4122钢包底吹氩工艺技术改进解读.docx

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4122钢包底吹氩工艺技术改进解读

2007中国钢铁年会论文集

钢包底吹氩工艺技术改进

米源李凤喜邹继新韩树良

（武汉钢铁（集团公司第三炼钢厂,武汉430083

摘要分析了影响钢包底吹氩成功率的各种因素,包括透气砖的抗钢水渗透性能、抗熔渣渗透性能、透气砖抗热震性、钢包透气砖的清理维护、底吹管道、转炉出钢操作、氩气源压力以及大钢包温降大等因素,提出了相应改进措施。

实施相应的措施后,通过实践使钢包底吹氩成功率由90%提高到99%,满足了品种钢的生产需要。

关键词钢包透气砖底吹氩

TechnologyandImprovementofArgonBlowingfromBottomofLadle

MiYuanLiFengxiZouJixinHanShuliang

（No.3SteelmakingPlantofWISCO,Wuhan,430083

AbstractFactorsinfluencingthehitrateofladlebottomargonbubblingareanalyzed,includingtheanti-moltensteelpermeatefunctionofthepermeablebrick,theanti-flagpermeatefunctionofthepermeablebrick,hotearthquakeofthepermeablebrick,thetidyingupandmaintenanceofthebrick,thepipingofthebottomblow,tappingoperation,argonsourcepressureandthetemperaturedropofladle.Andimprovementmeasureisputforth.Thehitrateofladlebottomargonbubblinghasincreasedfrom90%to99%bypractice.Thedemandofgradesteelsarewellsatisfied.

Keywordsladle,permeablebrick,bottomargonbubbling

钢包底吹氩工艺是炼钢过程中一个十分重要的环节,它的作用是对钢水进行搅拌。

钢包底吹氩气吹入钢水中,以气泡形式分散于钢水并上浮,周围的钢水受浮力的驱动,在透气砖上方形成向上流股,达到钢液顶部向水平方向转向,然后沿钢包壁处向下返流,使钢水在钢包内循环流动,从而使添加在钢水中的合金、熔剂等快速熔化,促进了钢液成分和温度的均匀以及钢液中夹杂物的上浮,去除了钢中的非金属夹杂物和有害气体,达到精炼钢液的目的。

武钢某炼钢厂钢包在2006年的一段时期里频繁发生钢包底吹不透气现象,钢包底吹成功率仅为90%。

随着品种钢比例的不断提高,钢包底吹氩成功率低,不能满足生产的需求。

为了提高钢包底吹成功率,针对钢包底吹氩失败的原因进行了分析,同时提出了相应的对策。

1钢包底吹氩存在的问题及影响因素

1.1钢水渗入吹气通道堵塞透气砖

透气砖使用条件较为苛刻,300t钢包钢水深约4m,静压力大,同时钢水搅拌强度大,需要透气砖抗钢水渗透能力强。

在实际生产中,经常发生透气砖表面结冷钢渣难以清理干净,容易发生底吹失败现象。

这是由于钢水在静压力的作用下进入砖缝内,随温度的降低而逐渐凝固,堵塞透气砖吹气通道,从而引起底吹弱甚至吹不通。

冷钢堵塞透气砖吹氩缝照片见图1。

要使钢水不渗入透气砖狭缝,就须使钢水的静压力P静与透气砖狭缝对钢水的附加压力P附（即毛细管张力处于平衡状态。

钢水渗入透气砖狭缝示意图见图2。

钢包底吹氩工艺技术改进

图1冷钢堵塞透气砖吹氩缝照片图2钢水渗入透气砖狭缝示意图

Fig.1PhotographofcoldsteelfillinginFig.2Sketchmapofmoltensteelpenetratingslotofpermeablebrickslotofpermeablebrick

透气砖狭缝对钢水的附加压力P附（即毛细管张力为:

P附=2σ/R（1透气砖狭缝气道孔径r与液相弯月面的曲率半经R的关系为:

r=Rcos（180−θ或R=r/cos（180−θ（2将式（2代入式（1,得出

P附=−2σcosθ/r（3钢水的静压力为:

P静=ρgh（4式中R——液相弯月面的曲率半经,m;

θ——润湿角,（°;

r——透气砖狭缝气道孔径,m;

σ——钢水表面张力,N/m;

