影响钢包透气砖使用寿命的因素及改进方向
发布日期： 2020-11-26 10:55:44 阅读量（565） 作者：在现代钢铁冶炼工艺中，透气砖是钢包炉外精炼技术中十分重要的功能性元件，通过钢包底部透气砖向钢液中通入氩气等惰性气体，从而为钢液搅拌提供动力，达到均匀钢液中合金成分和均匀温度的目的。透气砖按照组装模式可以分为分体式透气砖和整体式透气砖，两者均由透气砖芯和座砖组成，无论分体式透气砖或整体式透气砖，座砖的作用均是保护砖芯，防止钢液侵蚀到砖芯除工作面以外的任何位置，通常座砖会出现如下损毁现象：钢液冲刷侵蚀、座砖剥落掉块、座砖横断、座砖纵裂，下文对影响透气砖寿命的因素和研究改进方向做简要分析。
1.1透气砖的安装操作
根据透气砖安装的标准程序，整体透气砖和分体式座砖在放置到包底钢壳之前，要把钢壳杂物彻底清扫干净，不得有颗粒物，并用火泥等垫砂材料将底部找平，防止座砖底部出现局部悬空的情况。钢包在接钢后，砖芯会承受钢液巨大的静压力，从而产生向下位移的趋势，特别是整体式透气砖，若透气砖芯下方的座砖预埋层未有效垫砂有悬空情况，砖芯会冲破座砖预埋层的保护，造成座砖尾部纵裂、砖芯错位，在使用中有较大的安全隐患。
1.2包底砌筑方式
钢包包底工作层通常为砖砌或浇注成型，针对砖砌包底，通常建议座砖四周留缝30~80mm，缝隙填充刚玉料或捣打料，缓冲包底砖烘烤后膨胀对座砖的影响。在实际使用案例中，有许多因为包底砌筑结构不当，座砖四周不留缝或留缝数量少造成座砖横断的情况。
1.3包底耐材性能
理想状态下，座砖和包底耐材高度一致、同步侵蚀，包底耐材可以有效保护座砖，若包底耐材自身侵蚀剥落严重，造成座砖孤立无保护，则孤立的部分受钢液卷流的剪切力容易产生横断。
1.4座砖填缝料质量和施工效果
座砖四周留缝的目的是减少包底耐材膨胀对座砖的影响，但如果填缝料本身在使用过程中过度侵蚀形成缺陷，会导致座砖孤立无保护，同样容易造成座砖剥落或整体横断。在注重填缝料质量的同时，其施工效果尤为重要，若采用刚玉自流料填缝，需注意加水量，最终搅拌均匀、料水不分离，填充后用铁棒捣实;若采用捣打料填缝，则一定要捣打密实。
1.5钢包烘烤制度
若采用刚玉料填缝，座砖会吸收刚玉料部分水分，并在烤包过程中逐渐排出水分。如果烤包未遵循小火-中火-大火的规则，座砖在迅速排出水分的过程中会释放较大的应力，有造成座砖纵裂的风险。
1.6透气砖吹氩过程
透气砖吹氩时，气流使钢液不断翻卷，对包底耐材和座砖不断冲刷侵蚀，一方面会使座砖高度不断降低，另一方面钢液从砖芯工作面高速涌动，会使座砖内孔不断扩径。
1.7透气砖烧氧熔损
对透气砖芯工作面烧氧清扫时，氧管燃烧产生的温度可达2000℃，当氧管吹扫至座砖内壁时会熔损座砖。特别是氧枪斜对砖芯烧氧时，容易出现误烧座砖的情况，导致座砖异常侵蚀。
2.1了解不同温度下座砖的物理性能，提高座砖中温强度
座砖成品通常仅进行低温干燥烘烤，温度为150~300℃，钢包盛钢之后，座砖顶部温度可达到1500~1600℃，随着温度传导，由座砖顶部至底部存在温度梯度，据顶部100~200mm部位的温度通常为700~1000℃，而在此温度区间内，座砖的强度是最薄弱的，若受到外界的横向剪切力，易产生横断。
将座砖浇注料成型为40mm×40mm×160mm标准试样，试样经过110~1550℃不同温度处理后，按照GB/T5988—2007检测试样烧后线变化，按照国标GB/T3001—2007和GB/T5072—2008检测试样常温抗折强和耐压强度。不同温度处理过的样块强度结果如下图1所示，随着处理温度从110℃升高至700℃，抗折强度有逐渐下降趋势，700℃之后逐步上升,但在1100℃之前，抗折强度均处于较低状态。其耐压强度在1100℃之前同样处于较低状态，其中在700~900℃区间处于最低值。不同温度处理过的样块线变化如下图2所示，其线变化在1100℃之前为负值，说明试样在1100℃之前收缩，1100℃之后开始膨胀。
图1试样经不同温度处理后的抗折强度和耐压强度
图2试样经不同温度处理后线变化
2.2研究座砖成型方式对座砖性能的影响
由于座砖在模具内竖向浇注，模具底部浇注料排气行程长，最终容易导致气孔停留在模具顶部的浇注料内无法排出，使顶部浇注料气孔率高，并影响浇注料物理性能[9]。通过对座砖成品取样检测物理性能，分别取模具底部、中部、顶部成型浇注料，切割为40mm×40mm×160mm标准试样，将模具底部试样标记为A组，模具中部试样标记为B组，模具顶部试样标记为C组，试样经110℃×24h处理后，按照阿基米德原理依据国家标准GB/T2997—2000测量试样的体积密度和显气孔率，按照国标GB/T3001—2007和GB/T5072—2008检测试样常温抗折强和耐压强度，检测结果见表1。
表1座砖不同部位三组试样的物理性能数据
从表1分析可知，从模具底部至顶部，试样的显气孔率呈上升趋势、体积密度呈下降趋势、抗折强度和耐压强度呈下降趋势。基于这个规律，目前有透气砖厂家将整体砖成型方式设置为正向成型，即模具底部对应为座砖尾部，从而提高座砖尾部物理性能，增强安全性。
2.3研究加水量对座砖性能的影响
将座砖浇注料分别按4.3%、4.1%、3.9%(w)加水量成型为40mm×40mm×160mm标准试样，将加水量4.3%(w)试样标记为A组，加水量4.1%(w)试样标记为B组，加水量3.9%(w)试样标记为C组，试样分别经110℃×24h、1100℃×3h、1550℃×3h三种温度处理，按照阿基米德原理依据国家标准GB/T2997—2000测量试样的体积密度和显气孔率，按照国标GB/T3001—2007和GB/T5072—2008检测试样常温抗折强和耐压强度。采用风冷法检测试样抗热震性能，测试方法为1100℃保温20min，风冷15min，重复3次之后，测试样条常温抗折强度。检测结果见下表2.
表2不同加水量成型三组试样的物理性能数据
由上表2可见，加水量最高的A组试样，在110℃和1100℃温度处理后，强度指标均低于B组和C组试样。三组试样在1550℃抗折耐压强度基本相当，但A组试样热震稳定性最差。由此分析可得加水量对座砖不同温度的物理性能有较大影响。在满足浇注料施工性能的前提下，降低加水量有利于提高座砖物理性能。
(1)加强施工现场座砖安装管理、规范烧氧操作可以提高座砖的使用寿命。
(2)改善座砖700~900℃温度区间的中温抗折强度可以提高座砖的物理性能。
(3)将座砖成型方式更改为正向成型有利于提高座砖的物理性能。
(4)降低座砖成型的加水量有利于提高座砖的物理性能。
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