精煉鋼包底吹透氣磚不過氣的分析與改進(jìn)

杜萍

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津300301）

精煉鋼包底吹透氣磚不過氣的分析與改進(jìn)

杜萍

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津300301）

通過對實(shí)際生產(chǎn)中精煉鋼包底吹透氣磚不過氣事故案例進(jìn)行跟蹤取樣分析，找出其產(chǎn)生的原因。分析認(rèn)為狹縫式透氣磚氣道的堵塞、透氣磚表面覆蓋有較厚的冷鋼、底吹系統(tǒng)的漏氣、防漏機(jī)構(gòu)氣室不暢通等因素造成了精煉鋼包底吹不成功。針對上述因素，采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，包括對狹縫參數(shù)的調(diào)整、透氣磚材質(zhì)的優(yōu)化、安裝預(yù)報(bào)警裝置、吹氬管路的改進(jìn)、防漏鋼機(jī)構(gòu)的調(diào)整、座磚和熱修補(bǔ)料的優(yōu)化以及規(guī)范操作等。結(jié)果表明，因透氣磚氣道堵塞的發(fā)生率降低了76.4%，因透氣磚表面覆蓋有較厚的冷鋼而造成堵塞的發(fā)生率降低了55.4%，明顯減少了防漏機(jī)構(gòu)漏氣和堵塞的事故，取得了良好的效果。

精煉鋼包狹縫式透氣磚防漏機(jī)構(gòu)改進(jìn)

1 引言

隨著冶金行業(yè)品種和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升，各鋼鐵公司都在加大對爐外精煉的投入和研究。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱天鋼）配備了3座LF爐，1座VD爐爐外精煉裝備，而影響其工藝的關(guān)鍵是精煉鋼包底吹透氣磚的透氣性能。精煉鋼包底吹的原理是通過鋼包底部透氣元件向鋼包吹入惰性氣體來攪拌鋼水，以達(dá)到促進(jìn)夾雜物上浮、均勻鋼水成分和溫度的目的。天鋼底吹氬采用的是防漏鋼機(jī)構(gòu)分體式外裝透氣磚，自2004年3月投產(chǎn)使用以來，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)了因精煉鋼包底吹透氣磚不過氣或流量低而造成倒包的生產(chǎn)事故，嚴(yán)重影響了品種鋼的質(zhì)量、生產(chǎn)的順行及生產(chǎn)成本。要提高精煉鋼包底吹透氣磚的吹成率，需要分析影響底吹透氣磚不過氣的各種因素，并制定相應(yīng)的改進(jìn)措施，以杜絕此類事故的發(fā)生。

2 精煉鋼包底吹透氣磚不過氣的原因分析

通過統(tǒng)計(jì)211起鋼包底吹不過氣或流量低而造成的倒包事故，其主要原因見圖1。

圖1 精煉鋼包底吹不過氣或流量低原因分類圖

2.1 狹縫式透氣磚氣道堵塞

通過對堵塞透氣磚殘留物的分析，主要有以下幾個(gè)因素。

2.1.1 透氣磚狹縫滲鋼

從用后殘留物取下夾鋼鋼片，經(jīng)測量鋼片長度在30～50mm，厚度存在兩種現(xiàn)象：一是夾鋼鋼片厚度較均勻，接近于透氣磚狹縫尺寸0.25mm；二是夾鋼鋼片厚度超過狹縫尺寸，最厚處可達(dá)0.4mm。此類滲鋼約占透氣磚氣道堵塞的62%。分析其原因：

（1）透氣磚狹縫參數(shù)設(shè)計(jì)的縫隙過大；

（2）氬氣管道系統(tǒng)未安裝排氣支路，結(jié)束操作時(shí)，透氣磚本身就會由于倒吸管的原因，使得鋼液回流進(jìn)入透氣磚狹縫；

（3）透氣磚的熱穩(wěn)定性差，接觸高溫鋼水后其表面受熱應(yīng)力作用發(fā)生尺寸變化[1]，鋼水容易滲入。2.1.2底吹透氣磚產(chǎn)生裂紋，磚體和氣道滲鋼

從用后殘留物取縱向剖析，透氣磚產(chǎn)生裂紋分為縱向和橫向兩種，有時(shí)單獨(dú)出現(xiàn)，有時(shí)同時(shí)出現(xiàn)?？v裂紋引起鋼液從縱裂紋處滲入并擴(kuò)延到氣道，形成縱向鋼水滲透；橫向裂紋多出現(xiàn)在透氣磚體至鋼液面30 mm范圍內(nèi)，鋼液滲入到橫裂紋處形成一層約0.35 mm厚的鋼片。產(chǎn)生裂紋原因：

（1）透氣磚的抗熱穩(wěn)定性不穩(wěn)定

出鋼前鋼包溫度為800～900℃，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度為1640～1660℃，透氣磚上部由于溫差大而產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起裂紋和脫落。另外，低溫高速的惰性氣體使透氣磚狹縫區(qū)域溫度較其他部位低，使透氣磚內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫差，導(dǎo)致透氣磚碎裂、橫斷。

