王崇¹，鐘凱²，黃財德¹，張啟東¹

(1． 首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200;2． 首鋼集團有限公司技術研究院，北京100043)

摘要: 分析影響300 t 加蓋鋼包吹成率的因素，有針對性地進行了透氣磚結構和材質改進、底吹工藝優化。結果表明:透氣磚由狹縫型改為狹縫－ 彌散復合型后，透氣率明顯提升;在透氣磚材質中加入的2． 5%Cr₂O₃能減少晶體內部應力，提高材料的抗熱震性，同時引入鋁鎂尖晶石能增加底吹透氣磚的耐壓強度。通過底吹管路改造、規范吹掃操作和優化透氣磚壽命等改進后，鋼包的底吹吹成率由99． 84%提高到99． 96%，取得了良好效果。

關鍵詞: 鋼包;透氣磚;底吹;吹成率;研究

0 引言

鋼包底吹氬是爐外精煉工藝的關鍵，提高底吹透氣磚使用壽命能極大降低鋼包耐材、轉爐煤氣、精煉費用等材料的消耗;提高吹成率，能保證較好的鋼水質量，有效地控制生產節奏，最大程度發揮鋼包精煉的冶金效果。因此，底吹透氣磚使用壽命及吹成率對品種鋼的質量、生產節奏的安排及生產成本等都有直接影響^［1］。

首鋼京唐公司300 t 鋼包于2016 年初實現了全面加蓋，為降低出鋼溫度帶來了好處。但是，加蓋后包襯溫度提高，引起液態鋼渣回流現象，特別是包齡后期可能會對底吹透氣磚造成侵蝕、燒損等嚴重危害，造成透氣磚斷裂、夾鋼堵塞等問題。同時，包襯溫度高也給透氣磚的吹掃帶來了一定困難。因此，本文首先分析了影響鋼包吹成率的因素，然后給出了相應的應對措施。

1 影響鋼包吹成率的因素

1． 1 底吹透氣磚的損毀

底吹透氣磚的損毀機理和損毀程度與底吹氬壓力、吹氬時間、氣體流量等工藝有密切的關系，底吹透氣磚的損毀原因主要有3 個方面^［2］。

(1)熱應力

急劇的熱沖擊引起的熱應力裂紋和剝落。透氣磚的工作面與高溫鋼水直接接觸，受到高溫鋼水及不斷流出冷氣流的影響，產生很大的溫度梯度。由于鋼包間歇式操作，多次使用會受到急冷急熱的沖擊，尤其在靠近出氣口部位所受熱應力更大，導致透氣磚產生裂紋和剝落。

(2)沖刷、磨損作用

鋼液攪拌引起對工作面的沖刷與侵蝕。當氬氣氣流射入鋼液熔池時，氣流回擊并打擊透氣磚出氣口前沿，給出氣口四周耐火材料一定的沖擊力。鋼包底部鋼水運動加劇，氣相和液相相互作用形成湍流，對底吹透氣磚產生剪切、沖刷作用，尤其在底吹透氣磚高于包底時，損毀的速度加快，高于包底部分很快被沖刷掉。

(3)熔渣的侵蝕

底吹透氣磚工作面與渣接觸的時間很長，在整個包役中，熔渣不斷向磚中侵潤、滲透、渣中氧化物MgO、CaO、SiO₂、Fe₂O₃等與磚發生反應，生成低熔點物而被沖刷、侵蝕。

