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钢包透气砖漏钢事故原因及其解决措施


透气砖在钢水精炼过程中发挥着重要作用。通过搅拌钢水,达到快速分散、促进添加到钢液中的合金、脱氧剂、脱硫剂等的熔化,促进排除钢中的气体和非金属夹杂物,具有均匀钢水温度和成分的作用,洁净了钢水,提高了钢的质量,从而达到精炼目的。透气砖作为耐火材料制品,在使用过程中会出现消耗损毁现象,如不能正确掌握使用方法,就会影响正常生产,甚至会造成漏钢等严重的生产事故。本文对透气砖在使用过程中常见事故的现象及原因进行了分析,并制定出相应措施。

                                             一、  砖 芯 漏 钢

1.1 砖芯过短现象

透气砖处于钢包最底部,在使用过程中要承受钢水静压力。当砖芯的残长过短时,砖芯和座砖之间接触面积减小,砖芯本体强度也将降低,在急冷急热影响下容易出现裂纹。如果砖芯所能承受的压力小于钢水静压力,钢水就会将砖芯压至脱落,或者钢水从砖体裂纹中渗透,导致漏钢事故,如图1所示。

图1 使用过度,残长过短的透气砖

原因:透气砖使用过程中逐步被消耗掉,长度越来越短,如果超过了安全极限,就会出现透气砖漏钢。透气砖的侵蚀速率一般在5~10mm范围以内,主要受生产工艺、钢种以及工人的烧氧习惯等影响。

透气砖寿命的另一个表述方式就是吹气时间,同样的透气砖单次使用时间延长,也会减少透气砖的使用次数。

在具体使用时大部分客户只关心钢包使用寿命,而忽视透气砖总的吹氩时间。再加上判断透气砖残长的方法不尽相同,很多方法不够精确,这就容易导致透气砖砖芯过度使用,造成残砖过短。

解决措施:设计安全显示装置。一般在透气砖的下部约150mm高度安装安全显示标志,该材料在热态状态下和透气砖本体材料外观和亮度上有明显的区别,很容易判断。使用过程中看到安全显示,立即下线,可有效避免透气砖过短造成的漏钢事故,如图2所示。

图2 安全显示露出后状态

1.2 氧含量超标

现象:透气砖在使用较短时间内从中心处穿钢,砖芯狭缝呈蜂窝状,如图3所示。

图3 吹入气体中氧含量超标的透气砖残砖照片

原因:钢水精炼过程中使用的氩气纯度要求99.99%,不允许有氧气混入的现象。但有些钢厂精炼时使用氩气纯度较低,有氧气混入现象,混入的氧气会造成钢水二次氧化,影响精炼效果。在吹气过程中氧气与钢水反应,其温度高达2000℃,加速透气砖表面熔损,在气流冲刷作用下将很快侵蚀透气砖,降低了透气砖的使用寿命,严重情况下造成透气砖漏钢。无论是狭缝、陶瓷棒或者弥散式透气砖,均无法抗拒氧气和钢水反应造成的熔损。

解决措施:严格控制反吹气体氩气的含氧量,保证反吹气体纯度。

1.3 透气砖芯钢壳外部火泥缝漏钢

现象:钢水通过透气砖铁皮与座砖之间火泥缝漏钢,如图4所示。

图4 铁皮与座砖之间漏钢照片

原因:透气砖在现场组装时要在砖芯外面均匀涂抹一层火泥,火泥缝厚度一般要求2~3mm,操作规程要求砖芯与座砖内孔水平对正,安装过程中砖芯下部火泥不能被座砖等其他物体刮掉。如果出现涂抹不均匀或者在安装过程中造成火泥掉落,那么砖芯在座砖内火泥就会一边偏厚,一边偏薄,由于火泥粉料在高温下强度很低,不抗冲刷,火泥缝厚的一侧容易被钢水冲刷掉,使透气砖使用寿命降低。使用到后期,钢水以火泥缝为通道渗透,易引起漏钢事故。如一侧火泥被刮掉,由于铁皮不能与座砖内孔完全结合,留有一定缝隙,高温气氛会逐步将铁皮氧化侵蚀,进而也易出现漏钢。

