本發(fā)明屬于煉鋼，具體涉及一種bmc轉(zhuǎn)爐爐底熱態(tài)修補材料及修補方法。

背景技術(shù)：

1、目前對鋼鐵工業(yè)提出了更嚴苛的要求，要改變高爐-轉(zhuǎn)爐長流程大量碳排放的工藝現(xiàn)狀，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)爐流程要提高廢鋼比，加大廢鋼的使用量，是減少co2排放的有效途徑。

2、為了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比，可以開發(fā)以co2-o2混合氣作為噴粉載氣的轉(zhuǎn)爐底吹噴粉煉鋼工藝。開發(fā)新技術(shù)包括轉(zhuǎn)爐底吹石灰粉、底吹碳粉模式，及包括底吹氧氣、底吹天然氣、頂?shù)讖秃洗笛醯韧黄菩约夹g(shù)，形成新型的bmc轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)。

3、然而bmc轉(zhuǎn)爐新煉鋼技術(shù)對轉(zhuǎn)爐爐底及噴吹元件壽命及功能是極大的考驗。轉(zhuǎn)爐爐底是轉(zhuǎn)爐爐體重要組成部分，它在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中始終處于高溫、負重狀態(tài)。bmc轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)使鋼水中w(o)更加高，使轉(zhuǎn)爐爐底氧化、侵蝕更嚴重，造成爐底維護次數(shù)多、時間長。有的在轉(zhuǎn)爐大修爐役內(nèi)甚至要多次更換爐底，帶來轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率低，生產(chǎn)成本高的問題。

4、為了維護好轉(zhuǎn)爐爐底，實現(xiàn)良好的冶金效果，技術(shù)人員開發(fā)了很多種維護爐底、保護爐底工作襯耐材及噴吹元件的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，有的在渣濺后的爐渣倒完加石灰，使石灰沾在爐底上，可減少爐底侵蝕。有的用大面料補爐底，但是修補過程需40min，且效果不理想，侵蝕快。有的用大面料加補爐磚(c12％的鎂碳磚)補爐底，修補過程需要100min，壽命可以在10爐以上，但是修補及烘烤養(yǎng)護時間長，在時間效率上不足。

5、還有的利用生鐵塊渣補技術(shù)，修補過程只要10min，通過加入生鐵塊使爐渣冷凝粘護爐，使墊補的部位在搖爐過程中多次掛渣從而達到護爐的目的，這個方法成本低、修補料燒結(jié)快。但是由于維護材料是用轉(zhuǎn)爐渣與鐵塊組成，單次修補爐底的使用壽命只有1爐，熔煉1爐后修改材料就熔融沒了，就需要每次熔煉后對爐底進行修補，顯著降低工藝整理效率，總的來說還是不合算。

6、中國專利cn103290167a公開了“提高頂、底復合吹煉轉(zhuǎn)爐爐底使用壽命的方法”介紹了一種補爐材料：mgo：75～85％，c：7～14％，cao：1-3％，sio2：1～2％，粘結(jié)劑2～10％。將補爐材料加入爐內(nèi)后利用爐內(nèi)溫度自然燒結(jié)40～70分鐘，再在700～1200度下燒結(jié)60～120分鐘，可投入冶煉，有效提高轉(zhuǎn)爐爐底磚及爐底透氣磚使用壽命。該專利介紹補爐料粘結(jié)劑為酚醛樹脂、瀝青中的一種或幾種，因為含炭，材料不抗氧化，采用有機結(jié)合劑，使用燒結(jié)過程中存在環(huán)保問題。利用該專利補爐材料修復爐底，燒結(jié)時間較長。

7、中國專利cn107557518a公開了“一種脫磷轉(zhuǎn)爐爐底維護方法”，將液態(tài)脫碳爐渣加入到出鋼后的脫磷轉(zhuǎn)爐中，再加入冷固球團，實施濺渣護爐操作。其中脫碳爐渣含cao：32.14～47.78％，sio2：6.72～14.96％，mgo：7.14～18.55％，feo：17.60～35.27％。該方法優(yōu)點在于固廢資源利用、成本低、修補快。缺點在于護爐材料抗侵蝕及耐高溫性能不佳，壽命低，需要每爐進行補爐維護，帶入渣量大，每次需要15噸左右的料。雖然爐渣的熔融性好，卻會對轉(zhuǎn)爐爐底噴吹元件造成堵塞。

