钢包底吹氩是炉外精炼工艺的关键,底吹透气砖是这一工艺最为关键的功能元件。底吹透气砖使用寿命及吹成率对品种钢的质量、生产节奏的安排及生产成本等都有直接影响,因此其使用寿命和吹成率是重要的考核参数。而透气砖的使用寿命和吹成率与透气砖本身的村质、气道结构、使用维护及冶炼钢种,钢包中钢水高度。炼钢工艺要求的钢水温度,吹氩压力、流量等因素有直接关系,为了提高其寿命和吹成率,底吹透气砖必须具备良好的抗侵蚀性、抗热震性及高强度、操作稳定、透气性好、安全可靠等特点。要提高精炼钢包的吹成率,需分析影响底吹透气砖的各种因素,并采取相应对策。
影响钢包吹成率的因素
底吹透气砖的损毁
底吹透气砖的损毁原因主要有三个方面:1)急剧的热冲击引起的热应力裂纹和剥落。透气砖的工作面与高温钢水直接接触,受到高温钢水及不断流出的冷气流的影响,产生很大的温度梯度,且多次使用会受到急冷急热的冲击,导致透气砖产生裂纹和剥落;2)钢液搅拌引起的对工作面的冲刷与侵蚀。当氩气气流射入钢水熔池时,气流回击并打击透气砖出气口前沿,给耐火材料一定的冲击力。钢包底部钢水运动加剧,气相和液相相互作用形成湍流,对透气砖产生剪切、冲刷作用,尤其是底吹透气砖高于包底时,损毁的速度更快,高于包底部分很快被冲刷掉;3)熔渣的侵蚀。透气砖工作面与渣接触的时间很长,在整个包役中,熔渣不断向砖中浸润、渗透,渣中氧化物MgO、CaO、Si02、Fe203等与砖发生反应,生成低熔物而被冲刷侵蚀。
底吹透气砖开吹失败
透气砖开吹失败的情况主要有两种:一是使用和浇铸过程中透气砖的气道被渗钢、渗渣所堵塞;二是浇钢后底吹透气砖表面覆盖有较厚的冷钢。
提高钢包吹成率的措施
优选透气砖材质
在高温和真空下,几种耐火材料氧化物的稳定性次序为Al2O3>CaO>MgO>Cr2O3,钢水润湿角大小次序如下:ZrO2>Al2O3>MgO。从以上考虑,应选择刚玉作为透气砖的主晶相,再加入与主晶相形成固溶体的少量添加剂作为烧结剂,同时适量引入Cr2O3。Cr2O3的熔点为2275℃,高于Al2O3的熔点(2050℃),所形成的Al2O3-Cr2O3固溶体能显著增强对氧化铁或熔渣的抗侵蚀能力,同时也能抑制Al2O3晶体过分增长,减少晶体内部应力,提高材料的抗热震性。但Cr2O3加入量不宜过多,否则,刚玉晶粒的成长速度受到严重影响,会降低材料的性能。
改进透气砖的气道结构
底吹透气砖气道结构有许多种,早期为弥散型结构,气孔细小贯通,气孔率高,密度及强度低,耐用性差;直通孔式是在耐火材料中预设置许多垂直孔道,底吹效果较好,使用寿命高,但在后期易堵塞,影响吹成率;缝式透气砖是在透气砖内预置或经过一定方式组合形成几条透气狭缝,气体通过它进入钢包熔池。有关资料表明,狭缝式的狭缝宽度选择在0.18〜0.20 mm之间,既可保证底吹氩强度,控制调节流量,又不致出现渗透堵塞危险,寿命相对有所提高。因此,底吹透气砖的气道结构改为狭缝式。
改进砌筑工艺
随着炉外精炼新工艺的不断引入,特别是LF炉钢包精炼及VD真空处理新工艺的采用,对底吹透气砖的要求愈来愈高,底吹氩时间大大延长,底吹透气砖的使用寿命相对降低。为了使底吹透气砖的使用寿命能与包底同步,采取包底同时安装2块底吹透气砖的措施,并制定相应的操作工艺,取得了良好的效果。
精心使用
在透气砖的使用过程中,要求在不同处理阶段严格控制氩气流量,因大流量的底吹会加速底吹透气砖的侵蚀。如果有条件,在出钢过程中应打开气源进行底吹。使渗入气道中的冷钢在高温钢水的浸泡下熔化,以避免气道在钢水的高温和静压力作用下造成新的渗钢堵塞,使底吹顺利进行。在使用中要经常观察气体管路的连接,发现接头漏气应立即处理,以免气体泄露,导致管路中压力降低,造成底吹失败。随时观察拆包后的透气砖残余厚度,在安全使用的前提下,使透气砖得到最大程度的利用,提高其使用寿命。
进行良好的维护
在浇铸过程中,钢包无法进行底吹,大量的渗钢就是在这个阶段发生的。挠铸结束后,钢包内衬温度急剧降低,底吹透气砖侵蚀后呈凹型部位易积钢凝固,应立即翻包倒渣并同时接通气源,吹出气道中尚未凝固的渗钢及底吹透气砖凹陷部位的积钢。如实施好,有时不进行表面清扫也能使下次开吹顺利进行。
有时由于生产节奏等原因,等待时间较长,或者底吹透气砖工作面覆盖有残余钢渣,就必须进行表面清扫,用氧气或氧气与煤气的混合气体,烧掉表面的残余钢渣。同时接通气源反吹,将气道中的渗钢、渗渣吹出气道及凹陷部位。这种维护措施对要求较高的精炼工艺是必不可少的。