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供气元件

作者:admin 发布日期: 2019-12-23 二维码分享

利用供气元件(又称透气砖)向炼钢容器中喷吹惰性气体搅拌钢液,已成为现代冶金的重要手段,炉外精炼技术的重要环节。其所起的作用是强化冶金过程,促进冶金反应的进行,缩短冶炼时间,均匀钢水温度和成分,使钢液中夹杂物随气体上浮,减少钢液中非金属夹杂,洁净钢水,提高钢的质量,在转炉、电炉炼钢和精炼钢包中普遍使用。其趋势是应用到冶炼的全过程中,包括中间包,鱼雷罐等冶金容器。

供气元件已成为炼钢过程中的重要的功能耐火材料,冶炼容器不同,操作条件不同,采用不同材质,不同结构形式的透气砖。当前主要有两大类型:一类为转炉及电炉用透气砖,另一类为钢包用透气砖。二者在使用条件、使用要求上有明显不同,在材质选择、结构形式、制作工艺上各具特点。

转炉及电炉用透气元件

(1)转炉底吹透气砖,是顶底复吹炼钢工艺的重要耐火材料,起着强化冶炼过程的重要作用。顶底复吹转炉用透气元件为镁碳质,安装于转炉底部。结构上曾有过多孔弥散型——砖内弥散分布有直径0.15mm左右的气孔,但致密性差,强度低,气体阻力大,不耐用已淘汰;组合式——由多块耐火砖组合出各种砖缝透气,但气流分布不好。目前主要使用的是等静压成型镁碳质透气砖,透气孔采用分段组合式:内预埋耐热钢管,1.5~4mm通道直径。这种结构是目前转炉底吹透气砖主要采用的形式,通道直径设计要合理,小时阻力大,大时渗钢。也有用易熔金属丝:内预埋易熔金属丝,烧成时融化,形成直径0.5~3mm通气通道或采用组片式形成透气通道,具有膨胀系数小,抗剥落性好,寿命长的特点。现用转炉底吹透气砖性能指标为:MgO73%~75%,C17%~19%D=2.75%~2.88g/cm3,工作条件为:出钢温度1660~1750,吹气量30~300m3/h,气体压力0.4~1.2MPa,全过程吹气,依冶金工艺需要选择不同的气源:Ar,N2,CO2,O2等。

(2)电炉底吹透气元件,有两种形式的透气元件系统,一种为直接搅拌系统透气砖,类似转炉用镁碳质高压成型分段组合式,如国内某厂用砖长750mm,其中气室50mm,193mm金属管,1支距气室300mm的使用极限报警透气管;另一种为间接搅拌系统供气元件,透气砖不与钢液直接接触,通过表面透气捣打料透气。两种结构形式使用效果比较:直接搅拌系统透气砖,使用寿命300~500炉,流量3~5h(m3/h,0.1MPa),使用特点是寿命低,要求透气砖流量小;间接搅拌系统供气元件,使用寿命4000~5000炉,流量5~7m3/h,0.1MPa,使用特点是寿命高,要求透气砖流量大。表15-25列出了转炉及电炉用透气砖性能指标。


钢包用透气元件

钢包底吹氩工艺已在炉外精炼中广泛采用,通过安装在钢包底部的透气砖向钢液中吹入惰性气体,搅拌钢水,快速分散、融化添加到钢液中的合金,脱氧剂,脱硫剂等,使有害夹杂物和气体上浮,达到精炼目的。底吹透气砖是这一工艺的关键功能元件,由于使用条件十分苛刻,钢液的搅动冲刷,吹氧清扫等,要求具有多重高性能:透气性好,与钢水有较大的润湿角——透气通道渗钢少,间歇操作急冷急热要求好的抗热震性和抗剥落性,工作面吹氧清扫,抗氧化性要好。

