弥散型透气砖在100吨精炼钢包的实践应用

2022-04-27王永强庞小栓

天津冶金 2022年2期

王永强, 庞小栓

（唐山不锈钢有限责任公司，河北 063105）

0 引言

唐钢不锈钢公司原使用的精炼钢包透气砖为狭缝式透气砖，透气砖狭缝中容易夹钢，如果狭缝中残钢未及时处理，钢包再次上线使用，就会影响精炼钢包吹通率和底吹效果，为满足工艺透气量需求，需要频繁对透气砖进行烧氧处理作业。而造成狭缝型透气砖夹钢的主要原因是，在钢包底吹作业中，快速关闭底吹气体阀门时，破坏了底吹气体与钢水的压力平衡，钢水以正压的状态进入狭缝中，造成狭缝中夹钢。透气砖夹钢后需要进行烧氧处理，通过氧管将狭缝砖表面的渗钢进行高温熔化处理，由于热应力的作用，容易引发透气砖非正常断裂破损或烧偏，造成在线使用的周转钢包非计划下线，影响钢包的正常周转使用。

为了消除精炼钢包狭缝型透气砖的不利影响，改善现场作业环境，唐山不锈钢公司决定采用弥散型透气砖替换狭缝型透气砖。本文介绍了弥散型透气砖的材料、结构、工作原理和性能特点，结合弥散型透气砖的使用跟踪情况，对实际应用中出现的问题进行了总结，并提出了改进建议。

1 弥散型透气砖的特点

透气砖弥散芯主要采用纳米级的刚玉颗粒为骨料，通过其中贯通的显气孔为透气通道，不会渗钢堵塞，吹通率高；同时，弥散型透气砖在使用过程中由于其特殊的构造，钢包底吹过程不易渗钢，不需要频繁对透气砖进行烧氧操作，从而可减少对座砖的烧损，座砖损耗远小于狭缝型透气砖，保证座砖在透气砖热换时有足够的有效高度，并可以实现多次热换，保证了与钢包其它部位耐材寿命的匹配，减少了修包次数，有利于钢包的周转和调度。

1.1 两种透气砖工作原理对比

狭缝型透气砖工作原理：狭缝型透气砖在成型过程中，与镶嵌材料整体成型，在高温烧制过程中，镶嵌材料受热熔化挥发形成狭缝，冷气通过狭缝在钢水中形成气泡，因此，狭缝通道会有较大温度梯度，在狭缝的局部形成热应力作用，特别是狭缝出气口，直接接触钢水，受到的热应力作用更大，狭缝出气口产生体积变化，造成钢水渗入狭缝中。因此，狭缝型透气砖在制作过程中，应选择合适狭缝气道尺寸和热稳定性较好的材料。

弥散型透气砖工作原理：弥散型透气砖通道采用弥散在透气砖内部的大量连通显气孔，形成的纳米级别的孔道对钢水渗入产生了一定的阻力，因此，砖体基本不会渗钢。同时，弥散型透气砖的气孔通道多，直径小，所以形成的气泡具备数量多，直径小的特点。

综上所述，弥散型透气砖在精炼钢包的应用上更具有优势。

1.2 弥散型透气砖内部结构

弥散型透气砖采用弥散块与高强度浇注料结合，底部为狭缝式底座，属于复合型透气砖,如图1所示；在弥散块周围有浇筑料对其进行保护，在使用过程中不会出现断砖情况；弥散块在距离透气砖尾部170mm 处预埋有40mm 长的警示棒，警示棒之后为高强度狭缝型底座，即使见到警示棒后，狭缝式底座同样可以使用。弥散型透气砖整体结构图如图2所示。

图1 弥散型透气砖设计图

图2 弥散型透气砖结构图

1.3 弥散型透气砖理化指标

弥散型透气砖材质以Al2O3+MgO+Cr2O3为主，表1 为在1500℃重烧3 小时后获得的弥散型透气砖物理性能测量数据。

表1 弥散型透气砖理化指标（1500℃重烧3小时）

2 弥散型透气砖现场使用情况

2.1 现场操作方法

狭缝型透气砖使用过程中，工作表面易断层，狭缝中易粘钢，为了保证下一炉使用过程中，底吹流量满足冶炼要求，需每炉对透气砖进行烧氧作业。弥散型透气砖气孔是纳米级显气孔，透气通道不会产生夹钢，另外，唐山不锈钢公司在钢包使用过程中，钢包带有包盖，因此，透气砖表面残钢、残渣不会冷凝，出钢过程中，残钢、残渣碰到钢液熔化，因此，不需要每炉钢进行烧氧作业。

2.2 遇到以下特殊情况需要对弥散砖烧烧氧处理

弥散型透气砖采用20+20+15(第一块透气砖使用20次热换，第二块使用20次热换，第三块使用15次)的使用模式，达到与钢包寿命匹配的效果。

（1）包底冷钢、残渣较厚时需清扫，若砖芯工作面覆盖物发亮则为冷钢，无需清扫；

（2）钢包计划临时停用2 小时以上需在停包前清扫，钢包再次上线前需插反吹测试流量，若流量小于100L/min则需要再次烧氧清扫。

（3）若转炉或精炼反馈本次透气量无法满足工艺要求，下来热修时需烧氧清扫。

（4）热换前需对透气砖工作面彻底清扫。

2.3 弥散型透气砖试验跟踪情况

弥散型透气砖试验安排在35 号精炼钢包上，于1月13日白班上线使用，20日钢包下线。第一次冷装后使用过程中，观察透气砖西侧，进行烧氧一次；第二次热装后，使用过程中，停包三次，每次均≥2 小时，吹扫3 次；第三次热装后，钢包停用两小时，吹扫1 次，具体数据如表2 所示。弥散砖烧氧后流量数值如表3所示。

表2 弥散型透气砖使用过程数据

表3 弥散型透气砖烧氧后流量数值

（1）从弥散型透气砖的使用情况来看，新换的透气砖的使用寿命可以达到20 次以上，能与唐山不锈钢公司钢包寿命匹配。

（2）从弥散型透气砖的烧氧情况来看，透气砖使用过程中，底吹流量满足各工序对流量≥300NL/min 要求，同时，在烧氧处理后，流量计显示能够达到最大值1000Nl/min，因此，弥散型透气砖的流量能够满足各工序对底吹的要求。

（3）从弥散型透气砖的下线测量判断，透气砖在使用20 炉后，残厚未出现≤170mm 的异常侵蚀状况。另外，观察下线后的透气砖，砖芯略低于透气砖周围的保护浇筑料（见图3），浇注料对弥散砖芯有一定的保护作用，具有可靠的安全性。

图3 用后的弥散砖工作面

3 应用中出现的问题

3.1 转炉出钢前期透气量小

在实际使用过程中，调查底吹流量数值，观察到弥散型透气砖在转炉出钢过程前期，底吹流量数值较小，不符合设定要求，合金料有结块现象。通过分析转炉出钢过程，发现转炉在出钢前，底吹是提前20 秒钟开启的，会造成透气砖表面结冷钢；另外，转炉出钢温度波动大，有些炉次温度不符合控制要求，不能及时融化透气砖表面结的冷钢，造成前期底吹流量数值偏小。