解决措施:使用垫砖结构的透气砖,如图5所以。垫砖在分体砖底部起支撑保护作用,垫砖前端和周围还要涂抹火泥,以便将透气砖芯下部孔密封。如果砖芯有渗钢现象,钢水流到垫砖位置,温度降低,钢水会在此凝固,阻止了事故扩大。如果垫砖火泥不饱满就不能起到二次防护作用。因此在实际施工过程中,要严格遵守操作规范,保证施工质量。

图5 使用垫砖的透气砖结构示意图

1.4 透气砖芯钢壳内部火泥缝漏钢

现象:透气砖在精炼过程中,钢液沿透气砖钢壳与透气砖芯之间的火泥缝往下渗透,直接渗到底部气室,造成透气砖底板发红,个别严重的钢液直接流到透气砖后管,从后管内流出造成更严重的透气砖漏钢事故。如图6所示,为通过钢壳内部火泥缝渗钢形成的一层冷钢。图7是钢液渗到气室内部,在气室内部形成的冷钢。

图6钢壳内部形成一层冷钢

图7气室内充满冷钢

原因:

1) 安装时透气砖芯下部和底板之间没有顶紧,使用过程中出现透气砖芯轻微下移,在透气砖芯和钢壳之间出现缝隙,为钢液渗透提供了通道,造成钢液下渗。

2) 透气砖在使用过程中,吹气压力过大,透气砖砖芯在气压的作用下轻微往上移动,原来顶紧的安装,就会出现松动,这时如果透气砖在不吹气时受外力作用又出现回落,在砖芯和钢壳之间产生缝隙,再次使用时也会出现渗钢。

3) 透气砖安装钢壳时,使用的火泥低温情况下不烧结,强度很低,在使用过程中,由于吹入气流的扰动,局部火泥从下部慢慢吹掉,在透气砖芯和钢壳之间形成空隙。钢液将沿着缝隙下渗,进到气室,形成透气砖火泥缝渗钢。

解决措施:

1) 安装透气砖使用的火泥要适量,在低温状态下具备一定强度,不受气流的影响,这样会更加安全可靠。

2) 改变透气砖的外形结构。市场上现在有很多带有凹装环的透气砖,可有效防止渗钢现象的发生。如图8所示,透气砖以钢壳代模,直接在钢壳内部浇注成型,不使用火泥。

图8 不使用火泥的透气砖

1.5 狭缝渗钢

现象:狭缝透气砖在使用过程中,狭缝尺寸过大,钢水通过狭缝渗钢,如图9所示。

图9 狭缝设计不合理导致的渗钢

原因:狭缝设计不合理。狭缝式透气砖的狭缝设计非常关键,在保证透气量的同时还要保证钢水不会大量渗进狭缝,引起狭缝堵塞造成透气砖不透气。目前透气砖狭缝宽度大多在0.15~0.2mm之间。根据钢水和耐火材料的湿润性,狭缝不渗钢是不可能的,少量渗钢不影响透气砖的吹通。如果透气砖某个或者部分狭缝过大,钢水就会渗到狭缝中,形成冷钢,堵塞狭缝,造成这些狭缝无法吹通。一般经验认为透气砖狭缝渗钢深度小于15mm,再次使用时吹通率较高;渗钢达到30mm左右,吹通率较低;渗钢在40mm以上完全吹不通。

解决措施:设计合理的狭缝条数和宽度。透气砖设计狭缝20~36条,宽度0.15~0.2mm,大钢包狭缝条数取上线,小钢包取下线。在0.3~0.6MPa压力下,透气量达到20~40Nm3·h-1。

                              二、座 砖 漏 钢

透气砖座砖的作用就是保护透气砖砖芯,如果座砖在使用中出现开裂现象,不但不能有效保护砖芯,影响其使用寿命,严重时还会发生漏钢。座砖出现裂纹,除了座砖自身质量问题,外在因素也对透气砖座砖开裂有着至关重要的影响。

2.1座砖本身的耐火材料设计不合理现象

座砖热震性差,使用中出现裂纹、断裂,导致漏钢,如图10所示。

图10 透气砖座砖横断面

原因:耐火材料设计不合理,抗热震稳定性差。

解决措施:

1) 调整透气座砖的材料配比,提高热震性能;

