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(guò)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(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中精煉鋼包底吹透氣磚不過(guò)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(duì)上述因素，采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，包括對(duì)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(duì)爐外精煉的投入和研究。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)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(guò)鋼包底部透氣元件向鋼包吹入惰性氣體來(lái)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(lái)，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)了因精煉鋼包底吹透氣磚不過(guò)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(guò)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(guò)氣的原因分析

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

圖1 精煉鋼包底吹不過(guò)氣或流量低原因分類圖

2.1 狹縫式透氣磚氣道堵塞

通過(guò)對(duì)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(cè)量鋼片長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(huì)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(kāi)關(guān)設(shè)置在爐下，開(kāi)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(guò)長(zhǎng)，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(duì)透氣磚使用判斷出現(xiàn)失誤，透氣磚殘余厚度薄，在吹氬過(guò)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(jiàn)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(duì)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(guò)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(dòng)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(guò)長(zhǎng)、鋼包烘烤不到位等都會(huì)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(duì)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(guò)稀，在干燥過(guò)程中會(huì)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(guò)濾網(wǎng)有異物

異物主要來(lái)自于粉塵，使通過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jiàn)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(zhǎng)為150mm，25×25mm2的預(yù)報(bào)警裝置見(jiàn)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?cè)喜⒃黾訚沧⒘现墟V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(duì)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(shù)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)透氣磚專用綠泥，通過(guò)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(guò)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(duì)比見(jiàn)表2。

同時(shí)對(duì)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(zhǎng)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(duì)比

5 結(jié)論

5.1 透氣磚和排氣操作是影響鋼包底吹不過(guò)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(guò)氣的重要原因。通過(guò)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)氣的主要原因。經(jīng)過(guò)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(guò)對(duì)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(dòng)性控制、生產(chǎn)節(jié)奏、操作過(guò)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(guò)氣的原因之一。它們始終伴隨著整個(gè)包役對(duì)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(duì)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(guó)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(huì)論文集．北京：北京市金屬學(xué)會(huì)，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）

book=1,ebook=1

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。