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    影響鋼包透氣磚使用壽命的因素及改進方向

    發布日期: 2020-11-26 10:55:44    閱讀量(159)    作者:

    在現代鋼鐵冶煉工藝中,透氣磚是鋼包爐外精煉技術中十分重要的功能性元件,通過鋼包底部透氣磚向鋼液中通入氬氣等惰性氣體,從而為鋼液攪拌提供動力,達到均勻鋼液中合金成分和均勻溫度的目的。透氣磚按照組裝模式可以分為分體式透氣磚和整體式透氣磚,兩者均由透氣磚芯和座磚組成,無論分體式透氣磚或整體式透氣磚,座磚的作用均是保護磚芯,防止鋼液侵蝕到磚芯除工作面以外的任何位置,通常座磚會出現如下損毀現象:鋼液沖刷侵蝕、座磚剝落掉塊、座磚橫斷、座磚縱裂,下文對影響透氣磚壽命的因素和研究改進方向做簡要分析。

    1影響透氣磚座磚壽命的因素

    1.1透氣磚的安裝操作

    根據透氣磚安裝的標準程序,整體透氣磚和分體式座磚在放置到包底鋼殼之前,要把鋼殼雜物徹底清掃干凈,不得有顆粒物,并用火泥等墊砂材料將底部找平,防止座磚底部出現局部懸空的情況。鋼包在接鋼后,磚芯會承受鋼液巨大的靜壓力,從而產生向下位移的趨勢,特別是整體式透氣磚,若透氣磚芯下方的座磚預埋層未有效墊砂有懸空情況,磚芯會沖破座磚預埋層的保護,造成座磚尾部縱裂、磚芯錯位,在使用中有較大的安全隱患。

    1.2包底砌筑方式

    鋼包包底工作層通常為磚砌或澆注成型,針對磚砌包底,通常建議座磚四周留縫30~80mm,縫隙填充剛玉料或搗打料,緩沖包底磚烘烤后膨脹對座磚的影響。在實際使用案例中,有許多因為包底砌筑結構不當,座磚四周不留縫或留縫數量少造成座磚橫斷的情況。

    1.3包底耐材性能

    理想狀態下,座磚和包底耐材高度一致、同步侵蝕,包底耐材可以有效保護座磚,若包底耐材自身侵蝕剝落嚴重,造成座磚孤立無保護,則孤立的部分受鋼液卷流的剪切力容易產生橫斷。

    1.4座磚填縫料質量和施工效果

    座磚四周留縫的目的是減少包底耐材膨脹對座磚的影響,但如果填縫料本身在使用過程中過度侵蝕形成缺陷,會導致座磚孤立無保護,同樣容易造成座磚剝落或整體橫斷。在注重填縫料質量的同時,其施工效果尤為重要,若采用剛玉自流料填縫,需注意加水量,最終攪拌均勻、料水不分離,填充后用鐵棒搗實;若采用搗打料填縫,則一定要搗打密實。

    1.5鋼包烘烤制度

    若采用剛玉料填縫,座磚會吸收剛玉料部分水分,并在烤包過程中逐漸排出水分。如果烤包未遵循小火-中火-大火的規則,座磚在迅速排出水分的過程中會釋放較大的應力,有造成座磚縱裂的風險。

    1.6透氣磚吹氬過程

    透氣磚吹氬時,氣流使鋼液不斷翻卷,對包底耐材和座磚不斷沖刷侵蝕,一方面會使座磚高度不斷降低,另一方面鋼液從磚芯工作面高速涌動,會使座磚內孔不斷擴徑。

    1.7透氣磚燒氧熔損

    對透氣磚芯工作面燒氧清掃時,氧管燃燒產生的溫度可達2000℃,當氧管吹掃至座磚內壁時會熔損座磚。特別是氧槍斜對磚芯燒氧時,容易出現誤燒座磚的情況,導致座磚異常侵蝕。

