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        90t鋼包渣線鎂碳磚侵蝕原因分析與改進措施

        2013-06-28 08:48:34豐年
        山東冶金 2013年1期
        關(guān)鍵詞:鎂砂渣中熔渣

        豐年,陳 良,張 飛

        (萊蕪鋼鐵集團有限公司 特鋼事業(yè)部,山東 萊蕪 271104)

        近年來,隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展,對鋼包用耐火材料提出了更高要求。在精煉以前,鋼包只是一個儲存和盛運鋼水的工具,但在精煉過程中,由于爐外精煉技術(shù)的進步,鋼包的功能發(fā)生了變化,在鋼包內(nèi)可以進行真空處理、吹氬、加熱、成分微調(diào)等,使得鋼包的使用條件更加苛刻。萊鋼特鋼事業(yè)部自2012年初新上VD 設(shè)備,加大了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)品種鋼的比例。由于LF-VD 處理過程鋼包渣線在真空環(huán)境下工作,鋼包渣線鎂碳磚侵蝕嚴重,渣線部位多次出現(xiàn)孔洞和渣溝,造成了鋼包使用中頻繁下線,影響了生產(chǎn)節(jié)奏,同時也給安全埋下了隱患。渣線鎂碳磚壽命低已經(jīng)成為轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)品種鋼開發(fā)的限制環(huán)節(jié)。本研究針對影響渣線鎂碳轉(zhuǎn)壽命的原因進行分析并提出提高渣線壽命的改進措施。

        1 鋼包使用條件及工藝參數(shù)

        萊鋼特鋼事業(yè)部銀山前區(qū)生產(chǎn)工藝流程為:鐵水預處理→600 t混鐵爐→80 t復吹轉(zhuǎn)爐→90 t LF精煉爐→90 t VD 爐→六機六流連鑄機。主要生產(chǎn)合金鋼、齒輪鋼、軸承鋼等。

        LF爐主要技術(shù)參數(shù):額定處理量90 t,變壓器額定容量18000 kVA,鋼水升溫速度4.5~5.0 ℃/min,電極直徑400 mm,氬氣壓力1.6~2.0 MPa。

        VD 爐主要技術(shù)參數(shù):真空保壓時間15 min,主泵抽氣能力400 kg/h,極限真空度25 Pa,工作真空度67 Pa,氬氣系統(tǒng)工作壓力0.8~1.0 MPa。

        90 t LF-VD 鋼包使用條件:1)LF 爐精煉時間35~40 min,LF進站溫度1560~1580 ℃,出站溫度1615~1630 ℃。2)VD 爐真空脫氣及真空保壓時間20~25 min,進站溫度1595~1610 ℃,出站溫度1550~1565 ℃。3)雙透氣磚全程智能吹氬處理,石灰、螢石、電石及碳化硅調(diào)整爐渣。4)精煉通電制度采用高電壓低電流長弧操作,爐渣化好后采用低電壓高電流埋弧作業(yè)。5)鋼水在包內(nèi)平均停留時間大約80 min。

        2 渣線鎂碳磚侵蝕原因分析

        鋼包渣線使用MT14A 鎂碳磚砌筑,厚度220 mm。在使用中發(fā)現(xiàn)進VD的鋼包渣線侵蝕嚴重,有時出現(xiàn)渣線部位包殼發(fā)紅現(xiàn)象,電極弧點部位渣線侵蝕也相當嚴重。鎂碳磚的損毀過程[1]:氧化—脫碳—疏松—侵蝕—沖刷—脫落—損毀。由于碳的氧化脫除,使磚體組織疏松脆化,在鋼液的沖刷下被磨損;同時,由于碳的氧化脫除及磚體疏松,爐渣向脫碳層滲透,并與鎂砂顆粒反應。鋼包經(jīng)過LF、VD精煉處理,受到電弧光、真空以及鋼渣的沖刷,加速了渣線部位的侵蝕。

