為什么爐外精煉鋼包熔池磚損蝕過快？

爐外精煉是煉鋼廠對鋼水的深度脫氧.硫，主要的冶煉工藝是去除雜質(zhì)和合金化。LF精煉鋼包不同部位的侵蝕介質(zhì)不同，主要分為渣線區(qū)和熔池區(qū)。由于氧化物熔渣的嚴重侵蝕，鋼包渣線區(qū)通常使用12~18wt%的MgO-C磚，由于熔渣線耐火材料熔損較快，在使用過程中一般需要更換一次渣線。

 

熔池區(qū)域的耐火材料在精煉過程中受到鋼液的侵蝕。鋼包裝在熱修之前需要倒渣。倒渣表面的耐火材料主要受到熔渣的化學侵蝕和物理沖刷。鎂鋁碳材料可用于熔池區(qū)域的耐火材料.鋁鎂碳材料或無碳鋁鎂材料。在使用過程中，熔池區(qū)域的耐磨材料位于鋼包的中下部，因此很難更換。同時，經(jīng)濟性價比普遍較低。因此，熔池區(qū)域的使用壽命在很大程度上決定了整個鋼包裝的使用壽命。

耐火材料的破壞機理是一個比較復(fù)雜的問題，熔渣的性質(zhì).操作溫度.耐材料的組成和冶金條件會影響其侵蝕過程，現(xiàn)場鋼襯里的損壞是溫度場.鋼/渣流場與化學侵蝕綜合耦合的結(jié)果。因此，探熔融池區(qū)耐火材料的局部損傷機理進行探索，不僅是對耐火侵蝕機理的科學探索，而且對工程現(xiàn)場具有較強的指導(dǎo)意義。

 

1.情況調(diào)查

某鋼廠180t在轉(zhuǎn)爐鋼包裝和鋼包裝的拆包過程中，發(fā)現(xiàn)鋼包裝熔池12點方向的熔池磚厚度明顯低于周圍磚厚度(見圖1)，限制了包裝年齡的進一步提高，如表1所示。工廠的基本條件是:冶煉環(huán)境LF精煉，比例，生產(chǎn)的鋼材大多為鋁鎮(zhèn)靜鋼，爐渣堿度較高，如表2所示；鋼包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分布在5點和7點(見圖2)。精煉時，電極插入鋼包中，位置為1點.2點和6點位置(見圖3)。

圖1：拆包時熔池磚的厚度(mm)

眾所周知，鋼包產(chǎn)生薄弱點的常見位置有三種：①靠近電極。電極產(chǎn)生的高溫會加速爐渣/鋼液和耐火材料的反應(yīng)。②靠近透氣磚。吹過透氣磚后，加速鋼液對耐火材料的沖刷。③倒渣表面。在鋼包裝周轉(zhuǎn)結(jié)束時，需要倒出包裝中剩余的鋼液和鋼渣。在傾倒過程中，倒渣表面被鋼渣和鋼液沖刷和侵蝕。現(xiàn)場的薄弱部分不是這三個常見部分，因此研究它們是有意義的。

從現(xiàn)場取出熔池的薄弱方向和非薄弱方向的后磚(如圖4.圖5所示)，有效厚度分別為160mm和60mm。從圖中可以看出，非弱方向熔池磚表面存在渣層，弱方向熔池磚幾乎沒有渣層；平行于熱面方向，非弱方向熔池磚表面有兩個裂縫，內(nèi)部填充渣。接下來，我們將分析取回的磚塊，以確定損壞機制。

圖2：鋼包-透氣磚位置現(xiàn)場圖

圖3：石墨電極在鋼包中的相對位置圖

 

2.使用后磚進行檢測和分析

1)檢測方法和過程

距熱面每隔25mm切一塊樣品(25)mm×25mm×25mm）進行物理和化學性質(zhì)，分析熱端的顯微結(jié)構(gòu)。

2)后磚的物理化學分析

表3給出了不同于熱面的樣品的物理指標?？梢钥闯?，在0~25mm在這兩個方向上，熔池磚的孔隙率和體積密度相差不大，但弱方向樣品的體積密度略高于非弱方向的體積密度；30~55mm區(qū)間，體積密度2弱方向樣品.80g/cm3.體積密度明顯高于非弱方向磚2.74g/cm3.14.8%的孔隙率明顯低于16.2%的非薄弱方向磚?？梢哉f，來自薄弱點的樣品在與熱面相同的位置具有較高的體積密度和較低的孔隙率，表明薄弱點方向的熔池磚具有較低的熔渣滲透層或脫碳層。

 

不同距離熱面的樣品塊的孔隙率和體積

根據(jù)離熱面不同距離樣品的化學指標，可以看出離熱面越遠，CaO內(nèi)容逐漸減少；對相同距離的樣品進行比較，樣品中非弱點方向的樣品CaO樣品含量高于薄弱點方向；原磚層的樣品；CaO含量應(yīng)該在1.3wt%左右，5點方向的非弱點磚距離熱面30~55mm時，CaO含量為1.57%，大于1.3%，這說明熔池磚的滲透層深度至少為25%mm。