8、中國專利cn107012289a公開了“一種轉(zhuǎn)爐爐底修補方法”，轉(zhuǎn)爐鋼水出凈后，將熔渣留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)，再加入含mgo≥65wt％，c≥2wt％的補爐料，利用濺渣槍直接濺渣大于3分鐘，濺渣結(jié)束轉(zhuǎn)爐在零位靜止30分鐘以上。該發(fā)明可以提高爐底和球缺部位的耐侵蝕性，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐襯的同步長壽化。該技術(shù)也利用了熔融爐渣固廢資源，但操作上仍然需要燒結(jié)30分鐘，熔融渣再轉(zhuǎn)爐冶煉過程中不耐侵蝕，為了爐底壽命還是需要爐爐補。

9、中國專利cn108191405a公開了“一種新型的轉(zhuǎn)爐爐底修補料”，補料包括：再生鎂顆粒55～65％；鎂砂粉18～23％；增碳劑5～10％；結(jié)合劑10～15％，結(jié)合劑為樹脂粉、葡萄糖和硅酸鈉組成的混合粉料；并加入含石蠟或工業(yè)奈的助流劑0.1～0.5％；還加入金屬粉及硼化物的復合抗氧化劑0.01～0.06％；促燒結(jié)劑0.1～1.5％，其為膨潤土、二氧化硅粉、粘土、消石灰的一種或多種組成。但是該專利中修補材料采用樹脂為結(jié)合劑，燒結(jié)性及環(huán)保性不行。

10、除了用爐渣、生鐵塊維護爐底外，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐熱態(tài)修補維護材料主要是鎂質(zhì)和鎂鈣質(zhì)兩種，主要原料通常采用是燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、白云石砂或合成鎂鈣砂等，燒結(jié)劑及結(jié)合劑通常為樹脂、瀝青、硅酸鹽、磷酸鹽等。這些技術(shù)原材料成本高，盡管抗侵蝕性、透氣性等性能上各有優(yōu)缺點，但普遍缺點是材料的燒結(jié)性不好，影響補爐時間。利用現(xiàn)有的修復材料或方法進行轉(zhuǎn)爐爐底修復效率低，修復后爐底壽命短，或爐底噴吹功能不佳。目前還沒有發(fā)現(xiàn)綜合效果良好的爐底修復材料及轉(zhuǎn)爐爐底維護方法。

11、對bmc轉(zhuǎn)爐來說，轉(zhuǎn)爐爐底是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐復合噴吹工藝的核心部位，爐底噴吹元件是bmc轉(zhuǎn)爐先進煉鋼技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵。對修補材料提出更好的要求，不僅要求修補材料快速燒結(jié)，能形成堅實的工作層。還要具備優(yōu)異的抗侵蝕性能及抗氧化性能，最大限度地阻止熔渣滲透，保護好轉(zhuǎn)爐爐底工作襯及噴吹元件，并使保持適度的氣孔率，不堵塞影響爐底噴吹元件的功能發(fā)揮。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種bmc轉(zhuǎn)爐爐底熱態(tài)修補材料及修補方法，用該修補材料修補后的轉(zhuǎn)爐具有較高的強度，可以抗侵蝕、抗氧化，提高了單次補爐后轉(zhuǎn)爐使用壽命；同時，保證修補后轉(zhuǎn)爐爐底及噴吹元件透氣性好不堵塞，實現(xiàn)全爐役底吹暢通、底吹供氣元件壽命與爐齡同步；而且，修補材料成本低，修補過程時間短，綠色環(huán)保。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種bmc轉(zhuǎn)爐爐底熱態(tài)修補材料，其成分重量百分比為：鎂鈣鐵砂36～54％，鎂砂粉25～35％，鎂砂微粉3～9％，納米硅溶膠16～20％；所述鎂砂粉中mgo含量＞97wt％，sio2含量＜0.5wt％，粒徑≤1mm；所述鎂砂微粉中mgo含量＞95wt％，sio2含量＜0.8wt％，粒徑≤10μm。

4、優(yōu)選的，所述鎂鈣鐵砂中mgo含量≥80wt％，cao含量≥8wt％，fe2o3含量≥5wt％。

5、優(yōu)選的，所述納米硅溶膠中sio2含量≥30wt％，比重為1.10～1.20g/cm3。

6、本發(fā)明使用的鎂鈣鐵砂(mgo-cao-fe2o3)可以是燒結(jié)的鎂鈣鐵砂或電熔的鎂鈣鐵砂。鎂鈣鐵砂中，材料中主晶相方鎂石(mgo)，次晶相鐵酸二鈣(c2f即2cao.fe2o3)，及少量的鐵鋁酸四鈣(4cao·al2o3·fe2o3)、鐵酸鎂(mgo·fe2o3)和方鈣石(cao)等。