        2.1 精煉熔渣的侵蝕

        渣中CaO、SiO2以及CaF2與磚的化學反應,使磚面形成熔渣滲透層,而基質(zhì)為硅酸鹽所充填[3]。顆粒邊緣形成的低熔點硅酸鹽相,有不穩(wěn)定C2S(熔點2130 ℃)、C3MS2(1540 ℃分解)、CMS(熔點1450 ℃)和黃長石等,造成內(nèi)襯不連續(xù)的損毀。

        渣中FeO 及Fe2O3對耐火材料的侵蝕。低堿度熔渣中FeO的活度大,F(xiàn)eO擴散速度快;高堿度的熔渣中FeO 活度小,F(xiàn)eO 擴散速度慢。萊鋼鋼包精煉末期w(CaO)/w(SiO2)比值均不高,熔渣中FeO 含量較高時,活度較大,從MgO-FeO-Fe2O3三元相圖[5]可知,此時熔渣對鎂碳磚中的鎂砂顆粒有較強的溶解能力。渣中MgO含量低,加速了MgO-C磚中的MgO向熔渣中擴散溶解。

        2.2 高溫真空加速鎂碳磚損毀

        鎂碳磚在高溫真空下會加速離解和揮發(fā),真空脫氣帶來的失重使材料的強度和荷重軟化溫度降低,加速鎂碳磚的蝕損[2]。由于MgO 與碳反應的產(chǎn)物都是氣體,降低壓力或抽真空都使MgO與碳反應的開始溫度大為下降。壓力對CO 與MgO 生成Gibbs自由焓及MgO與碳開始反應溫度的影響見圖1。真空精煉時間長(平均達25 min),在真空下(67 Pa)還需保持15 min。在高真空度條件下(如67 Pa),理論上該反應溫度降低到1244 ℃,即精煉溫度遠遠高于反應溫度,MgO(磚)+C(磚、鋼)→Mg(氣)+CO(氣)將激烈進行。MgO+C反應在不同真空度條件下的自由焓與溫度的關(guān)系見圖2。

        圖1 壓力對自由焓及開始反應溫度的影響

        圖2 不同真空度下自由焓與溫度的關(guān)系

        2.3 精煉爐長時間大幅度提溫

        在生產(chǎn)中由于放鋼溫度低,精煉長時間大幅度提溫,造成電極附近的爐渣溫度過高,再加上該部位正好處于兩透氣磚遠端,屬環(huán)流死區(qū),鋼渣溫度無法及時傳遞,造成弧點部位渣線侵蝕。

        3 提高鋼包渣線磚壽命的措施

        3.1 優(yōu)化精煉渣系

        精煉過程中加入輕燒白云石,提高渣中MgO濃度。將精煉過程渣的MgO 含量控制到接近其飽和濃度,從而獲得較好的精練效果;再將終渣中的MgO含量控制在飽和濃度以上,使終渣處于液固狀態(tài),適當提高熔渣的堿度和黏度??刂妻D(zhuǎn)爐下渣量,降低渣中FeO含量。調(diào)整前后爐渣成分見表1。

        表1 調(diào)整前后精煉爐渣化學成分 %

        精煉爐渣堿度控制在4.2~5.0 范圍內(nèi),渣中FeO 含量控制在0.5%左右,同時調(diào)整好爐渣的黏度,渣中MgO 含量控制在12%左右,可有效降低爐渣對鎂碳磚的侵蝕。

        3.2 改進渣線磚材質(zhì)

        MgO-C 磚的熔蝕與鎂砂的性狀有密切關(guān)系。研究表明[4]:使用的鎂砂純度越高,雜質(zhì)中B2O3少,C/S比高時,襯磚的耐侵蝕性好。圖3為碳含量對渣線MgO-C 磚熔損深度的影響,從圖3 中可以看出,低碳鎂碳磚抗氧化性能較好,碳含量高的鎂碳磚抗熔渣侵蝕性較好。這主要是因為鎂碳磚的氧化是磚中石墨的氧化,但是石墨對爐渣具有不潤濕性,所以碳含量高的鎂碳磚抗熔渣侵蝕性較好。圖4為鎂砂的成分及方鎂石顆粒尺寸與MgO-C 磚耐侵蝕性的關(guān)系。從圖3、圖4 中可以得出,選用純度高的鎂砂作原料,碳含量在14%的鎂碳磚作鋼包渣線較好。改進前(普通純度)后(高純度)鎂砂的化學成分見表2,表3是改進前后鎂碳磚的各項性能指標。