3)顯微結(jié)構(gòu)分析

圖6為5點方向使用后熔池磚的顯微結(jié)構(gòu)圖?？梢钥闯?，5點方向使用后熔池磚的熱面部分明顯分為四層，渣層明顯分為四層。.反應(yīng)層.脫碳層和滲透層；渣層厚度3.4mm，反應(yīng)層2.7～4.6mm，脫碳層厚度3.4mm，遠離熱端的地方氧化鈣含量也比較高，這部分的滲透深度很大。

 

從表5的化學分析來看，整個25mm所有的樣品都有熔渣滲透。5點方向熔池磚表面的反應(yīng)層較厚，顆粒和基質(zhì)燒結(jié)在一起，密度較高，強度較高，阻礙了氧氣和渣中氧化物對磚的進一步氧化，具有一定的抗沖刷性能。表5給出了能量譜分析，在反應(yīng)層中形成鎂鋁尖晶石，說明在高堿度渣中，氧化鋁和鎂砂在高溫下形成尖晶石是高溫物相，可以很好地保護鋼包磚，避免進一步侵蝕。

圖6顯示了后熔池磚在12點方向的顯微結(jié)構(gòu)。渣層厚度為0.6mm，反應(yīng)層和脫碳層的總厚度約為0.6mm，滲透層厚度約為2.5mm。不同于墻磚在5點方向的顯微結(jié)構(gòu)不同，弱點方向是渣層.反應(yīng)層.脫碳層.滲透層非常薄，很快就到達了原來的磚層，這也與前表3和表4中的物理化學分析相一致;

 

表6給出了每個部分的化學成分?？梢钥闯觯S著與熱面距離的增加，磚中的氧化鈣含量迅速降低。區(qū)域5時，氧化鈣含量已達到原磚層的化學指標，磚的滲透深度相對較小。綜上所述，5點方向的后熔池磚有明顯的反應(yīng)層和脫碳層，反應(yīng)層相對致密連續(xù)，可阻礙渣和氧氣對磚的進一步破壞和鋼水沖刷；在12點方向使用后，熔池磚表面無法形成穩(wěn)定的反應(yīng)層，并與外部空氣或礦渣不斷接觸。新的反應(yīng)層很快被沖走，新的脫碳層反應(yīng)不斷暴露，這是一個交替的侵蝕-氧化-侵蝕/沖刷周期。這也與許多文獻中關(guān)于使用后渣線磚侵蝕的描述一致。

 

致密反應(yīng)層的產(chǎn)生可能與現(xiàn)場操作有關(guān)。鋼包澆注鋼后，需要從連續(xù)鑄造平臺上倒出剩余的鋼包渣和鋼液。在倒渣過程中，倒渣表面被渣覆蓋，加劇了化學侵蝕，但對磚具有抗熱沖擊作用。同時，高堿度渣和磚形成密集連續(xù)的反應(yīng)層，阻礙空氣和渣對磚的進一步侵蝕。在12點方向澆筑鋼的過程中，隨著渣液表面的下降，有一層薄薄的渣。澆筑鋼完成后，由于空氣氧化和熱沖擊，反應(yīng)致密層無法形成。在下一輪使用過程中，反應(yīng)層被鋼液沖走，導(dǎo)致反應(yīng)層被沖走，終導(dǎo)致該部分的磚侵蝕過快。

 

3.結(jié)論

針對某鋼廠精煉鋼包熔池磚局部侵蝕過快的現(xiàn)象，系統(tǒng)分析了鋼包熔池區(qū)域不同部位后殘磚的侵蝕形態(tài)，得出以下結(jié)論:

鋼包的冶金操作過程是由LF精煉鋼包裝局部熔融損傷過快的主要原因是倒渣表面被鋼渣覆蓋，形成致密的反應(yīng)層，阻礙空氣和礦渣的進一步侵蝕，提高鋼包磚的抗沖刷性能。非倒渣表面耐火材料局部異常侵蝕，主要是由于鋼包磚與礦渣之間的反應(yīng)層不致密，結(jié)構(gòu)松散，在下一輪冶煉過程中更容易被鋼水沖刷損壞。隨著冶金精煉作業(yè)的循環(huán)過程，含碳爐襯損傷的主要機理是侵蝕-氧化-侵蝕/沖刷循環(huán)的交替過程。
 

基于以上分析得出結(jié)論：①提高非倒渣面耐火材料的密實度，增加鋼包磚與渣之間的反應(yīng)層密實度。②提高耐火材料的高溫抗折強度，提高鋼包磚的抗沖刷性能。③提高非倒渣表面耐火材料的抗氧化能力，降低耐火材料的抗氧化能力低冶金操作過程的氧化程度。