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        中能技術

        關于鋼包透氣磚的種種,一文了解的透透兒的

        文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/3/29     瀏覽次數:    

        吹氬通常是在澆注鋼包或磚砌鋼包底部砌一塊或數塊透氣磚,出鋼后通過透氣磚吹入氬氣造成鋼包中鋼液的攪動。吹氬可促進乳化渣滴、鋼中夾雜的上浮,可以部分去除溶解在鋼中的氣體和均勻成份,在配合連鑄場合,鋼包吹氬可起到調整鋼液溫度的作用。鋼包吹氬是一種重要煉鋼工藝,而透氣磚是該工藝重要的功能元件。

        1、透氣磚的類型、結構

        按氣體通道形式分透氣磚主要有三種類型,即彌散型、直通定向型、狹縫定向型。彌散型結構氣孔細小貫通,氣孔率高,密度及強度低,耐用性差;直通定向型由數量不等的細鋼管埋入磚中而制成,也有采用特殊成孔技術而不帶細鋼管的定向型透氣磚,孔徑一般在0.6mm~1.0mm之間,直通定向透氣磚中氣體的流動和分布合理,底吹效果較好,使用壽命高,但在后期易堵塞,影響吹成率;狹縫定向型透氣磚在成型過程中,與鑲嵌材料整體成型,在高溫燒成過程中鑲嵌材料受熱熔化揮發而形成狹縫,氣體通過狹縫進入鋼包熔池。合適的狹縫寬度既可保證低吹氬強度,控制調節流量,又不致出現滲透堵塞危險。馬鋼一鋼軋廠LF-VD精煉鋼包透氣磚狹縫寬度選在0.18mm左右,透氣磚能較好的滿足精煉的生產要求。

        按安裝方式分有整體式透氣磚和外裝式透氣磚。整體式透氣磚安全系數高,壽命較長,安裝方便;但更換困難。整體式透氣磚適用于吹氬時間低、透氣磚壽命能與鋼包壽命同步的工藝條件。外裝式透氣磚更換方便但由于附有安裝設備,結構相對較復雜,對磚芯的現場安裝質量要求較高,容易造成人為操作事故。外裝式透氣磚由于能快速更換磚芯,對鋼包的周轉及包齡提高有益,適用于吹氬時間長、透氣磚更換頻繁的工藝狀況,特別是精煉鋼包。目前狹縫定向型透氣磚在鋼包上使用較廣泛。

        2、透氣磚的材質、性能

        透氣磚的材質主要有燒結鎂質、鎂鉻質、高鋁質和剛玉質。有資料表明,在高溫和真空下,幾種耐火材料氧化物的穩定性次序如下:Al2O3>CaO>MgO>Cr2O3,鋼水潤濕角大小次序如下:Cr2O3>Al2O3>MgO。綜合以上兩點考慮,用剛玉作為透氣磚的主晶相是較好的選擇。同時,Cr2O3的熔點為2275℃,高于Al2O3的熔點(2050℃),氧化鋁與氧化鉻能形成連續固熔體,Al2O3-Cr2O3形成的固熔體對氧化鐵或爐渣的侵蝕抵抗性顯著增強。加入少量Cr2O3能抑制氧化鋁晶體過分增長,從而減小了晶體內部應力,可提高材料的物理性能。但如果Cr2O3加入過多,剛玉晶粒成長速度受到嚴重影響,從而降低材料的物理性能。所以適量引入Cr2O3可以提高材料的熱震穩定性、抗沖刷性及耐侵蝕性。

        實現吹氬工藝,透氣磚必須具備較好的抗高溫、耐侵蝕性、抗熱震性、高溫體積穩定性及高強度、操作穩定、透氣性好、外形尺寸準確、鋼水滲透少等特點。

        也有很多研究者對非氧化物結合剛玉質透氣磚進行研究和實驗,非氧化物具有高溫強度高、抗熱震性好以及難以被金屬熔體和溶渣潤濕等優點,比如Si3N4、β-Si AION等。在實際現場使用結果中發現,非氧化物結合的剛玉質透氣磚具有抗熱震性好,與鋼水不潤濕等特性,在使用過程中吹通率高,吹氧清洗容易,蝕損率低,同時呢使用壽命也有明顯的提高。

