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钢包透气砖热修补材料及工艺开发 摘要 2005年首钢第三炼钢厂实施了炉下钢包底吹氩工艺，以提高钢水精炼质 量，钢包透气砖使用寿命再次成为关键。为此，从热修补工艺及材料等方面开 展了应用研究工作，以期在最大限度保证透气砖透气性的前提下，维持透气砖 使用寿命与钢包内衬寿命同步，使透气砖适应三炼钢生产工艺变化的需求。 关键词 透气砖、修补、喷射、投射、耐火材料 一．前言 首钢第三炼钢厂90t钢包内筑有两块透气砖，交替使用，总寿命38～39次，透气砖停止使用后，残砖高度由原始440mm降至100～120mm左右，蚀损速率约为17～16mm/次，基本达到安全使用极限。2005年三炼钢厂开始实施炉下钢包底吹氩工艺，由于吹氩时间相对延长，使用次数增加，透气砖蚀损也将可能随之增大，与钢包内衬寿命不相匹配，直接影响钢包包龄和钢包的正常周转，造成提前甩包，或增加小修次数，相应地增加了耐火材料吨钢消耗/吨钢成本。本项目拟从透气砖热修补工艺和材料方面开展入手，以期在最大限度保证透气砖透气性的前提下，维持透气砖使用寿命与钢包内衬寿命同步，使透气砖适应三炼钢生产工艺变化的需求。 二．透气砖损毁分析及修补试验方案 2.1 透气砖损毁 在首钢第三炼钢厂，钢水连铸前要进行LF炉二次精炼，并通过透气砖向钢水中吹入氩气。其目的是：(1)使钢包内钢水的温度均一化；(2)使钢水成分均质化；(3)去除有害气体、去除非金属夹杂物；(4)对钢水成分、温度进行微调，提高精炼效果。为此要求透气砖要具有使钢水翻腾的可靠性、安全性、高的耐用性。 根据三炼钢钢包透气砖在实际吹氩操作作业时的使用状况(图1)。并结合相关文献介绍，归纳各阶段钢包透气砖的损毁表现为： 接钢水 精炼处理 连铸 排渣 氧洗、反吹 图 1. 透气砖作业周期 1、由于钢水向贯通狭缝的渗入引起的损毁； 2、钢水吹氩开始时，透气砖出气口四周的耐火材料，因与高温钢水(1600～1700℃)直接接触，受到高温钢水及不断流出的冷气流的影响，透气砖要承受巨大的温差作用，并将产生较大的热应力，而造成透气砖剥落损毁； 3、钢水翻腾中，当底吹氩气进入正常喷射状态时，强烈的气泡组成气体喷射束，喷射束加强了钢包底部钢水的搅拌，气相和液相相互作用形成卷流，底吹透气砖受到激烈的磨损； 4、吹氩结束后，钢水有再度渗透到透气砖狭缝中的可能； 5、浇铸完毕后受到钢渣的侵蚀作用； 6、当下次再次进行底吹前，要用氧洗掉钢水渗透层，底吹透气砖受到显著的损毁； 实施炉下钢包底吹氩工艺，由于吹氩时间相对延长，使用次数增加，透气砖蚀损也将可能随之增大，与钢包内衬寿命不相匹配，直接影响钢包包龄和钢包的正常周转，造成提前甩包，或增加小修次数。因此，必须考虑采取一定的措施来预防由于透气砖寿命与钢包内衬寿命不匹配而造成的钢包整体使用寿命的降低。 2.2 透气修补料 关于透气砖修补料，检索的相关文献中，仅发现三份描述武钢一、三炼钢厂修补转炉透气元件和钢包透气砖的试验文献。其修补料以镁砂为主，核心技术是通过添加增孔剂，使修补料烧结后产生贯通的气孔，达到能透气的目的，并采用半干法喷补方式将修补料补在透气砖芯及其周围的耐材上(而实地的调研显示当时武钢的透气砖修补料是采用投补的方式进行，而且，由于后来钢包透气砖改为外装式，透气砖热修补随之停止)，利用钢包余热短暂烧结。与未实施喷补的透气砖相比，喷补后的透气砖侵蚀速率降低0.4mm/次。 关于修补材料的透气性，有关浇注料抗爆裂性方面的研究会为我们提供一些帮助。如：Canon等人研究发现浇注料的透气性受连通性气孔的影响，而不是产生的气孔的数量和大小的影响；最大透气性的增加发生在含3mm纤维的样品中，透气性增加机理由纤维添加所引起，与透气路径的产生有关；另外，添加乳酸铝，在基质中产生微小裂纹；以及使材料颗粒间形成不紧密堆积状态，也是增大材料的透气率的可考虑方案。 根据透气砖材质(刚玉－Cr2O3质/铝镁质)及镁质材料的特性，分析认为，在钢包透气砖部位使用镁质修补料是不尽合理的。因为在这里渣侵蚀不似钢包渣线那样为主要矛盾，镁质材料不仅不能充分体现其优良的抗渣侵蚀性，反而可能由于与基体材料热膨胀系数差异及温度骤变而产生剥落，加快修补料的蚀损。况且文献所述的透气砖修补料中还使用了部分含Cr的材料，对环境不友好。 因此，试验拟采用镁铝(/尖晶石)质材料。修补方式拟试验热态湿式喷射修补与投射修补两种模式。 三．热修补材料及工艺研究 根据同一性原则，本试验的修补料原材料选择与钢包衬/透气砖相同/近似的铝镁质材料。先期试验的是喷射型修补料，但后期工业试验中发现无论在试验室试验还是现场试验，其透气性能只能达到精炼站底吹要求流量的65% (428ml/min)，因此弃之改而研制投射型修补料。投射型透气砖修