    2透氣磚座磚改進研究方向

    2.1了解不同溫度下座磚的物理性能,提高座磚中溫強度

    座磚成品通常僅進行低溫干燥烘烤,溫度為150~300℃,鋼包盛鋼之后,座磚頂部溫度可達到1500~1600℃,隨著溫度傳導,由座磚頂部至底部存在溫度梯度,據頂部100~200mm部位的溫度通常為700~1000℃,而在此溫度區間內,座磚的強度是最薄弱的,若受到外界的橫向剪切力,易產生橫斷。

    將座磚澆注料成型為40mm×40mm×160mm標準試樣,試樣經過110~1550℃不同溫度處理后,按照GB/T5988—2007檢測試樣燒后線變化,按照國標GB/T3001—2007和GB/T5072—2008檢測試樣常溫抗折強和耐壓強度。不同溫度處理過的樣塊強度結果如下圖1所示,隨著處理溫度從110℃升高至700℃,抗折強度有逐漸下降趨勢,700℃之后逐步上升,但在1100℃之前,抗折強度均處于較低狀態。其耐壓強度在1100℃之前同樣處于較低狀態,其中在700~900℃區間處于最低值。不同溫度處理過的樣塊線變化如下圖2所示,其線變化在1100℃之前為負值,說明試樣在1100℃之前收縮,1100℃之后開始膨脹。

    圖1試樣經不同溫度處理后的抗折強度和耐壓強度

    圖2試樣經不同溫度處理后線變化

    2.2研究座磚成型方式對座磚性能的影響

    由于座磚在模具內豎向澆注,模具底部澆注料排氣行程長,最終容易導致氣孔停留在模具頂部的澆注料內無法排出,使頂部澆注料氣孔率高,并影響澆注料物理性能[9]。通過對座磚成品取樣檢測物理性能,分別取模具底部、中部、頂部成型澆注料,切割為40mm×40mm×160mm標準試樣,將模具底部試樣標記為A組,模具中部試樣標記為B組,模具頂部試樣標記為C組,試樣經110℃×24h處理后,按照阿基米德原理依據國家標準GB/T2997—2000測量試樣的體積密度和顯氣孔率,按照國標GB/T3001—2007和GB/T5072—2008檢測試樣常溫抗折強和耐壓強度,檢測結果見表1。

    表1座磚不同部位三組試樣的物理性能數據

    從表1分析可知,從模具底部至頂部,試樣的顯氣孔率呈上升趨勢、體積密度呈下降趨勢、抗折強度和耐壓強度呈下降趨勢。基于這個規律,目前有透氣磚廠家將整體磚成型方式設置為正向成型,即模具底部對應為座磚尾部,從而提高座磚尾部物理性能,增強安全性。

    2.3研究加水量對座磚性能的影響

    將座磚澆注料分別按4.3%、4.1%、3.9%(w)加水量成型為40mm×40mm×160mm標準試樣,將加水量4.3%(w)試樣標記為A組,加水量4.1%(w)試樣標記為B組,加水量3.9%(w)試樣標記為C組,試樣分別經110℃×24h、1100℃×3h、1550℃×3h三種溫度處理,按照阿基米德原理依據國家標準GB/T2997—2000測量試樣的體積密度和顯氣孔率,按照國標GB/T3001—2007和GB/T5072—2008檢測試樣常溫抗折強和耐壓強度。采用風冷法檢測試樣抗熱震性能,測試方法為1100℃保溫20min,風冷15min,重復3次之后,測試樣條常溫抗折強度。檢測結果見下表2.

    表2不同加水量成型三組試樣的物理性能數據


    由上表2可見,加水量最高的A組試樣,在110℃和1100℃溫度處理后,強度指標均低于B組和C組試樣。三組試樣在1550℃抗折耐壓強度基本相當,但A組試樣熱震穩定性最差。由此分析可得加水量對座磚不同溫度的物理性能有較大影響。在滿足澆注料施工性能的前提下,降低加水量有利于提高座磚物理性能。

    3結論

    (1)加強施工現場座磚安裝管理、規范燒氧操作可以提高座磚的使用壽命。

    (2)改善座磚700~900℃溫度區間的中溫抗折強度可以提高座磚的物理性能。

    (3)將座磚成型方式更改為正向成型有利于提高座磚的物理性能。

    (4)降低座磚成型的加水量有利于提高座磚的物理性能。

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