ρ——钢水密度,kg/m3;

g——重力加速度,N/kg;

h——钢水高度,m。

在钢液中,气液表面所产生的附加压力与重力方向相反。

在透气砖狭缝孔隙中,当P附>P静,则存在一个最大孔隙半径。

只要孔隙半径小于最大孔隙半径rmax时,钢水不充入孔隙内。

rmax=−2σcosθ/（ρgh（5由式（5可见,钢包钢水高度与孔径成反比关系。

钢水高度越大,维持平衡所需的孔径越小。

在钢水高度一定的情况下,有一个最大孔径值,超过该临界值,钢水将渗入孔内。

在实际生产中,透气砖狭缝宽度只能根据具体的钢包使用条件设计最佳缝宽。

最佳缝宽应既保证一定的透气量,又使渗钢程度最小。

1.2熔渣堵塞透气砖狭缝

对于直接用从烘烤台吊出的加热罐接钢时,往往底吹效果差。

其原因是钢水浇完后,大钢包余渣随温度下降粘度增大;如不及时倒掉,余渣容易积结在罐底罐壁。

大钢包若上烘烤台加热,在烘烤过程中,罐底罐壁附渣熔化后,透气砖工作面与熔渣长时间接触,熔渣不断向砖中特别是狭缝内浸润渗透,造成下次使用时底吹失败。

1.3透气砖材质原因

钢包采用狭缝式透气砖。

它采用浇注成型,高温烧成,然后包铁皮后再与座砖整体浇注,养护烘烤。

透气砖体积密度大,荷重软化温度高,高温强度高,抗渣性好,但有的抗热震性较差。

透气砖在使用过程中因

2007中国钢铁年会论文集

要承受钢水的快速加热和气体的冷却作用,以及透气砖在清烧过程中,煤氧枪的火焰高温和反吹气流低温的作用产生很大的热应力。

在靠近热面处,由于热应力而产生裂纹,而钢水渗透进入裂纹并凝固,或者从裂纹处漏气而导致发生吹通失败的现象。

1.4透气砖的清烧不规范

透气砖清烧后采用压缩空气试气,不易检查出清烧效果。

透气砖的清烧过程操作不规范,容易造成透气砖烧偏。

透气砖烧偏部分的透气狭缝被残钢残渣覆盖,严重影响透气效果。

透气砖烧偏的残砖照片见图3。

1.5大钢包底部吹氩管道结构设计不合理

钢包透气砖由上、下两块砖组成,大钢包底部吹氩管道原布局示意图见图4。

现场大钢包底吹效果差时,往往下透气砖效果好于上透气砖,上透气砖较弱;而吹氩站喂铝线位置正处于上透砖上方,因上透气砖透气弱,导致铝线的熔化困难,影响了钢水的脱氧,分析其原因与大钢包底部吹氩钢管设计不合理有关。

通往下透气砖管道长度1750mm（由三通阀至下透气砖小于通往上透气砖的管道长度2200mm（由三通阀至上透气砖,且通往下透气砖管道是直通的,而通往上透气管道是三通连接的;通往下透气砖的气流量大,而经过三通转90º方向分配给上透气砖的支流气体流量要明显小于通往下透气砖的气流量;只有当下透气砖发生堵塞时,上透气砖才会有较大气流量吹出。

另外,大钢包钢水在底吹氩过程中并非一直吹气,在停气时,因为关闭底吹钢管时管内氩气压力突然降低形成负压造成透气芯渗钢堵塞。

图3透气砖烧偏的残砖照片图4大钢包底部吹氩管道布局示意图Fig.3PhotographofdeflectionofpermeablebrickcleanedFig.4Sketchmapoflayoutofbigladlebottomargonpipe

1.6气体管道漏气

钢包与气源的连接管道易漏气,转炉出钢过程中,因操作不当等原因使高温热钢渣飞溅到吹氩软管上,致使连接管道漏气,透气砖的压力达不到工作压力,吹不动钢水。

另外,钢渣粘住吹氩软管接头,钢水起吊时吹氩软管接头无法卸下,被迫强行拉坏罐体上的吹氩管道,造成罐体上的吹氩管道和透气砖钢管漏气,如果未及时发现,将导致下次底吹失败。

1.7供气压力不稳定

透气砖在实际使用当中,能源总厂的氩气供气压力有时波动大。

当吹氩供气压力过低时,不能抵抗钢水静压力,吹不动钢水导致底吹失败;当透气砖的吹氩压力过大,易造成钢水暴吹,导致钢水二次氧化。

1.8大钢包钢水温降大

大钢包等待出钢时间过长,钢包内温损大或者加热钢包烘烤时间不足使钢包内衬温度不够,出钢后,大

钢包底吹氩工艺技术改进

钢包底部钢水温度低,罐底结冷钢,透气砖吹气受阻,透气失败。

2提高底吹成功率的改进措施

针对以上影响透气砖透气的各种原因,提出了以下相应的改进措施。

2.1合理选择透气砖材质和狭缝尺寸,减少钢水渗透

为了提高钢包吹成率,一方面选择与钢水润湿角较大的材料,另一方面应减少透气砖的狭缝宽度。

为了分析狭缝宽度与钢水渗入深度的关系,对透气砖的用后残砖进行剖析发现:

