王崇¹，鐘凱²，黃財(cái)?shù)?sup>1，張啟東¹

(1． 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山063200;2． 首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院，北京100043)

摘要: 分析影響300 t 加蓋鋼包吹成率的因素，有針對性地進(jìn)行了透氣磚結(jié)構(gòu)和材質(zhì)改進(jìn)、底吹工藝優(yōu)化。結(jié)果表明:透氣磚由狹縫型改為狹縫－ 彌散復(fù)合型后，透氣率明顯提升;在透氣磚材質(zhì)中加入的2． 5%Cr₂O₃能減少晶體內(nèi)部應(yīng)力，提高材料的抗熱震性，同時(shí)引入鋁鎂尖晶石能增加底吹透氣磚的耐壓強(qiáng)度。通過底吹管路改造、規(guī)范吹掃操作和優(yōu)化透氣磚壽命等改進(jìn)后，鋼包的底吹吹成率由99． 84%提高到99． 96%，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞: 鋼包;透氣磚;底吹;吹成率;研究

0 引言

鋼包底吹氬是爐外精煉工藝的關(guān)鍵，提高底吹透氣磚使用壽命能極大降低鋼包耐材、轉(zhuǎn)爐煤氣、精煉費(fèi)用等材料的消耗;提高吹成率，能保證較好的鋼水質(zhì)量，有效地控制生產(chǎn)節(jié)奏，最大程度發(fā)揮鋼包精煉的冶金效果。因此，底吹透氣磚使用壽命及吹成率對品種鋼的質(zhì)量、生產(chǎn)節(jié)奏的安排及生產(chǎn)成本等都有直接影響^［1］。

首鋼京唐公司300 t 鋼包于2016 年初實(shí)現(xiàn)了全面加蓋，為降低出鋼溫度帶來了好處。但是，加蓋后包襯溫度提高，引起液態(tài)鋼渣回流現(xiàn)象，特別是包齡后期可能會(huì)對底吹透氣磚造成侵蝕、燒損等嚴(yán)重危害，造成透氣磚斷裂、夾鋼堵塞等問題。同時(shí)，包襯溫度高也給透氣磚的吹掃帶來了一定困難。因此，本文首先分析了影響鋼包吹成率的因素，然后給出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1 影響鋼包吹成率的因素

1． 1 底吹透氣磚的損毀

底吹透氣磚的損毀機(jī)理和損毀程度與底吹氬壓力、吹氬時(shí)間、氣體流量等工藝有密切的關(guān)系，底吹透氣磚的損毀原因主要有3 個(gè)方面^［2］。

(1)熱應(yīng)力

急劇的熱沖擊引起的熱應(yīng)力裂紋和剝落。透氣磚的工作面與高溫鋼水直接接觸，受到高溫鋼水及不斷流出冷氣流的影響，產(chǎn)生很大的溫度梯度。由于鋼包間歇式操作，多次使用會(huì)受到急冷急熱的沖擊，尤其在靠近出氣口部位所受熱應(yīng)力更大，導(dǎo)致透氣磚產(chǎn)生裂紋和剝落。

(2)沖刷、磨損作用

鋼液攪拌引起對工作面的沖刷與侵蝕。當(dāng)氬氣氣流射入鋼液熔池時(shí)，氣流回?fù)舨⒋驌敉笟獯u出氣口前沿，給出氣口四周耐火材料一定的沖擊力。鋼包底部鋼水運(yùn)動(dòng)加劇，氣相和液相相互作用形成湍流，對底吹透氣磚產(chǎn)生剪切、沖刷作用，尤其在底吹透氣磚高于包底時(shí)，損毀的速度加快，高于包底部分很快被沖刷掉。

(3)熔渣的侵蝕

底吹透氣磚工作面與渣接觸的時(shí)間很長，在整個(gè)包役中，熔渣不斷向磚中侵潤、滲透、渣中氧化物MgO、CaO、SiO₂、Fe₂O₃等與磚發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)物而被沖刷、侵蝕。

1． 2 底吹工況條件

鋼包底吹透氣磚在以下條件時(shí)會(huì)降低吹成率^［3］。

(1)使用和澆鑄過程中高溫鋼水、熔渣通過縫隙滲入底吹透氣磚的氣道，氣道被滲鋼、滲渣堵塞。

(2)澆鋼后底吹透氣磚表面覆蓋較厚的冷鋼、殘?jiān)?。底吹透氣磚在熱壓下變質(zhì)，致使透氣度減小，氬氣流量不能滿足精煉工藝要求。

(3)管路漏氣或包透氣芯體的耐高溫不銹鋼鐵皮開焊，在高溫下產(chǎn)生縱向裂紋，使氣體分散。

2 提高鋼包底吹吹成率的措施

2． 1 改進(jìn)透氣磚結(jié)構(gòu)

