鋼包是煉鋼廠(chǎng)重要的熱工設備,主要由包殼、耐火材料內襯和SN機構組成。冶金技術(shù)不斷發(fā)展,冶煉溫度提高和連鑄比增加,鋼水在鋼包中停留時(shí)間延長(cháng)。鋼包內襯使用狀況直接影響煉鋼的案例生產(chǎn)和物流順暢,因此找耐火材料網(wǎng)認為在確保安全使用的前提下追求鋼包壽命的不斷提高,降低耐火材料噸鋼消耗和成本,提高熱周轉率是耐火材料行業(yè)需要重點(diǎn)考慮的事情。
鋼包內襯耐材組合設計
鋼包內襯又可以分為工作層和永久層,視包底和包壁蝕損機理的差異而采用不同的材質(zhì)體系和施工方式。
選用永久層材料時(shí),要考慮保溫和抗鋼水滲透兩方面的因素,高鋁澆注料做永久層,其高溫強度大,熱穩定性好,抗鋼水滲透能力較強,保溫性適中。為增強其保溫性能,在高鋁澆注料和鋼殼之間砌筑一層18mm莫來(lái)石輕質(zhì)磚,鋼包周轉過(guò)程中外殼溫度在220~400℃之間。這樣既降低了漏鋼的概率,同時(shí)鋼水在整個(gè)精煉、澆注過(guò)程中熱損失小,有利于低溫出鋼、降低能耗。
包底工作層各部位的耐火材料有不同的損毀機理。包底承受鋼水沖擊和較大靜壓力,需要高荷軟、低蠕變和熱穩定性好的耐火材料,選用剛玉澆注料。為提高抗沖刷性能,在沖擊區放置大的預制塊;為方便拆修和預留一定膨脹縫,在透氣座磚和水口座磚周?chē)鲋V碳磚。
包壁工作層在精煉時(shí)受鋼水吸碳作用和翻滾沖刷以及爐渣侵蝕,該部位耐火材料應有良好的耐沖刷、抗侵蝕、抗氧化的性能,并且要求熱膨脹率低,以保持包壁無(wú)裂縫,選用剛玉澆注料(整體澆注鋼包)或預制塊(磚砌鋼包)。渣線(xiàn)部位砌筑鎂碳磚渣線(xiàn)部位受爐渣侵蝕和電弧的灼燒脫碳,要求耐火材料有較強的抗氧化、抗侵蝕能力。
鋼包內襯的損毀機理
1、永久層損毀
以寶鋼鋼包為例,寶鋼鋼包永久層使用壽命一般在600~800爐次,即四個(gè)大修周期。
大修時(shí)發(fā)現包壁永久層有許多縱橫交錯的裂縫,并隨著(zhù)大修次數的增加裂縫加寬加深,有時(shí)涌入工作層的冷鋼也會(huì )滲入到永久層裂縫內,影響鋼包使用安全。裂紋的產(chǎn)生常見(jiàn)原因包括:低強度的纖維板受擠壓后體積收縮給永久層膨脹創(chuàng )造了條件;永久層澆注料使用過(guò)程中本身具有一定收縮性,包壁永久層澆注厚度偏薄且厚度不均;鋼包包殼發(fā)生高溫形變,中修更換渣線(xiàn)鎂碳磚拆磚時(shí)的機械振動(dòng)也會(huì )加速永久層裂紋的發(fā)展。
2、工作層損毀
精煉處理時(shí)需要在鋼包中進(jìn)行脫硫、脫氧、脫碳、脫氣、合金成分微調、去除非金屬雜質(zhì)、夾雜物變性處理、鋼水溫度控制等操作。不同的精煉方式鋼包工作層的損毀程序也不盡相同。主要損毀形式如下:
渣線(xiàn):侵蝕(主要原因)、剝落、沖刷、水化(次要原因)
包壁:侵蝕(主要原因)、沖刷、水化(次要原因 )
包底:沖刷(主要原因)、侵蝕、水化(次要原因)
水口系統:沖刷(主要原因)、剝落、侵蝕(次要原因)
吹氬系統:剝落(主要原因)、沖刷(次要原因)
1)侵蝕
對于鋼包工作層內襯的侵蝕主要有兩種:化學(xué)侵蝕和氧化侵蝕。
化學(xué)侵蝕:氧化鐵或渣中的酸性物質(zhì)(如二氧化硅)與耐火材料內襯發(fā)生反應,氧化鐵、二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂之間均有化學(xué)反應,這些反應使鋼包內襯變?yōu)槿墼鼘е履突鸩牧系膿p毀。
FeO+MgO=FeOMgO
SiO2+2MgO=2MgOSiO2
CaO+SiO2+MgO=CaOMgOSiO2
氧化反應:氧化侵蝕是鋼包耐火內襯的一種特殊形式,一般指耐火磚中的碳與氧化鐵或空氣中的氧氣發(fā)生反應而造成的侵蝕。渣中的氧化鐵與磚熱面層的石墨或者樹(shù)脂發(fā)生反應,氧氣又對磚襯表面的石墨或碳結合劑進(jìn)行侵蝕,這兩種情況下,就造成耐火磚的內部結構疏松、強度降低,并最終導致耐火磚襯被熔渣或鋼水沖蝕。這種侵蝕現象在鋼包內耐火材料的所有部位都有發(fā)生,以渣線(xiàn)部位最為嚴重。
FeO+C=Fe+CO
O2+2C=2CO
2)沖刷
沖刷是由于鋼水或熔渣流過(guò)耐火材料表面所產(chǎn)生的物理磨損或者沖刷內襯。對于采用偏心底出鋼使用的鋼包,鋼水對包底鋼水沖擊區、水口滑板和高于包底的透氣磚等部位影響較大。LF和CAS處理的鋼包,由于鋼包底吹氬工藝的強攪拌作用,加劇鋼水對鋼包包壁局部部位的沖刷作用。
3)剝落
剝落是由于耐火材料襯受急冷急熱導致耐火材料襯產(chǎn)生應力而造成的。當應力超過(guò)耐火材料的強度時(shí),就導致耐材內部產(chǎn)生裂紋。隨著(zhù)這些裂紋的擴展、相交并貫通,耐材的碎片將會(huì )部分或完全剝落,水口座磚和透氣座磚上經(jīng)常會(huì )發(fā)生這種現象。
4)水化
鋼包工作襯在砌筑中采用火泥濕砌工藝,永久襯采用澆注料打結,在烘烤前和烘烤中水分或水蒸氣與鎂碳磚中的MgO發(fā)生反應而水化。水化的耐火材料耐鋼渣和鋼水滲透性很差,物理和化學(xué)性能減弱,并且會(huì )加快鋼包內襯的侵蝕速度。
MgO+H2O=Mg(OH)2
通過(guò)以上對鋼包內襯損毀機理的分析,我們不難發(fā)現鋼包工作層各部位的耐火材料損毀的機理不同,因此需要對鋼包內襯進(jìn)行全過(guò)程的管理,從材料的選擇、砌筑施工、烘烤、運行以及發(fā)現問(wèn)題后的檢測、維修等。當鋼包使用到一定次數需要維修時(shí),仔細檢測內襯各部位的殘余厚度、分析損毀情況,結合包役使用中的數據進(jìn)行認真分析,即可掌握鋼包內襯各部位耐火材料的損毀規律。