（2）非耐材原因出現(xiàn)的橫斷裂

轉(zhuǎn)爐吹氬開關(guān)設(shè)置在爐下，開氣時(shí)間不易控制，造成透氣磚超時(shí)空吹；停產(chǎn)檢修時(shí)，鋼包停放時(shí)間過長，受烘烤器限制，造成有的鋼包烘烤時(shí)間短，包底溫度極低。出鋼時(shí)發(fā)生非正常的透氣磚橫斷裂現(xiàn)象。

2.1.3 鋼水穿透透氣磚堵塞防漏機(jī)構(gòu)氣室

操作工對透氣磚使用判斷出現(xiàn)失誤，透氣磚殘余厚度薄，在吹氬過程中造成鋼水穿透，流入到防漏機(jī)構(gòu)將機(jī)構(gòu)氣室堵塞，見圖2，中斷了氣體的流入。

圖2 鋼水穿透透氣磚堵塞防漏機(jī)構(gòu)氣室實(shí)物圖

2.2 透氣磚表面覆蓋有較厚冷鋼

2.2.1 透氣磚凹坑的形成為積冷鋼創(chuàng)造了條件

（1）底吹座磚抗鋼水沖刷性、抗氣體沖擊及抗渣侵蝕性不穩(wěn)定，底吹座磚喇叭狀侵蝕嚴(yán)重并加速了透氣磚的侵蝕。因而形成較深的凹坑。

（2）熱修補(bǔ)料粘結(jié)及抗沖刷性能差，使用幾爐后就完全脫離，對凹坑的修補(bǔ)不能起到有效的效果。

2.2.2 鋼包未進(jìn)行底吹氬操作造成的積冷鋼

個(gè)別爐次在出鋼過程中不進(jìn)行鋼包底吹氬操作，在鋼水的高溫和靜壓力作用下造成新的滲鋼堵塞，影響在精煉工位的吹氬操作。

從倒包情況看往往在鋼包底部有一層較薄的冷鋼。

2.2.3 鋼水質(zhì)量、生產(chǎn)節(jié)奏等造成的積冷鋼

鋼水溫度低和流動性差、生產(chǎn)節(jié)奏和事故原因造成個(gè)別鋼包在非吹氬位停留時(shí)間過長、鋼包烘烤不到位等都會增加透氣磚表面積冷鋼的幾率而影響鋼包底吹的透氣性能。從倒包情況看，往往在鋼包底部有一層較厚的冷鋼。

2.3 底吹系統(tǒng)漏氣

出現(xiàn)底吹系統(tǒng)漏氣的現(xiàn)象有兩種，一是非常明顯的管路系統(tǒng)漏氣，包括快速接頭對接、金屬軟管及管路焊接點(diǎn)；二是漏氣出現(xiàn)在上壓板外邊緣處，主要是由于螺栓緊固不到位；少安裝密封墊片；涂抹的火泥過稀，在干燥過程中會形成較大的裂紋空間，使得氣體吹入后因鋼水靜壓力的存在導(dǎo)致氣體回流，沿縫隙從座磚與透氣磚之間向外溢出。

2.4 防漏機(jī)構(gòu)氣室不暢通

2.4.1 過濾網(wǎng)有異物

異物主要來自于粉塵，使通過的氣體量減少。

2.4.2 透氣磚后導(dǎo)管端頭起弧燒結(jié)

透氣磚后導(dǎo)管端頭燒結(jié)，阻斷了氣體的流入。絕緣管一是耐高溫性較差，受熱易燒損；二是材質(zhì)較脆易破裂。絕緣管損壞后失去絕緣效果，在鋼水精煉處理時(shí)起弧燒結(jié)。

2.4.3 透氣磚磚芯后管內(nèi)有異物

吹氬膠管受高溫烘烤產(chǎn)生碳化，吹氬過程中碳化物集中在透氣磚磚芯后管內(nèi)造成堵塞。

3 采取的相應(yīng)措施

3.1 降低狹縫式透氣磚氣道堵塞的措施

3.1.1 調(diào)整狹縫參數(shù)

原透氣磚狹縫參數(shù)為單環(huán)分布24條狹縫，狹縫寬度為0.25mm，長度為10mm?，F(xiàn)調(diào)整為雙環(huán)分布36條狹縫，狹縫寬度為0.18mm，長度為15mm。

3.1.2 優(yōu)化透氣磚材質(zhì)

為提高透氣磚的熱穩(wěn)定性，采用燒結(jié)板狀剛玉為主要原料[2]，添加少量氧化鉻。改進(jìn)前后的理化指標(biāo)見表1。

表1 透氣磚的理化指標(biāo)

3.1.3 透氣磚安裝預(yù)報(bào)警裝置

為杜絕透氣磚超限使用而出現(xiàn)穿透，在透氣磚底部安裝一個(gè)長為150mm，25×25mm2的預(yù)報(bào)警裝置見圖3。

3.1.4 改進(jìn)氬氣管路

在各吹氬站安裝排氣裝置，以減輕鋼液的倒灌；將轉(zhuǎn)爐爐下控制吹氬調(diào)整至爐上控制，以保證在出鋼前30s進(jìn)行吹氬操作，以減少非耐材原因的透氣磚橫斷裂。