1． 2 底吹工況條件

鋼包底吹透氣磚在以下條件時會降低吹成率^［3］。

(1)使用和澆鑄過程中高溫鋼水、熔渣通過縫隙滲入底吹透氣磚的氣道，氣道被滲鋼、滲渣堵塞。

(2)澆鋼后底吹透氣磚表面覆蓋較厚的冷鋼、殘渣。底吹透氣磚在熱壓下變質，致使透氣度減小，氬氣流量不能滿足精煉工藝要求。

(3)管路漏氣或包透氣芯體的耐高溫不銹鋼鐵皮開焊，在高溫下產生縱向裂紋，使氣體分散。

2 提高鋼包底吹吹成率的措施

2． 1 改進透氣磚結構

鋼包加蓋項目全面投入使用后，鋼包內襯溫度最高可達1 300 ℃以上，吹掃難度大大增加。鋼包底吹磚無法進行有效吹掃造成底吹磚的透氣量不足，從而使精煉底吹異常爐次明顯增加。

為了緩解鋼包加蓋后底吹磚的吹掃困難，解決狹縫式底吹磚狹縫滲鋼對透氣性造成影響的問題，設計制作了一種新型的狹縫復合彌散型透氣磚( 見圖1)。氬氣硬管與磚芯本體的鐵皮焊接在一起，圓臺(狹縫塊)安裝在磚芯本體的內部靠下部位，彌散塊安裝在磚芯本體的內部圓臺( 狹縫塊) 的上部，磚芯本體與圓臺(狹縫塊)、彌散塊之間澆筑剛玉澆注料，磚芯座磚在最外側，將氬氣硬管上部及磚芯本體包起來。經過試驗推廣使用后，發現這種復合型底吹磚能滿足目前正常的使用，并且透氣性良好，保證了鋼包的底吹效果，如圖2 所示。

2． 2 改進透氣磚材質

在高溫和真空下，幾種耐火材料氧化物的穩定性次序為:Al₂O₃ ＞ CaO ＞ MgO ＞ Cr₂O₃;鋼水潤濕角大小次序為:ZrO₂ ＞ Al₂O₃ ＞ MgO。因此，透氣磚應選擇剛玉作為透氣磚的主晶相，再加入與主晶相形成固溶體的少量添加劑作為燒結劑，同時適量引入Cr₂O₃。Cr₂O₃的熔點為2 275 ℃，高于Al₂O₃的熔點2 050 ℃，所形成的Al₂O₃Cr₂O₃固溶體能顯著增強對氧化鐵或熔渣的抗侵蝕能力，同時也能抑制Al₂O₃晶體過分增長，減少晶體內部應力，提高材料的抗熱震性。但Cr₂O₃加入量不宜過多，否則，剛玉晶粒的成長速度受到嚴重影響，會降低耐火材料的性能^［4］。

鋁鎂尖晶石能使透氣磚在冷熱交替環境下形成顯微裂紋，緩沖因溫度變化產生的熱應力，以減輕其剝落。鉻剛玉、鋁鎂尖晶石韌性強，可以大幅度提高透氣磚的抗熱震性^［5］。另外，考慮京唐公司鋼包為300 t 大型鋼包，盛裝鋼水有效高度達到4 m，必須增強底吹透氣磚的耐壓強度。

綜上所述，經過反復試驗對比，確定了透氣磚改進后的材質主要由80% 剛玉、氧化鋁微粉、2． 5% 氧化鉻和鎂鋁尖晶石組成，并加入3% 結合劑。改進前后測得透氣磚的物理性能對比見表1。

2． 3 優化底吹工藝

2． 3． 1 底吹管路改造和漏氣檢查

為避免自動底吹管路漏氣對底吹造成影響，將鋼包自動底吹管路由鋼包蘑菇頭母端出來后往下進入包底與手插管管路匯合，改為由蘑菇頭出來后往上沿鋼包包壁經過鋼包加強筋孔與手插管在手插管左側匯合。當不使用鋼包自動底吹管路或自動底吹管路底吹蘑菇頭口發生漏氣時，將自動底吹管路閥門關閉，使用手插管進行底吹操作。

鋼包底吹磚反吹管路漏氣檢查方法:先將氬氣減壓閥關閉，將氬氣總閥門打開，觀察流量顯示屏。如果顯示屏的示數在50 L /min 以內，說明管路沒有漏氣的地方;若顯示示數大于50 L /min，則說明反吹管路及接頭可能存在漏氣，需進行及時檢查處理。