7、本發(fā)明修補材料以鎂鈣鐵砂(mgo-cao-fe2o3)作為主原料，鎂鈣鐵砂在高溫條件下具有高的耐侵蝕性、易燒結(jié)、不易水化的特點；且鎂鈣鐵砂中膠結(jié)相鐵酸二鈣(c2f)的熱力學穩(wěn)定性主要由po2決定，po2較高時，c2f于1400℃一致熔融；當po2較低時，c2f在1380℃分解熔融后與mgo反應形成高熔點物相。因此，使用鎂鈣鐵砂去修補轉(zhuǎn)爐爐底，修補完成后形成的修補面在轉(zhuǎn)爐正常使用工況條件下高溫抗侵蝕，并且還能具有良好的燒結(jié)形成陶瓷結(jié)合，使修補面更加堅實，可以很好的耐裝廢鋼時的機械撞擊。

8、為了進一步加強修補料的抗侵蝕性能，本發(fā)明修補材料中添加鎂砂細粉25～35％和鎂砂微粉3～9％，其中鎂砂細粉mgo含量>97wt％，sio2含量<0.5wt％，粒徑≤1mm，鎂砂微粉中mgo含量>95％，sio2含量<0.8％，粒徑<10um。鎂砂微粉的表面活性促進材料的固相燒結(jié)，使修補體獲得優(yōu)異的高溫性能，同時構(gòu)建良好的高溫結(jié)構(gòu)強度，確保熔融渣鐵的最低滲透，可進一步提高修補后轉(zhuǎn)爐的使用壽命。

9、本發(fā)明加入納米硅溶膠作為結(jié)合劑、流動劑、燒結(jié)劑使用，其中富含納米級sio2，納米硅溶膠中sio2含量≥30wt％，比重為1.10～1.20g/cm3。通過控制加入原料的粒徑，結(jié)合納米硅溶膠的添加，保證所得維護材料具有很好的流動性，可以良好的鋪設(shè)在轉(zhuǎn)爐爐底。

10、本發(fā)明所述的修補材料在低中溫時，納米硅溶膠發(fā)揮作用，迅速使材料產(chǎn)生強度，固化粘附在爐襯上，從而使爐底可抗沖刷、抗爐料沖擊。當溫度達到1250℃以上時，修補材料中的c2f可溶于方鎂石之中，同時，也會有少量方鎂石溶于c2f中形成固溶體。這一互溶過程是由于c2f促使mgo晶格活化，隨著溫度的升高反應更加劇烈，迅速實現(xiàn)有液相參加的固相反應燒結(jié)。修補材料中的c2f分解熔于mgo相中形成ro相，cao形成富鈣液相或析出cao晶體或與sio2反應形成c2s，由mgo+c2f轉(zhuǎn)變?yōu)閞o+sil，快速完成燒結(jié)過程，將燒結(jié)時間縮短至12min以下，大大縮短了轉(zhuǎn)爐修補時間，提高轉(zhuǎn)爐周轉(zhuǎn)效率。

11、本發(fā)明所述修補材料中主要成分為mgo、cao、sio2和feon，其中fe2+大多溶入方鎂石中形成ro相。材料的耐火性隨著材料中所含mgo/feo比值的增大而提高，修補材料中的cao/sio2比值逐漸增加直至由轉(zhuǎn)爐渣滲入達到最大值，同時修補材料中的硅酸鹽相也轉(zhuǎn)變?yōu)閏3s+c2s，與修補材料中的方鎂石一起構(gòu)成新的具有耐火性能的物相：mgo-c3s-c2s。

12、由于修補材料中有大量的mgo和2cao·fe2o3(c2f)，會在鋼液-爐底界面還原分解，最終得到cao和(mg·fe)o，這些都是高熔點相。具體發(fā)生的化學反應如下：

13、2cao·fe2o3?＝?4cao+?4feo+?o2??????????(1)

14、feo擴散進入方鎂石晶格中形成固溶體：

15、xmgo+?4feo?＝(x+4)?(mg·fe)?o????(2)

16、方鎂石晶體的尺寸由于吸收feo而變大，彼此間直接結(jié)合程度增加，強度增加同時提高了熔池混合料的耐火性能。

17、轉(zhuǎn)爐內(nèi)剩余的熔渣對修補材料侵蝕，主要是與sio2和feo發(fā)生以下反應：

18、2cao+?sio2?＝?2cao·sio2????????????(3)

19、feo+?(mg?fe)o?＝(mg·fe)o?????(4)

20、反應(3)的結(jié)果是生成高熔點相2cao·sio2，并賦存于主晶相方鎂石固溶體之間，阻止熔渣進一步滲透。反應(4)只是相對增加了方鎂石固溶體中fe2+的濃度，促進晶體長大，使修補后的爐底更加致密。