鋼包加蓋項(xiàng)目全面投入使用后，鋼包內(nèi)襯溫度最高可達(dá)1 300 ℃以上，吹掃難度大大增加。鋼包底吹磚無法進(jìn)行有效吹掃造成底吹磚的透氣量不足，從而使精煉底吹異常爐次明顯增加。

為了緩解鋼包加蓋后底吹磚的吹掃困難，解決狹縫式底吹磚狹縫滲鋼對透氣性造成影響的問題，設(shè)計(jì)制作了一種新型的狹縫復(fù)合彌散型透氣磚( 見圖1)。氬氣硬管與磚芯本體的鐵皮焊接在一起，圓臺(tái)(狹縫塊)安裝在磚芯本體的內(nèi)部靠下部位，彌散塊安裝在磚芯本體的內(nèi)部圓臺(tái)( 狹縫塊) 的上部，磚芯本體與圓臺(tái)(狹縫塊)、彌散塊之間澆筑剛玉澆注料，磚芯座磚在最外側(cè)，將氬氣硬管上部及磚芯本體包起來。經(jīng)過試驗(yàn)推廣使用后，發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合型底吹磚能滿足目前正常的使用，并且透氣性良好，保證了鋼包的底吹效果，如圖2 所示。

2． 2 改進(jìn)透氣磚材質(zhì)

在高溫和真空下，幾種耐火材料氧化物的穩(wěn)定性次序?yàn)?Al₂O₃ ＞ CaO ＞ MgO ＞ Cr₂O₃;鋼水潤濕角大小次序?yàn)?ZrO₂ ＞ Al₂O₃ ＞ MgO。因此，透氣磚應(yīng)選擇剛玉作為透氣磚的主晶相，再加入與主晶相形成固溶體的少量添加劑作為燒結(jié)劑，同時(shí)適量引入Cr₂O₃。Cr₂O₃的熔點(diǎn)為2 275 ℃，高于Al₂O₃的熔點(diǎn)2 050 ℃，所形成的Al₂O₃Cr₂O₃固溶體能顯著增強(qiáng)對氧化鐵或熔渣的抗侵蝕能力，同時(shí)也能抑制Al₂O₃晶體過分增長，減少晶體內(nèi)部應(yīng)力，提高材料的抗熱震性。但Cr₂O₃加入量不宜過多，否則，剛玉晶粒的成長速度受到嚴(yán)重影響，會(huì)降低耐火材料的性能^［4］。

鋁鎂尖晶石能使透氣磚在冷熱交替環(huán)境下形成顯微裂紋，緩沖因溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以減輕其剝落。鉻剛玉、鋁鎂尖晶石韌性強(qiáng)，可以大幅度提高透氣磚的抗熱震性^［5］。另外，考慮京唐公司鋼包為300 t 大型鋼包，盛裝鋼水有效高度達(dá)到4 m，必須增強(qiáng)底吹透氣磚的耐壓強(qiáng)度。

綜上所述，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)對比，確定了透氣磚改進(jìn)后的材質(zhì)主要由80% 剛玉、氧化鋁微粉、2． 5% 氧化鉻和鎂鋁尖晶石組成，并加入3% 結(jié)合劑。改進(jìn)前后測得透氣磚的物理性能對比見表1。

2． 3 優(yōu)化底吹工藝

2． 3． 1 底吹管路改造和漏氣檢查

為避免自動(dòng)底吹管路漏氣對底吹造成影響，將鋼包自動(dòng)底吹管路由鋼包蘑菇頭母端出來后往下進(jìn)入包底與手插管管路匯合，改為由蘑菇頭出來后往上沿鋼包包壁經(jīng)過鋼包加強(qiáng)筋孔與手插管在手插管左側(cè)匯合。當(dāng)不使用鋼包自動(dòng)底吹管路或自動(dòng)底吹管路底吹蘑菇頭口發(fā)生漏氣時(shí)，將自動(dòng)底吹管路閥門關(guān)閉，使用手插管進(jìn)行底吹操作。

鋼包底吹磚反吹管路漏氣檢查方法:先將氬氣減壓閥關(guān)閉，將氬氣總閥門打開，觀察流量顯示屏。如果顯示屏的示數(shù)在50 L /min 以內(nèi)，說明管路沒有漏氣的地方;若顯示示數(shù)大于50 L /min，則說明反吹管路及接頭可能存在漏氣，需進(jìn)行及時(shí)檢查處理。