2． 3． 2 規范吹掃操作

每班接班時由傾翻機負責人查底吹的壓力表、流量表、顯示屏及底吹試氣軟管，確認管路正常;進行RH 精煉的鋼包按照LF /CAS 精煉鋼包的標準進行底吹磚吹掃。鋼包放置于傾翻機上以后，熱修操作人員首先檢查鋼包底吹管路及底吹金屬軟管是否漏氣，然后將2 根底吹試氣金屬軟管的閥門打開，打開泄壓閥，經壓力調節閥、流量表及使用氬氣壓力表，使2 路使用氬氣壓力表示數控制在1． 1 ～ 1． 2MPa，流量表示數控制在1 100 ～ 1 200 L /min，若不在此范圍內，通知維檢人員進行調節;將2 根底吹試氣金屬軟管分別插在西側、東側鋼包底部快速接頭上，打開壓力調節閥、流量表及使用氬氣壓力表，將經過壓力調節閥后的壓力調到1． 1 ～ 1． 2 MPa 后進行底吹磚的反吹。若兩側的流量示數≥300 L /min，且觀察底吹透氣磚磚芯是否有鋼花飛出、透氣磚磚芯是否變暗則視此塊底吹磚已經吹掃完畢可以正常使用，若不在此范圍時重新進行鋼包底吹磚的吹掃;如果重新吹掃2 側的流量示數仍然不在≥300L /min的范圍內，經確認后組織甩包。

為了解決鋼包加蓋后內襯溫度增加200 ℃ 以上、用普通燒氧管底吹磚吹掃時發生彎曲的問題，對吹掃裝置做了改進(圖3)。該裝置內管與外管通過擋圈連接，煤氣管焊接在外管上與外管連通，把手焊接在外管的外壁上，外管與內管之間為煤氣的通道，既能保證加蓋鋼包底吹磚的快速吹掃，同時避免用燒氧管吹掃時對底吹磚過度吹掃的使用壽命降低。

2． 3． 3 延長透氣磚壽命

脫磷爐煉鋼時若鋼包底吹磚壽命在15 爐以上，為了保證底吹吹成率，燒完底吹、投放完引流砂后在東、西兩側底吹磚凹槽內各投放10 kg 引流砂。隨時觀察拆包后的透氣磚殘余厚度，在安全使用的前提下，使底吹透氣磚得到最大程度的利用，提高其使用壽命^［6］。底吹磚壽命≥20 爐，或者經觀察發現底吹磚侵蝕嚴重時，用專用工具根據不同傾翻機的尺寸測量底吹磚的侵蝕深度，當侵蝕深度≥280 mm 時必須進行甩包。

以上優化底吹工藝的措施實施后，2015 ～ 2017年鋼包的吹成率有了明顯提升(見圖4)，減少了由于底吹異常而造成的改煉、改判等事故的發生。同時，可以避免氬氣對鋼包底吹磚的過度吹掃，提高了鋼包底吹磚的使用壽命，2015 ～ 2017 年鋼包的平均中修包齡明顯提高(見圖5)。

3 結論

(1)透氣磚由狹縫型改為狹縫－ 彌散復合型后，透氣率明顯提升，由99． 74%提高到了99． 84%。

(2)在透氣磚材質中加入2． 5% 左右的Cr₂O₃，可以抑制Al₂O₃晶體過分增長，減少晶體內部應力，提高材料的抗熱震性。同時，引入鋁鎂尖晶石，增加底吹透氣磚的耐壓強度，透氣磚斷裂次數由改進前的平均每月3 次減少到少于1 次。

(3)進行底吹管路改造、規范吹掃操作和延長透氣磚壽命等措施后，鋼包平均中修包齡由119． 55次增加到121． 20 次，底吹吹成率由99． 84% 提高到了99． 96%，取得了良好效果。

參考文獻

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