王崇¹，钟凯²，黄财德¹，张启东¹

(1． 首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200;2． 首钢集团有限公司技术研究院，北京100043)

摘要: 分析影响300 t 加盖钢包吹成率的因素，有针对性地进行了透气砖结构和材质改进、底吹工艺优化。结果表明:透气砖由狭缝型改为狭缝－ 弥散复合型后，透气率明显提升;在透气砖材质中加入的2． 5%Cr₂O₃能减少晶体内部应力，提高材料的抗热震性，同时引入铝镁尖晶石能增加底吹透气砖的耐压强度。通过底吹管路改造、规范吹扫操作和优化透气砖寿命等改进后，钢包的底吹吹成率由99． 84%提高到99． 96%，取得了良好效果。

关键词: 钢包;透气砖;底吹;吹成率;研究

0 引言

钢包底吹氩是炉外精炼工艺的关键，提高底吹透气砖使用寿命能极大降低钢包耐材、转炉煤气、精炼费用等材料的消耗;提高吹成率，能保证较好的钢水质量，有效地控制生产节奏，最大程度发挥钢包精炼的冶金效果。因此，底吹透气砖使用寿命及吹成率对品种钢的质量、生产节奏的安排及生产成本等都有直接影响^［1］。

首钢京唐公司300 t 钢包于2016 年初实现了全面加盖，为降低出钢温度带来了好处。但是，加盖后包衬温度提高，引起液态钢渣回流现象，特别是包龄后期可能会对底吹透气砖造成侵蚀、烧损等严重危害，造成透气砖断裂、夹钢堵塞等问题。同时，包衬温度高也给透气砖的吹扫带来了一定困难。因此，本文首先分析了影响钢包吹成率的因素，然后给出了相应的应对措施。

1 影响钢包吹成率的因素

1． 1 底吹透气砖的损毁

底吹透气砖的损毁机理和损毁程度与底吹氩压力、吹氩时间、气体流量等工艺有密切的关系，底吹透气砖的损毁原因主要有3 个方面^［2］。

(1)热应力

急剧的热冲击引起的热应力裂纹和剥落。透气砖的工作面与高温钢水直接接触，受到高温钢水及不断流出冷气流的影响，产生很大的温度梯度。由于钢包间歇式操作，多次使用会受到急冷急热的冲击，尤其在靠近出气口部位所受热应力更大，导致透气砖产生裂纹和剥落。

(2)冲刷、磨损作用

钢液搅拌引起对工作面的冲刷与侵蚀。当氩气气流射入钢液熔池时，气流回击并打击透气砖出气口前沿，给出气口四周耐火材料一定的冲击力。钢包底部钢水运动加剧，气相和液相相互作用形成湍流，对底吹透气砖产生剪切、冲刷作用，尤其在底吹透气砖高于包底时，损毁的速度加快，高于包底部分很快被冲刷掉。

(3)熔渣的侵蚀

底吹透气砖工作面与渣接触的时间很长，在整个包役中，熔渣不断向砖中侵润、渗透、渣中氧化物MgO、CaO、SiO₂、Fe₂O₃等与砖发生反应，生成低熔点物而被冲刷、侵蚀。

1． 2 底吹工况条件

钢包底吹透气砖在以下条件时会降低吹成率^［3］。

(1)使用和浇铸过程中高温钢水、熔渣通过缝隙渗入底吹透气砖的气道，气道被渗钢、渗渣堵塞。

(2)浇钢后底吹透气砖表面覆盖较厚的冷钢、残渣。底吹透气砖在热压下变质，致使透气度减小，氩气流量不能满足精炼工艺要求。

(3)管路漏气或包透气芯体的耐高温不锈钢铁皮开焊，在高温下产生纵向裂纹，使气体分散。

2 提高钢包底吹吹成率的措施

2． 1 改进透气砖结构

钢包加盖项目全面投入使用后，钢包内衬温度最高可达1 300 ℃以上，吹扫难度大大增加。钢包底吹砖无法进行有效吹扫造成底吹砖的透气量不足，从而使精炼底吹异常炉次明显增加。

为了缓解钢包加盖后底吹砖的吹扫困难，解决狭缝式底吹砖狭缝渗钢对透气性造成影响的问题，设计制作了一种新型的狭缝复合弥散型透气砖( 见图1)。氩气硬管与砖芯本体的铁皮焊接在一起，圆台(狭缝块)安装在砖芯本体的内部靠下部位，弥散块安装在砖芯本体的内部圆台( 狭缝块) 的上部，砖芯本体与圆台(狭缝块)、弥散块之间浇筑刚玉浇注料，砖芯座砖在最外侧，将氩气硬管上部及砖芯本体包起来。经过试验推广使用后，发现这种复合型底吹砖能满足目前正常的使用，并且透气性良好，保证了钢包的底吹效果，如图2 所示。

2． 2 改进透气砖材质

在高温和真空下，几种耐火材料氧化物的稳定性次序为:Al₂O₃ ＞ CaO ＞ MgO ＞ Cr₂O₃;钢水润湿角大小次序为:ZrO₂ ＞ Al₂O₃ ＞ MgO。因此，透气砖应选择刚玉作为透气砖的主晶相，再加入与主晶相形成固溶体的少量添加剂作为烧结剂，同时适量引入Cr₂O₃。Cr₂O₃的熔点为2 275 ℃，高于Al₂O₃的熔点2 050 ℃，所形成的Al₂O₃Cr₂O₃固溶体能显著增强对氧化铁或熔渣的抗侵蚀能力，同时也能抑制Al₂O₃晶体过分增长，减少晶体内部应力，提高材料的抗热震性。但Cr₂O₃加入量不宜过多，否则，刚玉晶粒的成长速度受到严重影响，会降低耐火材料的性能^［4］。

