精炼钢包底吹透气砖不过气的分析与改进

杜萍

（天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津300301）

精炼钢包底吹透气砖不过气的分析与改进

杜萍

（天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津300301）

通过对实际生产中精炼钢包底吹透气砖不过气事故案例进行跟踪取样分析，找出其产生的原因。分析认为狭缝式透气砖气道的堵塞、透气砖表面覆盖有较厚的冷钢、底吹系统的漏气、防漏机构气室不畅通等因素造成了精炼钢包底吹不成功。针对上述因素，采取了相应的改进措施，包括对狭缝参数的调整、透气砖材质的优化、安装预报警装置、吹氩管路的改进、防漏钢机构的调整、座砖和热修补料的优化以及规范操作等。结果表明，因透气砖气道堵塞的发生率降低了76.4%，因透气砖表面覆盖有较厚的冷钢而造成堵塞的发生率降低了55.4%，明显减少了防漏机构漏气和堵塞的事故，取得了良好的效果。

精炼钢包狭缝式透气砖防漏机构改进

1 引言

随着冶金行业品种和产品质量的不断提升，各钢铁公司都在加大对炉外精炼的投入和研究。天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）配备了3座LF炉，1座VD炉炉外精炼装备，而影响其工艺的关键是精炼钢包底吹透气砖的透气性能。精炼钢包底吹的原理是通过钢包底部透气元件向钢包吹入惰性气体来搅拌钢水，以达到促进夹杂物上浮、均匀钢水成分和温度的目的。天钢底吹氩采用的是防漏钢机构分体式外装透气砖，自2004年3月投产使用以来，在实际生产中出现了因精炼钢包底吹透气砖不过气或流量低而造成倒包的生产事故，严重影响了品种钢的质量、生产的顺行及生产成本。要提高精炼钢包底吹透气砖的吹成率，需要分析影响底吹透气砖不过气的各种因素，并制定相应的改进措施，以杜绝此类事故的发生。

2 精炼钢包底吹透气砖不过气的原因分析

通过统计211起钢包底吹不过气或流量低而造成的倒包事故，其主要原因见图1。

图1 精炼钢包底吹不过气或流量低原因分类图

2.1 狭缝式透气砖气道堵塞

通过对堵塞透气砖残留物的分析，主要有以下几个因素。

2.1.1 透气砖狭缝渗钢

从用后残留物取下夹钢钢片，经测量钢片长度在30～50mm，厚度存在两种现象：一是夹钢钢片厚度较均匀，接近于透气砖狭缝尺寸0.25mm；二是夹钢钢片厚度超过狭缝尺寸，最厚处可达0.4mm。此类渗钢约占透气砖气道堵塞的62%。分析其原因：

（1）透气砖狭缝参数设计的缝隙过大；

（2）氩气管道系统未安装排气支路，结束操作时，透气砖本身就会由于倒吸管的原因，使得钢液回流进入透气砖狭缝；

（3）透气砖的热稳定性差，接触高温钢水后其表面受热应力作用发生尺寸变化[1]，钢水容易渗入。2.1.2底吹透气砖产生裂纹，砖体和气道渗钢

从用后残留物取纵向剖析，透气砖产生裂纹分为纵向和横向两种，有时单独出现，有时同时出现。纵裂纹引起钢液从纵裂纹处渗入并扩延到气道，形成纵向钢水渗透；横向裂纹多出现在透气砖体至钢液面30 mm范围内，钢液渗入到横裂纹处形成一层约0.35 mm厚的钢片。产生裂纹原因：

（1）透气砖的抗热稳定性不稳定

出钢前钢包温度为800～900℃，转炉出钢温度为1640～1660℃，透气砖上部由于温差大而产生热应力，引起裂纹和脱落。另外，低温高速的惰性气体使透气砖狭缝区域温度较其他部位低，使透气砖内部产生较大的温差，导致透气砖碎裂、横断。