        3、透氣磚安裝位置的選擇

        選擇鋼包底吹氣元件的位置時,應根據鋼包處理的目的來決定。透氣磚安裝在包底中心位置和偏離鋼包中心位置(吹氣點在距包底中心1/2-1/3半徑處)吹氣對鋼水的攪拌效果不同,鋼包中心底吹氬有利于鋼包渣金之間的反應,有利于頂渣的脫硫反應;而偏心底吹氬有利于鋼包內部的混合和溫度的均勻化以及夾雜物上浮。

        4、透氣磚的使用工藝要求

        (1)良好的透氣性。透氣性是衡量透氣磚質量的重要參數之一。研究表明:鋼水的攪拌能與吹入氣體的流量成正比;攪拌能直接影響鋼水的攪拌效率,只有足夠的攪拌能才能使得鋼水得良好的攪拌效果。當吹氬量一定時,吹出的氬氣泡越多,對鋼水的脫氣和攪拌越有利。

        (2)高溫耐侵蝕性。精煉鋼包在溫度和時間方面都要求非常嚴格,最高溫度往往達到1750℃以上,精煉時間有時達到數十分鐘。在精煉操作過程中,熔渣堿度對透氣磚的壽命影響很大。所以,透氣磚會受到在高溫下滲透性很強的堿性渣的侵蝕,損毀速度快。

        (3)高溫耐磨性。精煉鋼包底吹氬時,由于底吹氬的進行,鋼水在鋼包中的流動速度很快,鋼水對爐襯材料和底部透氣磚和座磚的沖刷磨損明顯加大。鋼包熱修時,為了清除透氣磚表面的殘鋼和殘渣,恢復透氣磚的透氣功能,需要對透氣磚表面進行吹氧清洗,使透氣磚表面黏附的鋼渣熔化;同時向透氣磚吹入噴吹氣體,吹走熔渣。在清理過程中,透氣磚受到高速氣流的沖刷作用,所以要求透氣磚具有良好的高溫耐磨性。

        (4)抗熱震性好。由于是鋼包間歇操作,鋼包倒入鋼水時,透氣磚的端部受到高溫鋼水的作用,溫度陡然上升,吹氬氣時,受冷氣流冷卻,材料內部產生很大的熱應力。同時,鋼包空包內注入鋼水時,也會產生很大的溫度變化,所以透氣磚的使用條件非??量?,極易產生熱剝落和結構剝落。

        (5)要求安裝簡便,安全可靠。透氣磚安裝在鋼包底部座磚的內部,工作條件極為苛刻,鋼包透氣磚的壽命無法與整個鋼包壽命同步,因此需要對透氣磚進行更換。所以要求安裝操作簡單,使用安全可靠,避免有滲鋼和漏鋼事件的發生。

        5、透氣磚損毀機理

        透氣磚損毀的原因主要有4個方面:熱應力,機械磨損,機械應力,化學侵蝕。在使用過程中透氣磚所受的外部作用見圖2。

        在實際生產中,鋼包的烘包溫度為1000℃,鋼水溫度達到1600℃,兩者接觸時的溫度差會產生較大的熱應力,進而造成非常大的熱震沖擊。鋼包處于一個周而復始的工作環境中,透氣磚在接觸鋼水和烘包時的溫度頻繁變化而產生的熱應力是造成透氣磚損毀的一個原因。透氣磚產生熱應力的關鍵因素是溫度的變化,并且透氣磚的不同部位溫度變化存在著差異。

        當透氣磚受到較強的熱震作用時,導致工作面附近層狀剝落造成透氣磚損毀。

        卷流對透氣磚的沖刷大致分三種情況:(1)透氣磚高于座磚時,透氣磚主要損毀的原因是鋼包內鋼水形成卷流對透氣磚的側面產生巨大的剪切效應和沖刷效應。因此,沖刷力是透氣磚的座磚產生極大的損毀的原因之一,正常工作環境中,透氣座磚使用次數也就一次,一次之后高于座磚的部分即被沖刷掉。(2)透氣磚與座磚持平時,座磚對透氣磚起到了保護的作用,鋼水形成的卷流首先沖刷座磚致使透氣磚的剪切力相應減小。(3)透氣磚低于座磚時,在正常工作中該工作面上易積壓冷鋼,由于存留下來的冷鋼的粘度相對較大,對吹氣產生一定的阻礙作用,所以要滿足精煉要求就需要加大吹氣的壓力。這樣,氣流對透氣磚的沖刷作用力就相應加大,受到剪切、沖擊強度大,更易損毀。