3.2 減少透氣磚表面覆蓋冷鋼的措施

3.2.1 優(yōu)化底吹座磚和透氣磚熱修補(bǔ)

圖3 透氣磚預(yù)報(bào)警裝置

為提高座磚的抗鋼水、熔渣的侵蝕性和體積穩(wěn)定性，采用高純原料并增加澆注料中鎂鋁尖晶石的含量。優(yōu)化后其抗折強(qiáng)度（1550℃×3h）由12MPa提高到20MPa。將轉(zhuǎn)爐修補(bǔ)料改良后用于透氣磚熱修補(bǔ)。主要對大顆粒和小顆粒骨料的配比進(jìn)行了調(diào)整，采用改性瀝青和酚醛樹脂作為粘合劑[2]。

3.2.2 規(guī)范操作

（1）各吹氬點(diǎn)流量控制嚴(yán)格執(zhí)行操作要點(diǎn)，避免因大流量的底吹而加速透氣磚的侵蝕。

（2）必須保證在出鋼過程中進(jìn)行規(guī)范的吹氬操作。

（3）澆鑄結(jié)束后，應(yīng)立即翻包倒渣并同時(shí)接通氣源，吹出氣道內(nèi)尚未凝固的滲鋼和透氣磚凹坑部位的積鋼。

3.3 減輕防漏機(jī)構(gòu)處漏氣和堵塞的措施

3.3.1 防漏機(jī)構(gòu)的調(diào)整[3]

（1）將原防漏鋼機(jī)構(gòu)分布安裝的過濾網(wǎng)、截止閥、和部分密封件集中放置在一固定裝置鎖緊體內(nèi)，將4個(gè)螺栓固定改為2個(gè)螺栓固定。

（2）提高絕緣管的耐高溫性。

3.3.2 研制透氣磚火泥

開發(fā)透氣磚專用綠泥，通過調(diào)整特殊防腐和添加材料配比，以適應(yīng)不同季節(jié)需要的黏稠度。

4 改進(jìn)后的效果

通過采取以上措施，取得了良好效果，精煉鋼包底吹未吹成率由11.72‰降到3.48‰，降幅比例為70.31%。具體各因素的未吹成率的前后對比見表2。

同時(shí)對改進(jìn)前后正常使用更換下的透氣磚進(jìn)行剖析，滲鋼量明顯減少，夾鋼片的長度由改進(jìn)前的10 mm降到6mm以下。滲鋼量的減少可以縮短燒氧時(shí)間，提高透氣磚使用壽命，以推遲透氣磚的凹坑形成時(shí)間。

表2 改進(jìn)前后各因素未吹成率的對比

5 結(jié)論

5.1 透氣磚和排氣操作是影響鋼包底吹不過氣的重要原因

透氣磚狹縫參數(shù)設(shè)計(jì)、透氣磚的熱穩(wěn)定性及排氣操作是影響精煉鋼包底吹透氣磚不過氣的重要原因。通過對其調(diào)整優(yōu)化，明顯地減少了狹縫滲鋼量和裂紋滲鋼量，透氣磚不過氣的比例可降低76.4%。

5.2 透氣磚凹坑是影響鋼包底吹不過氣的主要原因

底吹座磚和熱修補(bǔ)料的質(zhì)量穩(wěn)定性是影響精煉鋼包底吹透氣磚不過氣的主要原因。經(jīng)過優(yōu)化延緩了透氣磚凹坑的形成時(shí)間，使未吹成的比例降低了55.4%。

5.3 杜絕了防漏機(jī)構(gòu)漏氣和堵塞事故

通過對防漏機(jī)構(gòu)的調(diào)整和火泥的優(yōu)化，杜絕了防漏機(jī)構(gòu)漏氣和堵塞事故。

5.4 規(guī)范操作、加強(qiáng)責(zé)任心是今后提高底吹成功率的關(guān)鍵

鋼水溫度和流動性控制、生產(chǎn)節(jié)奏、操作過程和使用中受保護(hù)的程度也是影響精煉鋼包透氣磚不過氣的原因之一。它們始終伴隨著整個(gè)包役對透氣性能的影響，因此，規(guī)范操作、加強(qiáng)責(zé)任心是今后提高底吹成功率的關(guān)鍵。

[1]張寶鑫，佟曉軍.精煉條件對狹縫式透氣磚使用效果的影響[J].耐火材料，2003，34（1）：38-40，53.

[2]杜萍，張穎超，吳曉.國產(chǎn)鋼包底吹氬防漏機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的使用探討[C]//2008年耐火材料學(xué)術(shù)交流會論文集．北京：北京市金屬學(xué)會，2008：99-102．

[3]張穎超，陳勇，李清強(qiáng).鋼包底吹氬透氣磚防滲漏鎖緊裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].冶金設(shè)備，2008（2）：72-74.

（收稿2012－05－27編輯潘娜）

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杜萍（1968—），女，河北安平人，技術(shù)主管，工程師，主要從事煉鋼技術(shù)研究和耐火材料的應(yīng)用工作，E-mail:wwhi＠163.com。