透气砖狭缝宽度大于0.2mm,钢水渗入透气砖狭缝深度较大,使透气砖堵塞底吹失败,砖表面难清理;狭缝宽度小于0.1mm,底吹气量小,达不到二次精炼效果。

因此,制定透气砖检查验收制度,要求透气砖的狭缝宽度小于0.2mm,使用塞尺检查供气砖缝隙宽度,狭缝宽度超标的不得投入使用;同时为了保证钢水搅拌强度,要求增加透气砖的狭缝条数和增加狭缝长度。

2.2减少熔渣渗透

（1大钢包在使用前必须检查罐沿结钢渣情况,对罐沿钢渣超宽超高的必须处理。

大钢包浇完钢后必须及时翻渣,并且翻渣时保证大钢包在倒立状态停留一段时间,尽量翻渣彻底,减少罐内残存的钢渣。

如果大钢包浇完钢后因故不能及时翻渣,大钢包应盖好大包盖保温,防止大钢包内余渣冷凝粘罐。

（2大钢包烘烤台增加安装在线吹氮气系统,实现大钢包加热烘烤过程中进一步反吹清理渗入透气砖狭缝内的熔渣。

为了减少和避免大钢包在加热烘烤过程中,熔渣渗入透气砖狭缝,大钢包烘烤时在线接通氮气管道,通气流量控制在一定范围内,一方面可以及时检查出透气砖通气状况,另一方面在大钢包烘烤过程保持通气,熔渣难以渗入透气砖狭缝中堵塞透气砖,保证透气效果。

（3鉴于大钢包内易附渣的现状,为了避免长时间烘烤加热造成的熔渣增加,在充分考虑到烘烤温度的情况下,在严格执行钢包烘烤时间标准基础上,对最长烘烤时间进行了严格限制,当周转加热罐烘烤时间超过最长时间时,必须吊出使用（新配全修钢包除外,以减少熔渣在透气砖狭缝的渗入量。

2.3提高透气砖的抗热震性

为减少透气砖断裂造成的不透气,一方面要提高透气砖的抗热震性,如:

加入低膨胀性原料,透气砖在烧成和使用过程中体积变化小,保持狭缝的尺寸,避免因热应力产生的裂纹;另一方面在使用过程中要尽量避免钢包急冷急热,加快钢包热周转,降低透气砖的热震损伤。

2.4加强钢包透气砖的维护

将热修大钢包透气砖清烧,试气介质由原来的压缩空气改为煤气后透气砖清烧的效果能直观地反映出来,并能准确地判断透气砖是否吹通。

钢包在浇注过程中,钢水渗入透气砖狭缝,钢包浇注完毕后,要求尽快翻罐倒渣,用煤氧枪清理透气砖表面的残钢残渣,并及时接通气源反吹,吹出透气砖狭缝的渗钢渗渣。

要求清洗透气砖时避免透气砖偏烧,上下两块透气砖均衡清洗。

2.5进行底吹管道的改造

大钢包在底吹过程中并非一直吹气,在停气时,因为底吹钢管内氩气压力突然降低形成负压造成透气芯渗钢堵塞。

为了解决这一问题,设计在大钢包底部,氩气管道上加装一个气包取代三通阀,气包可以蓄压,一方面可以使上下透气砖供气压力均匀,另一方面可以缓解突然停止吹氩气时产生的压差,钢水因负压倒流堵塞透气砖狭缝。

生产实践证明,钢包增加气包后,解剖透气残砖没有发现透气芯狭缝渗钢,钢水因负压倒吸现象基本上消除。

大钢包底部吹氩管道改造后布局见图5。

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图5大钢包底部吹氩管道改造后布局示意图

Fig.5Sketchmapoflayoutchangedofbigladlebottomargonpipe

2.6减少气体管道漏气的对策

针对转炉出钢不规范烧坏底吹氩管和接头的情况,一方面规范出钢操作,另一方面定期更换钢包吹氩管道以及罐体上的吹氩接头,防止漏气。

同时定期吹扫吹氩管道,减少吹氩管道堵塞。

2.7透气量和吹气压力不稳定

在实际生产中,应随时注意透气砖的供气压力,发现供气压力波动大时,应及时联系处理,要求氩气供气压力稳定达标,保证合适的压力值。

2.8减少大钢包温降大的措施

一方面充分利用有限的烘烤台,保证周转罐及时上台烘烤,保证大钢包温度,选择合理时机使用加热罐。

另一方面细化大钢包分级制度,制订科学的大钢包分级管理及温度补偿标准,保证钢水温度,减少罐底结冷钢现象。

3结语

通过以上讨论,发现钢包底吹不透气的原因是:

透气砖在抗钢水渗透、熔渣渗透、透气砖抗热震性、钢包透气砖的使用清理维护、底吹管道、转炉出钢操作、气源压力以及大钢包温降大等方面存在缺陷。

针对以上存在的问题,制定相应的对策和实施相应的措施后,取得良好效果,大钢包底吹成功率达到99%以上,基本满足了品种钢比例不断提高的生产需要。