        在使用過程中,鋼包底部透氣磚工作面和高溫鋼水直接接觸,在循環使用條件下,鋼包中的溫度一直處于變化狀態,包底耐火材料使用中由高溫到低溫會產生溫度差,耐火材料的原質層和變質層的膨脹系數存在差異,使透氣磚受到剪切應力作用,導致透氣磚出現橫向裂縫,甚至斷裂。

        在正常生產過程中,透氣磚的工作層與鋼渣、鋼水相互接觸的時間比較長,熔渣持續向透氣磚中侵蝕、滲透。鋼水、渣中的MnO,MgO,SiO2,FeO,Fe2O3等氧化物與透氣磚中的耐火材料發生反應,鋼水對透氣磚工作層進行的熔損和剝落引起的物理蝕損,冶煉過程中鋼渣和鋼水對透氣磚持續的滲透所產生的化學侵蝕,是透氣磚損毀的最主要原因。

        6、常見的透氣磚損毀狀態

        (1)透氣磚磚芯剝層

        鋼包熱修后給轉爐擺包時包內溫度大約900℃,轉爐終點溫度基本在1630℃,溫度差造成的激冷激熱使透氣磚的磚芯剝層,一般剝層的厚度在10~20mm。而且磚芯剝層后由于有錐度剝層的部分不會掉落,影響本包鋼水的透氣性。

        (2)透氣磚座磚斷裂

        溫度差造成的激冷激熱還能造成透氣磚座磚斷裂,斷層的高度在100~200mm。磚芯因為沒有座磚的保護受鋼水的侵蝕也會斷裂。這種斷層的危害極大,尤其在透氣磚使用的后期由于殘磚較短,易發生包底漏鋼的事故。

        (3)強度低抗侵蝕性差

        熱修用氧槍清理透氣磚時,正常的速率在9~12mm/爐,如果強度不夠每次清理時磚芯高度明顯下降,透氣磚使用不到規定正常的壽命提前下線,影響鋼包的正常周轉,造成生產的不穩定性。

        (4)鋼液沖刷侵蝕損毀

        通過透氣磚噴吹惰性氣體時,氣流回擊對裸露的透氣磚四周產生一定的沖擊力,高速流動的鋼水和氣流相互作用形成卷流,透氣磚高于透氣座磚時,其突出部位受到卷流的沖刷和剪切,形成環狀帶溝。

        (5)過度燒氧損毀

        連鑄澆注結束鋼包回澆余不及時,包底結冷鋼,需要用氧槍頂著透氣磚磚芯部位進行燒氧清理,頂著燒氧對透氣磚芯的燒損較快。

        (6)透氣磚磚芯燒偏

        清理透氣磚時用氧槍頂著磚芯,此時燒氧集中在一點,容易磚芯燒偏,造成磚芯表面不是平面而是斜面,高度差在50mm以上。燒偏時透氣磚透氣不好,而且每次清理時會加劇偏的程度,造成提前下線。

        (7)反吹氣體壓力低

        反吹氣體為氮氣,壓力0.5MPa,燒氧槍氧壓0.8MPa,燒氧清理時融化的鋼液會吹入透氣磚狹縫,冷卻后堵塞狹縫造成透氣不好。再次熱修清理時會加劇透氣磚芯的燒損。

        (8)透氣磚周圍剛玉料和包底脫磚

        包底砌筑時,透氣磚座磚周圍澆注寬度50~100mm的剛玉自流料,用于保護透氣座磚。由于剛玉自流料的強度不夠或施工的問題,透氣磚座磚周圍的剛玉料脫落,鋼水滲入造成透氣座磚斷裂;又或透氣座磚周圍的包底磚斷裂,鋼水的滲入造成周圍剛玉料和透氣座磚斷裂。

        根據以上的這些損毀原因分析,我們總結出,透氣磚的損壞不僅與耐火材料本身的材質、形狀結構有關系,同時也與使用環境、操作和精煉工藝密切相關。而在耐火材料方面,國內外的學者都在不斷的進行研究和實驗,包括去選擇不同的添加劑、骨料、微粉等,使耐火材料在高溫環境下形成固溶相,增加和提高材料有抗熱震性、抗渣性等等。





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