（2）非耐材原因出现的横断裂

转炉吹氩开关设置在炉下，开气时间不易控制，造成透气砖超时空吹；停产检修时，钢包停放时间过长，受烘烤器限制，造成有的钢包烘烤时间短，包底温度极低。出钢时发生非正常的透气砖横断裂现象。

2.1.3 钢水穿透透气砖堵塞防漏机构气室

操作工对透气砖使用判断出现失误，透气砖残余厚度薄，在吹氩过程中造成钢水穿透，流入到防漏机构将机构气室堵塞，见图2，中断了气体的流入。

图2 钢水穿透透气砖堵塞防漏机构气室实物图

2.2 透气砖表面覆盖有较厚冷钢

2.2.1 透气砖凹坑的形成为积冷钢创造了条件

（1）底吹座砖抗钢水冲刷性、抗气体冲击及抗渣侵蚀性不稳定，底吹座砖喇叭状侵蚀严重并加速了透气砖的侵蚀。因而形成较深的凹坑。

（2）热修补料粘结及抗冲刷性能差，使用几炉后就完全脱离，对凹坑的修补不能起到有效的效果。

2.2.2 钢包未进行底吹氩操作造成的积冷钢

个别炉次在出钢过程中不进行钢包底吹氩操作，在钢水的高温和静压力作用下造成新的渗钢堵塞，影响在精炼工位的吹氩操作。

从倒包情况看往往在钢包底部有一层较薄的冷钢。

2.2.3 钢水质量、生产节奏等造成的积冷钢

钢水温度低和流动性差、生产节奏和事故原因造成个别钢包在非吹氩位停留时间过长、钢包烘烤不到位等都会增加透气砖表面积冷钢的几率而影响钢包底吹的透气性能。从倒包情况看，往往在钢包底部有一层较厚的冷钢。

2.3 底吹系统漏气

出现底吹系统漏气的现象有两种，一是非常明显的管路系统漏气，包括快速接头对接、金属软管及管路焊接点；二是漏气出现在上压板外边缘处，主要是由于螺栓紧固不到位；少安装密封垫片；涂抹的火泥过稀，在干燥过程中会形成较大的裂纹空间，使得气体吹入后因钢水静压力的存在导致气体回流，沿缝隙从座砖与透气砖之间向外溢出。

2.4 防漏机构气室不畅通

2.4.1 过滤网有异物

异物主要来自于粉尘，使通过的气体量减少。

2.4.2 透气砖后导管端头起弧烧结

透气砖后导管端头烧结，阻断了气体的流入。绝缘管一是耐高温性较差，受热易烧损；二是材质较脆易破裂。绝缘管损坏后失去绝缘效果，在钢水精炼处理时起弧烧结。

2.4.3 透气砖砖芯后管内有异物

吹氩胶管受高温烘烤产生碳化，吹氩过程中碳化物集中在透气砖砖芯后管内造成堵塞。

3 采取的相应措施

3.1 降低狭缝式透气砖气道堵塞的措施

3.1.1 调整狭缝参数

原透气砖狭缝参数为单环分布24条狭缝，狭缝宽度为0.25mm，长度为10mm。现调整为双环分布36条狭缝，狭缝宽度为0.18mm，长度为15mm。

3.1.2 优化透气砖材质

为提高透气砖的热稳定性，采用烧结板状刚玉为主要原料[2]，添加少量氧化铬。改进前后的理化指标见表1。

表1 透气砖的理化指标

3.1.3 透气砖安装预报警装置

为杜绝透气砖超限使用而出现穿透，在透气砖底部安装一个长为150mm，25×25mm2的预报警装置见图3。

3.1.4 改进氩气管路

在各吹氩站安装排气装置，以减轻钢液的倒灌；将转炉炉下控制吹氩调整至炉上控制，以保证在出钢前30s进行吹氩操作，以减少非耐材原因的透气砖横断裂。

3.2 减少透气砖表面覆盖冷钢的措施

3.2.1 优化底吹座砖和透气砖热修补

图3 透气砖预报警装置

为提高座砖的抗钢水、熔渣的侵蚀性和体积稳定性，采用高纯原料并增加浇注料中镁铝尖晶石的含量。优化后其抗折强度（1550℃×3h）由12MPa提高到20MPa。将转炉修补料改良后用于透气砖热修补。主要对大颗粒和小颗粒骨料的配比进行了调整，采用改性沥青和酚醛树脂作为粘合剂[2]。