2) 适当增加钢纤维的加入量,特别是对于周转较慢的钢包,改善效果明显。

2.2外界因素导致透气砖座砖开裂漏钢

2.2.1整体透气砖安装包底开孔过大

现象:由于历史遗留原因、操作习惯等,包底开孔直径较大,达到100mm甚至更大,导致整体透气砖在使用过程中座砖开裂漏钢,如图11所示。

图11 钢包包底开孔过大

原因:整体透气砖座砖安装在钢包包壳里面,透气砖尾管要穿过包底包壳延伸出来,与外部气源接通。在包壳底部留有一个安装孔,安装孔的直径一般能放下尾管30~50mm。透气砖在使用过程中内部与钢水接触,温度达到1600℃左右,底部与外界空气接触,稳定在150℃左右。开孔越大,座砖底部降温越快,上下温差越大,受温度梯度的影响座砖越容易产生微裂纹,随着使用次数的增加,裂纹宽度也越来越大,最终可能导致漏钢事故的发生。另外,透气砖芯底部预埋在座砖内的深度在0~40mm之间,当钢包接钢后钢水静压力作用在砖芯上,然后传导至座砖底部。如果座砖在没有钢壳支撑,或者支撑面积较小的情况下,0~40mm的浇注料在压力和热震的双重作用下,很可能就会胀裂,引起砖芯下移,同样会引发透气砖漏钢事故。

解决措施:针对这种情况,可以要求钢厂将该孔堵上,或按照要求正常开孔,以保证透气砖的使用安全。

2.2.2包底不平或钢壳变形现象

包底不平,导致透气砖座砖底部开裂,发生漏钢。如图12所示,透气砖安装到这种变形严重的垫板上容易造成底部开裂,发生漏钢。

图12 透气砖底部垫板变形严重

原因:

大多数钢厂安装透气砖时都是将座砖直接安装在钢壳上,有个别钢厂在钢壳上铺一些找平料,还有些钢厂以前开口过大,用一块10mm厚钢板垫到开口过大部位再安放透气砖,有些钢厂钢壳超期使用,经受高温、拆包机撞击等因素底板或者底部钢垫板已经变形不平,透气砖安装上以后透气座砖底部和钢包底部钢壳点接触,出现来回晃动的现象。座砖底部不平,相当于在座砖底部增加了一个支点,在热震和钢水静压力作用下,座砖容易产生裂纹。

解决措施:

安放透气砖座砖时可以在透气砖座砖底部用铬刚玉火泥找平,并及时更换变形严重的垫板。

2.2.3更换方法不当

现象:分体透气砖内部有裂纹,砖芯在使用过程中脱落漏钢,如图13所示。

图13 人工更换透气砖产生的裂纹

原因:一些钢厂更换透气砖时,使用从包口位置将钢棒伸到砖芯表面,人工将砖芯捣下来。这种操作在实施过程中都会不可避免的撞到座砖表面,热态下座砖强度很低,在受撞击时可能会造成表面座砖损毁或将座砖撞出裂纹,使用后期随着裂纹的扩大,造成漏钢。

解决措施:改变更换透气砖操作方法,建议采用拉拔机构将残砖拔出,可以避免上述情况的发生,同时降低了工人的劳动强度。目前国内外越来越多的客户采用拉拔机构更换透气砖。

2.2.4膨胀缝自流料不抗冲刷

现象:透气砖座砖四周预留缝内填充的填缝料侵蚀过快,造成透气砖座砖裸露,开裂,如图14所示。

图14 填缝料侵蚀过快造成透气砖座砖裸露

原因:为了便于更换透气砖座砖,一般设计都在座砖与包底砖之间预留40~100mm缝隙,该部位使用浇注料(或者捣打料)封缝。如果填缝使用的材料质量较差,也会影响透气砖的使用,严重时同样会造成漏钢。

解决措施:使用高档自流料。国内外目前填缝料主要使用刚玉自流料,刚玉自流料由于其流动性好,便于施工,耐侵蚀等优点,已被大多数厂家所采用。

                                    小 结

在钢铁冶炼技术迅猛发展的今天,炉外精炼工艺已成为钢铁冶炼过程中的一个重要组成部分。透气砖的正确使用,能够确保生产安全。在使用透气砖的时候,要及时排查各个隐患,针对不同损毁情况,选择合理的改进措施,避免透气砖漏钢事故的发生。