21、由于反應(3)和反應(4)都在修補面進行，反應產(chǎn)物又形成了高熔點物相，增加修補后轉(zhuǎn)爐使用壽命。

22、而且，本發(fā)明所述修補材料不需要靠添加無機或有機的低熔點物質(zhì)來實現(xiàn)燒結(jié)，而且在修補過程中生成了耐火性能的物相mgo-c3s-c2s，以及高熔點相2cao·sio2、cao和(mg·fe)o，延長單次修補后轉(zhuǎn)爐的使用壽命。且同時在轉(zhuǎn)爐爐溫下快速燒結(jié)形成堅實的工作層，賦予轉(zhuǎn)爐爐底良好的高溫強度，抗侵蝕性能優(yōu)異，更加抗沖刷、抗爐料沖擊，單次修補轉(zhuǎn)爐后可連續(xù)使用25～30爐，具有很高的使用壽命。

23、利用所述bmc轉(zhuǎn)爐爐底熱態(tài)修補材料修補爐底的方法，包括以下步驟：

24、1)修補材料制備

25、將鎂鈣鐵砂、鎂砂粉、鎂砂微粉、納米硅溶膠按照上述的成分準備原料，先將鎂鈣鐵砂、鎂砂粉和鎂砂微粉混合均勻，之后加入納米硅溶膠攪拌均勻后獲得修補材料備用；

26、2)加料

27、轉(zhuǎn)爐出渣完畢后，將所得修補材料加入轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)，根據(jù)需要修補爐底大小投入所述修補材料；

28、3)燒結(jié)

29、將所述修補材料加入爐內(nèi)后進行搖爐，使修補材料鋪在爐底，燒結(jié)8～12min完成爐底修補維護。

30、優(yōu)選的，所得修補材料從制備完成到投入轉(zhuǎn)爐使用的時間間隔小于30min。

31、優(yōu)選的，所述修補材料的加入量為為0.5～3t。

32、按照本發(fā)明所述的原料成分混合均勻后獲得的修補材料，不能長時間停留，從制備完成到投入轉(zhuǎn)爐使用的時間間隔小于30min，避免凝結(jié)后加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)不能很好的鋪展在轉(zhuǎn)爐爐底。

33、采用本發(fā)明所述的修補材料對轉(zhuǎn)爐爐底進行維護，燒結(jié)時間只需要8～12min，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐修補所需的時間相比，大大縮短了燒結(jié)的時間。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

35、本發(fā)明修補材料在維護過程中生成了耐火性能的物相mgo-c3s-c2s，以及高熔點相2cao·sio2、cao和(mg·fe)o，同時在轉(zhuǎn)爐爐溫下快速燒結(jié)形成堅實的工作層，賦予轉(zhuǎn)爐爐底良好的高溫強度，抗侵蝕性能優(yōu)異，更加抗沖刷、抗爐料沖擊，延長單次修補后轉(zhuǎn)爐的使用壽命，單次修補轉(zhuǎn)爐后可連續(xù)使用25～30爐，現(xiàn)有修補方法維護后的轉(zhuǎn)爐使用壽命最多只有10爐左右。而且，本發(fā)明在縮短轉(zhuǎn)爐維護時間的基礎(chǔ)上，還保證了單次維護后轉(zhuǎn)爐的使用壽命，明顯提高了提高轉(zhuǎn)爐周轉(zhuǎn)效率。

36、本發(fā)明修補材料通過調(diào)配鎂鈣鐵砂、鎂砂粉、鎂砂微粉、納米硅溶膠的比例，由于修補材料中的c2f與方鎂石之中的互溶，迅速實現(xiàn)有液相參加的固相反應燒結(jié)，將燒結(jié)時間縮短至12min以下；而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐修補燒結(jié)時間最少也需要30min。因此，采用本發(fā)明修補材料維護轉(zhuǎn)爐爐底，大大縮短了轉(zhuǎn)爐修補時間，提高轉(zhuǎn)爐周轉(zhuǎn)效率。

37、本發(fā)明所述修補材料與現(xiàn)有修補材料相比，不需要靠添加無機或有機的低熔點物質(zhì)來實現(xiàn)燒結(jié)，并且避免了含炭類有機結(jié)合劑的添加，例如瀝青、焦油、樹脂或醇類等含炭類有機結(jié)合劑，更加環(huán)保，使用過程中不冒黃煙、黑煙或產(chǎn)生刺激性氣體。

38、本發(fā)明采用的原材料均是無碳的，所以抗氧化性能優(yōu)異，不需要加入高成本的抗氧化劑，保證修補后轉(zhuǎn)爐爐底工作襯及噴吹元件具有良好的透氣性，不堵塞影響爐底噴吹元件的功能發(fā)揮。