3.2.2 规范操作

（1）各吹氩点流量控制严格执行操作要点，避免因大流量的底吹而加速透气砖的侵蚀。

（2）必须保证在出钢过程中进行规范的吹氩操作。

（3）浇铸结束后，应立即翻包倒渣并同时接通气源，吹出气道内尚未凝固的渗钢和透气砖凹坑部位的积钢。

3.3 减轻防漏机构处漏气和堵塞的措施

3.3.1 防漏机构的调整[3]

（1）将原防漏钢机构分布安装的过滤网、截止阀、和部分密封件集中放置在一固定装置锁紧体内，将4个螺栓固定改为2个螺栓固定。

（2）提高绝缘管的耐高温性。

3.3.2 研制透气砖火泥

开发透气砖专用绿泥，通过调整特殊防腐和添加材料配比，以适应不同季节需要的黏稠度。

4 改进后的效果

通过采取以上措施，取得了良好效果，精炼钢包底吹未吹成率由11.72‰降到3.48‰，降幅比例为70.31%。具体各因素的未吹成率的前后对比见表2。

同时对改进前后正常使用更换下的透气砖进行剖析，渗钢量明显减少，夹钢片的长度由改进前的10 mm降到6mm以下。渗钢量的减少可以缩短烧氧时间，提高透气砖使用寿命，以推迟透气砖的凹坑形成时间。

表2 改进前后各因素未吹成率的对比

5 结论

5.1 透气砖和排气操作是影响钢包底吹不过气的重要原因

透气砖狭缝参数设计、透气砖的热稳定性及排气操作是影响精炼钢包底吹透气砖不过气的重要原因。通过对其调整优化，明显地减少了狭缝渗钢量和裂纹渗钢量，透气砖不过气的比例可降低76.4%。

5.2 透气砖凹坑是影响钢包底吹不过气的主要原因

底吹座砖和热修补料的质量稳定性是影响精炼钢包底吹透气砖不过气的主要原因。经过优化延缓了透气砖凹坑的形成时间，使未吹成的比例降低了55.4%。

5.3 杜绝了防漏机构漏气和堵塞事故

通过对防漏机构的调整和火泥的优化，杜绝了防漏机构漏气和堵塞事故。

5.4 规范操作、加强责任心是今后提高底吹成功率的关键

钢水温度和流动性控制、生产节奏、操作过程和使用中受保护的程度也是影响精炼钢包透气砖不过气的原因之一。它们始终伴随着整个包役对透气性能的影响，因此，规范操作、加强责任心是今后提高底吹成功率的关键。

[1]张宝鑫，佟晓军.精炼条件对狭缝式透气砖使用效果的影响[J].耐火材料，2003，34（1）：38-40，53.

[2]杜萍，张颖超，吴晓.国产钢包底吹氩防漏机构系统的使用探讨[C]//2008年耐火材料学术交流会论文集．北京：北京市金属学会，2008：99-102．

[3]张颖超，陈勇，李清强.钢包底吹氩透气砖防渗漏锁紧装置的设计与应用[J].冶金设备，2008（2）：72-74.

（收稿2012－05－27编辑潘娜）

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杜萍（1968—），女，河北安平人，技术主管，工程师，主要从事炼钢技术研究和耐火材料的应用工作，E-mail:wwhi＠163.com。