2． 3． 2 規(guī)范吹掃操作

每班接班時(shí)由傾翻機(jī)負(fù)責(zé)人查底吹的壓力表、流量表、顯示屏及底吹試氣軟管，確認(rèn)管路正常;進(jìn)行RH 精煉的鋼包按照LF /CAS 精煉鋼包的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行底吹磚吹掃。鋼包放置于傾翻機(jī)上以后，熱修操作人員首先檢查鋼包底吹管路及底吹金屬軟管是否漏氣，然后將2 根底吹試氣金屬軟管的閥門打開，打開泄壓閥，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥、流量表及使用氬氣壓力表，使2 路使用氬氣壓力表示數(shù)控制在1． 1 ～ 1． 2MPa，流量表示數(shù)控制在1 100 ～ 1 200 L /min，若不在此范圍內(nèi)，通知維檢人員進(jìn)行調(diào)節(jié);將2 根底吹試氣金屬軟管分別插在西側(cè)、東側(cè)鋼包底部快速接頭上，打開壓力調(diào)節(jié)閥、流量表及使用氬氣壓力表，將經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥后的壓力調(diào)到1． 1 ～ 1． 2 MPa 后進(jìn)行底吹磚的反吹。若兩側(cè)的流量示數(shù)≥300 L /min，且觀察底吹透氣磚磚芯是否有鋼花飛出、透氣磚磚芯是否變暗則視此塊底吹磚已經(jīng)吹掃完畢可以正常使用，若不在此范圍時(shí)重新進(jìn)行鋼包底吹磚的吹掃;如果重新吹掃2 側(cè)的流量示數(shù)仍然不在≥300L /min的范圍內(nèi)，經(jīng)確認(rèn)后組織甩包。

為了解決鋼包加蓋后內(nèi)襯溫度增加200 ℃ 以上、用普通燒氧管底吹磚吹掃時(shí)發(fā)生彎曲的問題，對吹掃裝置做了改進(jìn)(圖3)。該裝置內(nèi)管與外管通過擋圈連接，煤氣管焊接在外管上與外管連通，把手焊接在外管的外壁上，外管與內(nèi)管之間為煤氣的通道，既能保證加蓋鋼包底吹磚的快速吹掃，同時(shí)避免用燒氧管吹掃時(shí)對底吹磚過度吹掃的使用壽命降低。

2． 3． 3 延長透氣磚壽命

脫磷爐煉鋼時(shí)若鋼包底吹磚壽命在15 爐以上，為了保證底吹吹成率，燒完底吹、投放完引流砂后在東、西兩側(cè)底吹磚凹槽內(nèi)各投放10 kg 引流砂。隨時(shí)觀察拆包后的透氣磚殘余厚度，在安全使用的前提下，使底吹透氣磚得到最大程度的利用，提高其使用壽命^［6］。底吹磚壽命≥20 爐，或者經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)底吹磚侵蝕嚴(yán)重時(shí)，用專用工具根據(jù)不同傾翻機(jī)的尺寸測量底吹磚的侵蝕深度，當(dāng)侵蝕深度≥280 mm 時(shí)必須進(jìn)行甩包。

以上優(yōu)化底吹工藝的措施實(shí)施后，2015 ～ 2017年鋼包的吹成率有了明顯提升(見圖4)，減少了由于底吹異常而造成的改煉、改判等事故的發(fā)生。同時(shí)，可以避免氬氣對鋼包底吹磚的過度吹掃，提高了鋼包底吹磚的使用壽命，2015 ～ 2017 年鋼包的平均中修包齡明顯提高(見圖5)。

3 結(jié)論

(1)透氣磚由狹縫型改為狹縫－ 彌散復(fù)合型后，透氣率明顯提升，由99． 74%提高到了99． 84%。

(2)在透氣磚材質(zhì)中加入2． 5% 左右的Cr₂O₃，可以抑制Al₂O₃晶體過分增長，減少晶體內(nèi)部應(yīng)力，提高材料的抗熱震性。同時(shí)，引入鋁鎂尖晶石，增加底吹透氣磚的耐壓強(qiáng)度，透氣磚斷裂次數(shù)由改進(jìn)前的平均每月3 次減少到少于1 次。

(3)進(jìn)行底吹管路改造、規(guī)范吹掃操作和延長透氣磚壽命等措施后，鋼包平均中修包齡由119． 55次增加到121． 20 次，底吹吹成率由99． 84% 提高到了99． 96%，取得了良好效果。

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