        圖3 碳含量對渣線MgO-C磚熔損深度的影響

        圖4 鎂砂的純度與MgO-C磚耐侵蝕性的關(guān)系

        表2 改進前后鎂砂的化學成分 %

        表3 精煉鋼包渣線鎂碳磚的理化指標

        改進渣線鎂碳磚的材質(zhì),選用純度高的電熔鎂砂作原料,碳含量控制在14%左右,可有效提高渣線的抗侵蝕性。

        3.3 控制吹氬制度及通電制度

        精煉工序制定異常情況下的氬氣控制要求,出現(xiàn)爐前放鋼溫度低需精煉爐大幅度提溫的情況,LF爐采用智能吹氬和手動控制相結(jié)合的吹氬模式。通過手動控制大氬氣間斷性的攪拌促進電極附近鋼渣熱量傳遞,避免此處爐渣溫度過高對渣線鎂碳磚破壞性的侵蝕。VD 爐采用分階段氬氣控制模式:真空度達到67 Pa前,氬氣流量5~10 NL/min;真空度<67 Pa保持階段,氬氣流量20~60 NL/min;破空前及軟吹階段,氬氣流量5~10 NL/min。同時控制好精煉通電制度,通電開始時采用高電壓、低電流長弧操作,爐渣化好后使用低電壓、高電流埋弧操作。

        3.4 加強鋼包運行控制及維護

        生產(chǎn)中加強鋼包運行控制,加強紅包周轉(zhuǎn),減少鋼包非連續(xù)使用造成鎂碳磚內(nèi)部產(chǎn)生過大的熱應力而產(chǎn)生開裂和剝落現(xiàn)象。尤其是渣線部位,由于距包口很近,空包降溫幅度大。生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)好,降低鋼包壓鋼率,同時要加強鋼包的烘烤及維護,鋼包渣線涂抹料,電極弧點處采用挖補技術(shù)更換渣線鎂碳磚。鋼包烘烤制度由原來的小火16 h、中火16 h、大火16 h調(diào)整為小火8 h、中火12 h、大火8 h。烘烤時渣線部位涂1 mm 厚防氧化涂層,避免鋼包長時間烘烤造成渣線鎂碳磚脫碳層過厚。

        4 改進效果

        采取上述改進措施后,LF-VD鋼包渣線鎂碳磚侵蝕過快現(xiàn)象得到有效控制,沒有再出現(xiàn)鋼包渣線凹坑過深、渣線侵蝕過快發(fā)紅的現(xiàn)象,精煉電極弧點處的渣線磚侵蝕過重現(xiàn)象也得到了有效控制。對50次中修鋼包渣線磚厚度進行測量,厚度大約在50~60 mm,滿足使用要求,渣線壽命由35次提高到50次。渣線磚平均每爐侵蝕厚度3.2~3.6 mm,達到了預期的效果。

        [1]王誠訓,孫煒明.鋼包用耐火材料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005:21-24.

        [2]李楠.耐火材料與鋼鐵的反應和對鋼質(zhì)量的影響[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008:26-29.

        [3]肖衛(wèi)軍.簾線鋼鋼包渣線磚侵蝕分析及提高壽命的工藝措施[J].特殊鋼,2007,28(1):55-56.

        [4]劉海強,程官江,張振申.提高100 t精煉鋼包壽命的分析與工藝措施[J].鋼鐵研究,2004(6):5-6.

        [5]孫宇飛,王雪梅.鎂質(zhì)和鎂基復相耐火材料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010:41-42.

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