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影响钢包透气砖使用寿命的因素及改进方向
   时间:2022-06-20 10:59
        在现代钢铁冶炼工艺中,透气砖是钢包炉外精炼技术中十分重要的功能性元件,通过钢包底部透气砖向钢液中通入氩气等惰性气体,从而为钢液搅拌提供动力,达到均匀钢液中合金成分和均匀温度的目的。透气砖按照组装模式可以分为分体式透气砖和整体式透气砖,两者均由透气砖芯和座砖组成,无论分体式透气砖或整体式透气砖,座砖的作用均是保护砖芯,防止钢液侵蚀到砖芯除工作面以外的任何位置,通常座砖会出现如下损毁现象:钢液冲刷侵蚀、座砖剥落掉块、座砖横断、座砖纵裂,下文对影响透气砖寿命的因素和研究改进方向做简要分析。
1影响透气砖座砖寿命的因素
1.1透气砖的安装操作
根据透气砖安装的标准程序,整体透气砖和分体式座砖在放置到包底钢壳之前,要把钢壳杂物彻底清扫干净,不得有颗粒物,并用火泥等垫砂材料将底部找平,防止座砖底部出现局部悬空的情况。钢包在接钢后,砖芯会承受钢液巨大的静压力,从而产生向下位移的趋势,特别是整体式透气砖,若透气砖芯下方的座砖预埋层未有效垫砂有悬空情况,砖芯会冲破座砖预埋层的保护,造成座砖尾部纵裂、砖芯错位,在使用中有较大的安全隐患。
1.2包底砌筑方式
钢包包底工作层通常为砖砌或浇注成型,针对砖砌包底,通常建议座砖四周留缝30~80mm,缝隙填充刚玉料或捣打料,缓冲包底砖烘烤后膨胀对座砖的影响。在实际使用案例中,有许多因为包底砌筑结构不当,座砖四周不留缝或留缝数量少造成座砖横断的情况。
1.3包底耐材性能
理想状态下,座砖和包底耐材高度一致、同步侵蚀,包底耐材可以有效保护座砖,若包底耐材自身侵蚀剥落严重,造成座砖孤立无保护,则孤立的部分受钢液卷流的剪切力容易产生横断。
1.4座砖填缝料质量和施工效果
座砖四周留缝的目的是减少包底耐材膨胀对座砖的影响,但如果填缝料本身在使用过程中过度侵蚀形成缺陷,会导致座砖孤立无保护,同样容易造成座砖剥落或整体横断。在注重填缝料质量的同时,其施工效果尤为重要,若采用刚玉自流料填缝,需注意加水量,最终搅拌均匀、料水不分离,填充后用铁棒捣实;若采用捣打料填缝,则一定要捣打密实。
1.5钢包烘烤制度
若采用刚玉料填缝,座砖会吸收刚玉料部分水分,并在烤包过程中逐渐排出水分。如果烤包未遵循小火-中火-大火的规则,座砖在迅速排出水分的过程中会释放较大的应力,有造成座砖纵裂的风险。
1.6透气砖吹氩过程
透气砖吹氩时,气流使钢液不断翻卷,对包底耐材和座砖不断冲刷侵蚀,一方面会使座砖高度不断降低,另一方面钢液从砖芯工作面高速涌动,会使座砖内孔不断扩径。
1.7透气砖烧氧熔损
对透气砖芯工作面烧氧清扫时,氧管燃烧产生的温度可达2000℃,当氧管吹扫至座砖内壁时会熔损座砖。特别是氧枪斜对砖芯烧氧时,容易出现误烧座砖的情况,导致座砖异常侵蚀。
2透气砖座砖改进研究方向
2.1了解不同温度下座砖的物理性能,提高座砖中温强度
座砖成品通常仅进行低温干燥烘烤,温度为150~300℃,钢包盛钢之后,座砖顶部温度可达到1500~1600℃,随着温度传导,由座砖顶部至底部存在温度梯度,据顶部100~200mm部位的温度通常为700~1000℃,而在此温度区间内,座砖的强度是最薄弱的,若受到外界的横向剪切力,易产生横断。
将座砖浇注料成型为40mm×40mm×160mm标准试样,试样经过110~1550℃不同温度处理后,按照GB/T5988—2007检测试样烧后线变化,按照国标GB/T3001—2007和GB/T5072—2008检测试样常温抗折强和耐压强度。不同温度处理过的样块强度结果如下图1所示,随着处理温度从110℃升高至700℃,抗折强度有逐渐下降趋势,700℃之后逐步上升,但在1100℃之前,抗折强度均处于较低状态。其耐压强度在1100℃之前同样处于较低状态,其中在700~900℃区间处于最低值。不同温度处理过的样块线变化如下图2所示,其线变化在1100℃之前为负值,说明试样在1100℃之前收缩,1100℃之后开始膨胀。
3结论
(1)加强施工现场座砖安装管理、规范烧氧操作可以提高座砖的使用寿命。
(2)改善座砖700~900℃温度区间的中温抗折强度可以提高座砖的物理性能。
(3)将座砖成型方式更改为正向成型有利于提高座砖的物理性能。
(4)降低座砖成型的加水量有利于提高座砖的物理性能。
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