(1)结构、材质、性能和生产工艺。钢包用透气元件结构上因所采用的透气塞之透气孔形式不同分为两类:弥散透气型和具有定向通气孔的透气元件,后者又依定向通气孔的结构特征而有多种类型,如直通孔型,迷宫型,狭缝型等。弥散型透气塞采用液压机成型,高温烧成,特点是使用时气体压力较小,材料气孔率高,密度、强度低,耐用性差,对钢液的搅拌效果较差,在日本由于气体压力有限制而采用之,在国内则主要采用具有定向通气孔的透气塞。在定向通气孔透气塞中,直通孔型预设许多垂直通道,底吹效果好,使用寿命高,但气体流量也有限度,后期易堵塞,影响吹成率。目前主要采用狭缝式透气塞,预置或组合成按一定方向排列的狭缝,气流量大,对钢液的搅拌效果好,不易堵塞,吹成率高,寿命长。狭缝型透气塞的狭缝一般通过预埋烧失物形成,也有采用芯板组合型——芯板机压成型,高温烧成,芯板组装好后外包浇注料以形成狭缝,这种工艺可缓冲热应力,使用中不易断裂,利于寿命和吹通率提高,芯板材质有刚玉、刚玉尖晶石,及非氧化物结合刚玉质。狭缝参数与气体的流动、流量及钢液向砖中的渗透深度有关,狭缝宽度一般取0.2mm作用合适。

在安装方式上,钢包用透气元件又可分为外装式和内装式。外装式透气元件由座砖、套砖和透气塞组成,座砖与包底一同砌筑,套砖和透气塞预先装配好,然后装于座砖中。外装式透气元件适用于使用条件比较苛刻的精炼炉,如LFLF-VD等精炼炉,高的气流量要求,高吹通率要求。由于使用条件比较苛刻,外装式透气砖损毁较快,使用寿命和包龄不同步,优点是当透气性不好或侵蚀过快时可将套砖和透气塞从钢包外拆除并从炉外更换新的,即可热更换,加速钢包周转,提高生产效率。内装(整体)式透气元件由透气塞和座砖组合而成,二者先组装在一起后砌于包底使用。内装式透气元件使用安全性好,通气量一般在100~700L/min0.4MPa),用于使用条件不太苛刻的钢包,与包底共同砌筑,寿命与钢包衬同步或与包底同步,使用寿命较长,具有较高的抗侵蚀和抗冲刷性。两种形式的透气元件安装如图15-7所示。


钢包用透气元件使用条件苛刻,作为炉外精炼工艺中的关键功能元件在使用寿命、使用效果(通气量和吹成率)、使用安全可靠性等诸方面都有较高的要求,透气塞和座砖的材质选择、制作工艺、产品性能指标与透气元件的使用水平有密切关系。透气塞材质一般为刚玉质,所用原料有白刚玉和板状刚玉,纯铝酸钙水泥,硅微粉,添加剂如氧化铬、锆英石、尖晶石等。在以刚玉为主的基质配料中,分别加入Cr2O3,MgO,皆能改善抗侵蚀性和抗渗透性,前者有助于形成固溶体,及含铬玻璃相,使与渣接触后提高黏度,防止渗透,后者可吸收渣中Fe2O3MgO,在反应层下形成尖晶石致密层,起同样作用。.终材质为刚玉、铬刚玉或刚玉尖晶石材质,国外也有刚玉——莫来石质的。配套座砖一般为刚玉质。

狭缝式透气塞的制造工艺采用不定形耐火材料技术,浇注成型和高温烧成相结合的工艺。其生产流程包括:配料、混合、浇注、养护、干燥,烧成,包铁壳,烘干,透气性实验,成品。透气塞的外形尺寸和透气率及使用寿命因精炼设备容量大小和精炼工艺不同而不同。透气塞高度范围从250~450mm不等,使用条件为:出钢温度1650~1750,搅拌时间每炉20~30min,气流速度从100~1500NL/min,通常为300~800NL/min,气压.高可达1.5MPa,通常0.3~1.0MPa.使用寿命从几次到上百次。表15-26~15-28列出了一些透气塞和座砖的性能指标。


