部位的材料在预分解窑上寿命急剧下降。

窑的单位产量提高，窑筒转速加快，加剧是了耐火材料的应力破环。预分解窑产量较之相同直径的传统窑提高3倍以上，窑的转速达到3～4转/分。窑筒高速运转不但机构应力大为增加，由于窑衬每转一周所受到的周期性温的频率的增加使用造成热冲击的热应力破坏也同时加剧。因此预分解窑要求窑衬材料要有更高的整体稳定性和抗热震稳定性。

铁合金电炉砌炉对耐火材料有哪些要求

铁合金矿热炉炉衬在冶炼过程中，不仅承受强烈的高温作用，而且还承受炉料、高温炉气、熔融铁水和炉渣的物理化学侵蚀和机械冲创作用。因此为了保证铁合金冶炼能在高温条件下有效地进行，必须使用特殊材料砌筑矿热炉炉衬。

所用到的耐火材料种类及性能要求如下所示：

1、粘土砖。制造粘土砖的丰要原料是具有良好塑性和结合力的耐火动土易得，而且制造过程也比较简单，因而粘土砖在冶金中使用极广。

从粘土砖的性能指标可以看出，它在使用过程中的主要性能特点是，对酸性渣的抵抗能力较强，有较好的抗热震性，有良好的保温能力和一定的绝缘性能。在铁合金生产中，年土砖主要用于砌筑矿热炉暴露部位的炉墙炉衬，起保温和绝热作用的炉墙和炉底外层炉衬，或用于砌筑铁水包内衬。

2、炭砖。制造炭砖的主要原料是碎焦炭和无烟煤，粘结剂是或沥青。从炭砖的性能指标可以看出，炭砖与其他普通耐火材料相比，不仅抗压强度大，线膨胀系数小，耐磨性好，耐火度和荷重软化温度高，抗热震性好，而且抗渣性特别好。

在铁合金生产中，凡是冶炼不怕渗碳的铁合金品种，部可采用炭砖作为炉衬材料。但是炭砖在向温条件下极易氧化，因此炭砖主要用于砌筑矿热炉不暴露于空气部分炉墙、炉底和高炉风口以下部位的炉缸及出铁流槽。由于炭砖导电系数大，使用炭砖炉衬，电极易上抬，可适当的减少炉墙炭砖的高度和炉底炭砖的厚度。

3、高铝砖。制造高铝砖的主要原料是高铝矾土，粘结剂为耐火粘土。从高铝砖的性能数据可以看出，其优点是耐火度高、荷重软化温度高、抗渣性好、机械强度大，而且这些性能随Al2O3含量的增加提高很快。

在铁合金的生产中，高铝砖可用于砌筑矿热炉出铁口衬砖、高炉炉身、炉缸，也可用于砌筑铁水包内衬。

4、镁砖和镁砂。制造镁砖的主要原料是菱镁矿，粘结剂为水和卤水或盐纸浆废液。

从镁砖的性能数据可以看出，它在使用过程中的主要性能特点是耐火温度高、对碱性渣有极好的抵抗能力。

电炉耐火材料的性能要求有哪些

1．耐火度

耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度，但并不是它的熔点。根据耐火度的高低，耐火材料可分为：普通耐火材料，耐火度为 1580～1770 ℃；高级耐火材料，耐火度为 1770～2000 ℃；特级耐火材料，耐火度大于 2000 ℃。

耐火度是耐火材料的重要性能指标，但它并不代表耐火材料实际使用的温度。在实际使用中，耐火材料还要承受一定的压力，因此，必须考虑耐火材料的高温结构强度，即在高温下承受一定压力而不变形，如NZ-40 耐火砖的耐火度高达 1730 ℃，但其使用温度仅为 1350 ℃。

2．高温结构强度

高温结构强度用荷重软化点来评定。荷重软化点是指在一定压力（ 2 kg/ cm 2≈ 0.2MPa ）条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形(变形量为原试样的0.6 % )的温度。此温度就叫该耐火材料的荷重软化开始点。试样尺寸为φ36×50mm。

NZ-40 粘土砖的耐火度为 1730 ℃，而荷重软化开始温度只有 1350 ℃左右。因此，它的使用温度不超过 1350 ℃。

3．高温化学稳定性

制造无罐渗碳气氛热处理炉时，由于高碳气氛对普通粘土砖有破坏作用，所以炉墙内衬的耐火材料需用含氧化铁小于百分之一的耐火材砖（即抗渗碳砖）。制造电极盐浴炉时，由于熔盐对耐火材料的冲刷作用，所以坩埚的耐火材料必须使用重质耐火砖或耐火混凝土。电热元件搁砖不得与电热体发生化学作用，对铁铬铝电热体要用高铝砖做搁砖。

4．耐急冷急热性

在热处理炉工作过程中, 耐火材料工作温度会经常急剧变化。例如，炉子的升温、台车式炉进行正火作业时，工作温度波动都很大，若耐火材料没有足够抵抗温度急剧变化的能力，就会过早的损坏。

目前采用的标准方法是将标准型砖的一端在电炉内加热至850℃，然后放在流动的冷水中冷却，如此重复进行，待砖块因破裂而部分掉落至原重量的20%为止，以所经受的冷热交替次数作为耐急冷急热性指标。

5．高温下的体积稳定性

耐火制品在高温下长期使用时，由于其组织结构发生变化，体积会膨胀或收缩。这种体积的变化不同于一般的热胀冷缩，是不可逆的，称为残存膨胀或残存收缩。耐火材料的这种体积变化过大会影响砌体强度，严重时会造成砌体倒塌。一般要求体积变化不超过 0.5～1% 。

