钢包精炼用设备的概况及对耐火材料的要求
发布日期： 2016-08-28 00:00:00 阅读量（472） 作者：二次精炼炉中的LF、VAD和ASEA-SKF等不是独立的炉子，它们总是和作为处理容器的钢包配合使用。因此，这些装置又称钢包精炼装置。钢包精炼装置用耐火材料的问题，主要是这些精炼钢包用耐火材料的问题。
一、设备概况及其特点
连铸及钢种的多样化要求在钢包中对金属采取精炼处理，这些措施与转炉和电炉（EAF)中的炼钢工艺过程一起被称为二次精炼或者钢包精炼。钢包精炼主要是为了提高钢水质量。图5-1所示为二级精炼的主要设备。
1、LF法
LF法是由日本特殊钢公司于1971年研制成功的。它是一种特殊的精炼容器，多采用埋弧精炼操作，其特点是:将电炉内还原熔炼的钢水送人钢包，再将电极插入钢包钢水上部炉渣内并产生电弧，边加入合成渣，边用氩气搅拌，使钢包内保持强还原性气氛，进行所谓隐弧精炼，LF法装置如图5-2所示。LF法设备投资少，可显著提高电炉产量，颇受重视。最近已将此法与转炉配合使用，对钢水进行脱氧、脱硫及调整成分。也可将LF与VD配合使用，即LF-VD，进行真空脱气处理。
2、VAD法
VAD法精炼钢包是在减压条件下，对电炉和转炉钢水进行加热处理和精炼的真空电弧加热脱气装置，它是真空电弧脱气法之简称，其装置如图5-3所示。其具体操作步骤如下:钢包注入钢水后送入真空室，边抽真空，边用电弧加热。当真空室压力低到13.3kPa(100mmHg)时，为避免辉光放电，停止加热，但继续抽真空，吹氩气，脱氢6-10min。当压力升至13.3kPa(100mmHg)以上时，继续用电弧加热，边用氩气搅拌，边加入造渣剂、合金、脱氧剂等进行脱氧脱硫。
3、ASEA-SKF法
ASEA-SKF法是由瑞典ASEA和SKF公司共同研究成功的，兼有真空及加热装置，如图5-4所示。
ASEA-SKF装置主要包括:钢包和钢包车、电弧加热系统、真空系统、电磁感应搅拌装置、真空吹氧装置、加料系统、液压动力系统、电气控制和测试系统、冷却水系统以及辅助设备等。
ASEA-SKF法是目前使用最为普遍的炉外精炼的方法之一，其操作步骤如下:将钢水注人钢包后，进行低频电磁搅拌和电弧加热，真空脱气，真空吹氧脱碳，扒渣并造碱性渣脱硫，调整成分。可见，它除了与LF、VAD精炼钢包一样，需对钢水进行电弧加热外，还需要进行电磁搅拌的精炼装置。
二、精炼钢包用耐火材料
钢包精炼技术的发展，完全改变了以往钢包里衬对耐火材料的要求。
二次精炼的处理需要时间，因此增加了钢水在钢包中的停留时间，由于钢水在钢包内会冷却，所以要提高出钢温度。较长的时间和较高的出钢温度都要求钢包里衬耐火材料应具有较高的热机械稳定性和抗侵蚀性。为了使钢水均质化以及为了促使熔渣和钢水之间的液相反应，例如为了脱硫，对钢水进行剧烈的搅拌是必不可少的。为了获得高洁净钢种，应对钢水进行真空脱气处理以及为了降低非金属夹杂物，都要求钢包里衬耐火材料具有很高的抗侵蚀能力，同时不污染钢水等。二次精炼对耐火材料的主要影响因素，见表5-1。
所以，精炼装置特别是现代的钢包内衬的蚀损速度普遍比一次炼钢炉要大，一次炼钢炉和二次炼钢炉蚀损率的比较见表5-2。
具体说来，引起钢包内衬蚀损率较高的内部因素有以下几种：
(1) 即使使用了钢包炉盖和隔热板，就二次炼钢而言，钢包的热循环仍相当大。因此，耐火材料的损毁也会比一次炼钢炉大；
(2) 钢包移动和提升时，较薄的耐火工作衬内部会出现热机械裂纹；
(3) 高的出钢温度以及某些类型的搅拌所带来的蚀损；
(4) 由石灰、铝酸钙和萤石等造成的过热熔渣对耐火内衬的高度侵蚀；
(5) 通常缺少渣的保护层和喷补层，这些与用来延长一次炼钢炉寿命是相同的。
因此，当钢包内衬选用MgO-Cr2O3系耐火材料时，它应具备以下几方面的性能：
(1) 高温耐蚀性。精炼钢包在温度和时间方面都要求非常严格，最高温度往往达到1750℃以上。这样严格的操作条件是一次炼钢炉所不能比拟的。
众所周知，在精炼操作过程中，熔渣碱度是对内衬材料影响很大的因素。钢包精炼熔渣的碱度约在0.6~4.0的范围内变化，所以，内衬材料受到在高温下浸透性强的酸性渣和碱性渣两者的侵蚀，损毁速度快。
由于各种精炼方法都存在着微妙的差别，因此分别找出适应各种严酷条件的材质是必要的。观察用后残砖的结构发现：MgO-Cr2O3砖受到精炼渣浸时，渣浸部分发生相当严重的变质，气孔率降低。如果此时渣是低碱度的，变质是逐渐的;若渣是高碱度时，渣浸显著部分变质就是特别严重，应力集中致使发生龟裂，产生剥片而导致内衬过快损毁。
(2) 高温耐磨性。各种钢包精炼方法都采用了强制搅拌，它对内衬的高温磨损是非常显著的。由于强制搅拌作用激起了钢液夹带熔渣流动，对内衬产生洗刷而呈现磨损作用，它浸入砖缝处，并往往使之遭到严重损耗，出现超前蚀损。
(3) 高温真空稳定性。由于钢包的精炼法均采用真空处理，因此内衬材料受到真空状况影响。表5-3列出了各种耐火材料在真空中的稳定性。
由表5-3看出，含Al2O3、ZrO2、CaO的耐火材料稳定，而含MgO、Cr2O3、SiO2的耐火材料则不稳定，失重速度快。
SiO2是不稳定的物质，其挥发程度则视化合物的种类不同而异，大致有以下关系：
不过，实际操作已证明，低温对耐火材料的真空挥发性影响很小，只是到高温时，其侵蚀才会激烈。
(4)耐剥落性。钢包精炼的容器是钢包，所以急冷急热频繁而且是间断操作，使用条件非常苛刻。为了适应这种严酷的操作条件，一般选用具有再结合MgO-Cr2O3砖的耐蚀性，又有提高耐剥落性的半再结合MgO-Cr2O3砖。
简而言之，钢包内衬应经受住以下几点：
(1)温度超过1750℃；
(2) 盛钢时间长；
(3) 热循环大；
(4) 真空条件和紊流；
(5) 碱度为0.6~4.0的侵蚀性强的熔渣。
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