铝镁尖晶石能使透气砖在冷热交替环境下形成显微裂纹，缓冲因温度变化产生的热应力，以减轻其剥落。铬刚玉、铝镁尖晶石韧性强，可以大幅度提高透气砖的抗热震性^［5］。另外，考虑京唐公司钢包为300 t 大型钢包，盛装钢水有效高度达到4 m，必须增强底吹透气砖的耐压强度。

综上所述，经过反复试验对比，确定了透气砖改进后的材质主要由80% 刚玉、氧化铝微粉、2． 5% 氧化铬和镁铝尖晶石组成，并加入3% 结合剂。改进前后测得透气砖的物理性能对比见表1。

2． 3 优化底吹工艺

2． 3． 1 底吹管路改造和漏气检查

为避免自动底吹管路漏气对底吹造成影响，将钢包自动底吹管路由钢包蘑菇头母端出来后往下进入包底与手插管管路汇合，改为由蘑菇头出来后往上沿钢包包壁经过钢包加强筋孔与手插管在手插管左侧汇合。当不使用钢包自动底吹管路或自动底吹管路底吹蘑菇头口发生漏气时，将自动底吹管路阀门关闭，使用手插管进行底吹操作。

钢包底吹砖反吹管路漏气检查方法:先将氩气减压阀关闭，将氩气总阀门打开，观察流量显示屏。如果显示屏的示数在50 L /min 以内，说明管路没有漏气的地方;若显示示数大于50 L /min，则说明反吹管路及接头可能存在漏气，需进行及时检查处理。

2． 3． 2 规范吹扫操作

每班接班时由倾翻机负责人查底吹的压力表、流量表、显示屏及底吹试气软管，确认管路正常;进行RH 精炼的钢包按照LF /CAS 精炼钢包的标准进行底吹砖吹扫。钢包放置于倾翻机上以后，热修操作人员首先检查钢包底吹管路及底吹金属软管是否漏气，然后将2 根底吹试气金属软管的阀门打开，打开泄压阀，经压力调节阀、流量表及使用氩气压力表，使2 路使用氩气压力表示数控制在1． 1 ～ 1． 2MPa，流量表示数控制在1 100 ～ 1 200 L /min，若不在此范围内，通知维检人员进行调节;将2 根底吹试气金属软管分别插在西侧、东侧钢包底部快速接头上，打开压力调节阀、流量表及使用氩气压力表，将经过压力调节阀后的压力调到1． 1 ～ 1． 2 MPa 后进行底吹砖的反吹。若两侧的流量示数≥300 L /min，且观察底吹透气砖砖芯是否有钢花飞出、透气砖砖芯是否变暗则视此块底吹砖已经吹扫完毕可以正常使用，若不在此范围时重新进行钢包底吹砖的吹扫;如果重新吹扫2 侧的流量示数仍然不在≥300L /min的范围内，经确认后组织甩包。

为了解决钢包加盖后内衬温度增加200 ℃ 以上、用普通烧氧管底吹砖吹扫时发生弯曲的问题，对吹扫装置做了改进(图3)。该装置内管与外管通过挡圈连接，煤气管焊接在外管上与外管连通，把手焊接在外管的外壁上，外管与内管之间为煤气的通道，既能保证加盖钢包底吹砖的快速吹扫，同时避免用烧氧管吹扫时对底吹砖过度吹扫的使用寿命降低。

2． 3． 3 延长透气砖寿命

脱磷炉炼钢时若钢包底吹砖寿命在15 炉以上，为了保证底吹吹成率，烧完底吹、投放完引流砂后在东、西两侧底吹砖凹槽内各投放10 kg 引流砂。随时观察拆包后的透气砖残余厚度，在安全使用的前提下，使底吹透气砖得到最大程度的利用，提高其使用寿命^［6］。底吹砖寿命≥20 炉，或者经观察发现底吹砖侵蚀严重时，用专用工具根据不同倾翻机的尺寸测量底吹砖的侵蚀深度，当侵蚀深度≥280 mm 时必须进行甩包。

以上优化底吹工艺的措施实施后，2015 ～ 2017年钢包的吹成率有了明显提升(见图4)，减少了由于底吹异常而造成的改炼、改判等事故的发生。同时，可以避免氩气对钢包底吹砖的过度吹扫，提高了钢包底吹砖的使用寿命，2015 ～ 2017 年钢包的平均中修包龄明显提高(见图5)。

3 结论

(1)透气砖由狭缝型改为狭缝－ 弥散复合型后，透气率明显提升，由99． 74%提高到了99． 84%。

(2)在透气砖材质中加入2． 5% 左右的Cr₂O₃，可以抑制Al₂O₃晶体过分增长，减少晶体内部应力，提高材料的抗热震性。同时，引入铝镁尖晶石，增加底吹透气砖的耐压强度，透气砖断裂次数由改进前的平均每月3 次减少到少于1 次。

(3)进行底吹管路改造、规范吹扫操作和延长透气砖寿命等措施后，钢包平均中修包龄由119． 55次增加到121． 20 次，底吹吹成率由99． 84% 提高到了99． 96%，取得了良好效果。

参考文献

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［5］宁知常． 提高钢包底吹透气率工艺的研究与应用［J］． 甘肃冶金，2017，39(1):8 ～ 14．

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