(2)透气元件的损毁因素。对钢包用透气元件的要求是高温下高的抗蚀损性、操作安全性、不同压力下可靠地透气性。两个很重要的指标是重复吹开率和使用寿命,开吹失败是由气道被渗钢渗渣堵塞所致,寿命高低取决于材料在使用过程中的抗损毁能力和现场操作过程的控制水平。

钢包用透气元件的使用特点是间歇式操作,操作过程为受钢,吹气精炼,浇注,倾倒渣和残钢,透气塞清扫,受钢和浇筑时不吹气,即透气砖在使用过程中所处的是一复杂的工况条件。透气砖的损毁是多重因素作用结果,既有被搅动的高温钢液的冲刷磨损、侵蚀渗透作用,又有吹出冷气流造成的热应力作用,翻包倒渣后吹氧清扫工作面时的超高温和强氧化作用,循环使用的急冷急热造成热剥落作用、炉渣侵蚀等。

1)冲刷和磨损作用。钢包吹炼时气流和钢液混在一起后形成的紊流对透气砖有强烈的剪切、冲刷、磨损作用和加剧钢液对透气砖侵蚀的作用,是透气砖损毁的主要原因。透气砖的损毁程度取决于吹氩压力,总时间,气体流量。钢包容量大时,钢水静压力大,吹气所须气体压力大,钢包运送距离远时,周转时间长,钢水温度下降,钢水黏度加大,吹气压力也须加大,也影响透气砖寿命。

2)热应力作用。在透气砖工作面,尤其是出气狭缝四周的耐火材料,一方面与高达1600~1700的钢水接触;另一方面,又有不断吹出的冷气流影响,会在透气塞内产生很高的热应力,导致裂纹。透气砖又属于多次使用的耐火材料,周期性急冷急热,容易在近工作面部位产生裂纹和剥落。

3)烧氧吹洗。钢包浇注完毕和翻包倒渣后要对透气砖进行吹氧清洗,以清理工作面上的残钢和残渣,保证工作面的清洁和气体通道畅通。但吹氧时的过头清扫会烧到透气砖,超高温(2000以上)和强氧化对透气砖有极大的破坏力。这种破坏和操作条件有很大关系。

4)侵蚀作用。主要是钢液侵蚀造成的透气塞蚀损和钢液渣液的渗透在透气塞工作面形成反应变质层,进而结构剥落。渗透严重时会堵塞气道,降低吹开率和使用寿命。

提高和保证吹成率的措施:一是要依使用条件精心设计透气通道,优化气道结构,改进砌筑方式,如安装两块透气砖;二是精心操作和维护,如每次浇筑完后渣和残钢应倾倒干净,并立即用氧气或其他气体清扫透气砖表面冷钢,吹通透气管道。整个操作:出钢,精炼,浇注,透气塞清扫应连续平稳,尽量缩短相互间的间隔时间。此外,在现场实际操作过程中,有采用透气砖蘑菇头技术的,也取得了提高吹成率、减缓透气砖蚀损速度和延长透气砖使用寿命的效果,即透气砖表面清烧后,将透气砖喷补料直接用喷枪喷到透气砖表面,利用透气砖残余热量烧结,所形成的烧结层似蜂窝状蘑菇头,既保证了透气砖的透气性,又防止了钢液的渗透。

3)配套座砖。座砖与透气塞配合使用,使用条件同样苛刻:高温操作,低碱度渣的渗透——高温耐侵蚀性,强制搅拌——耐磨性,间歇操作,温度变化大,热剥落和结构剥落——耐剥落性。其质量好坏不仅对透气元件使用寿命有影响,对包底工作层使用寿命也有直接影响。经常挖修座砖或更换座砖,无法获得高包龄。对座砖的要求是高的抗侵蚀和耐冲刷,好的抗层状剥落和断裂性能,高质量座砖能保障吹氩砖的整体寿命长或透气芯热态更换。在座砖材质选择上也要求高性能,如低水泥刚玉浇注料、低水泥刚玉尖晶石浇注料、高温烧成铬刚玉等,具有良好的抗高温溶蚀性,抗剥落和断裂性。

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