此外还有其它性能要求，如较小的体积密度、热容量和导热系数。对于电阻炉还要求有良好的电绝缘性能等。

耐火材料及其要求

耐火材料因其便利的施工条件、不受施工部位限制、易作、性能优良等特点，被越来越多的应用于各种工业窑炉内衬上。耐火材料在施工前，其开工所需要具备的条件以及施工要领必须谨记。开工所需要具备条件

1、正式交付耐火材料施工时，原则上应具备以下条件：

(1)各施工部位的钢结构、受热面、炉墙金属件、外护钢板及其它装置的安装经过验收合格，包括焊缝的打磨光滑、气密性检查合格、水压试验合格等；

(2)所有钢架平台及扶梯已安装完毕，具备材料运输及安装条件；

(3)钢结构体安装的所有临时构件及支撑件已全部拆除；

(4)各施工部位的门孔、风孔、工艺仪器仪表、点火装置以及膨胀节均已安装就位；

(5)各施工点均具备水电接入口；

(6)施工现场具备防潮、防雨、防晒的耐火材料存放地；

(7)特别要求耐火材料浇筑施工用水必须满足PH值6.0-8.0的基本要求，严禁使用海水、碱水及含有有机漂浮物的非饮用水。

2、施工前应根据设计要求认真编制施工组织设计书，其主要内容包括：工程概况、组织机构、劳动力、机具配置、综合工程进度、工程质量及安全的保证/控制措施、文明施工管理等。

3、施工前应组织有关人员认真、细致地阅读和熟悉图纸及相关技术资料，并深入现场对锅炉的相关拉固件/吊挂件/锚固件、托砖架、风孔、仪表孔、点火器及辅助燃烧装置、门孔、膨胀节等的标高及尺寸进行检查核对，积极采取相应措施；对设计及本体安装中会影响到衬里施工和今后设备运行的问题及时提出改进意见，会同相关单位及部门共同研究并妥善予以解决。

4、根据施工组织设计和相关技术要求提前做好材料及施工的准备工作，视季节特性和环境温度采取防潮、防雨、防晒以及防寒保暖或降温解热等技术措施。

5、保证“三通一平”，落实水源、电源、运输和材料堆放地。施工用水应洁净且必须满足规定要求。

关键部位耐火材料的施工要领

1、耐火材料及其锚固件必须有产品合格证才能用于施工。不同部位必须根据设计要求使用相关材料，严禁错用、乱用材料。保证各部位各衬层的厚度符合设计要求。

2、衬里膨胀缝的宽度允许误为：-2～+2mm，尤其应确保膨胀节处的冷态间隙尺寸符合要求。

3、保证炉墙不平整度为每米不大于5mm，全墙不超过±15mm。浇筑模板应安装牢固，无移位和松动现象；模板表面应光滑，并涂刷脱模油；模板间拼接严密。

4、耐火砖砌筑灰缝在2㎜左右，保温砖灰缝2-3㎜，砌筑应平整灰缝均匀，在砌筑不方便的部位不能用碎砖充实，应用混凝土填实。

5、搅拌耐火材料时配比必须准确，配料误率≤3%。严格按照工厂材料使用说明书的控制配料比、加水量、搅拌时间、水温、散状耐火混凝土存放时间等，尤其应控制加水量。

6、拌好的耐火浇注料在施工就位之前的存放时间不得超过40分钟，保温浇注料在施工就位之前的存放时间不得超过40分钟。坚决杜绝超出允许存放时间的散状耐火混凝土投入使用，搅拌过耐火可塑料的搅拌机在搅拌浇注料前应用水清洗干净。

7、耐火浇注料及保温浇注料的正常可脱模时间原则上应在24小时以后，气温较高的地区或季节则至少应在12小时以后。

8、浇注衬里金属爪钉端部应包缠陶瓷纤维纸，或涂刷沥青漆。

9、锚固件及支撑件的安装符合设计要求。

10、砖砌炉墙的灰浆适宜，灰缝必须饱满，灰缝在2mm左右。

11、耐火可塑料的施工切忌沿炉墙厚度方向分层捣打，应沿炉墙厚度方向一次性捣打成型。

12、针对局部问题所提出的修改意见应事先征得设计方和建设单位的同意才能实施。

电炉用镁碳砖有什么特殊要求?

耐火耐高温绝缘性能好。宁波市神光电炉有限公司 提供电炉耐火材料。耐火粘土砖、高铝砖、硅砖、镁砖。。。

主要用于中频电炉炼钢氧化转炉的炉衬、出钢口，高功率电炉炉墙热点部位，以及炉外精炼炉内衬、盛钢桶渣线部位等。

以氧化镁和碳为主要成分的耐火材料。 含氧化镁60%～90%，碳10%～40%。 具有优良的抗渣侵蚀性、熔渣渗透性、热震稳定性和导热性。显气孔率为3%～10%。 采用高纯镁砂粉粒、碳素材料（包括石墨）和或树脂等为原料， 经配料、热混、成型后，再经300℃左右或1000℃以上焙烧而成。 为抑制砖中的碳的氧化，常添加铝、硅、镁等金属或氮化硼，加入量不超过5%。

耐火材料都要满足哪些要求？

业主您好：锻造炉的工作温度在1000℃以上的耐火砌砖一个合理的选择，以确保在炉的正常运转，提高了炉的寿命，节约能源具有重要的意义。

一般要求耐火材料具有以下属性：

1，应在足够的温度变形，不熔化性能;

2，在高温下具有必要的结构强度，并没有软化变形;

心情，体积在高温下稳定，没有身体的膨胀和收缩变形或破裂的砖砌体;

4，剧烈的温度变化，或不均匀的加热，开裂和剥落，因此无法

5，耐熔融金属，炉渣和炉气和其他化学物质的侵蚀。