爐外精煉是煉鋼廠對(duì)鋼水的深度脫氧.硫，主要的冶煉工藝是去除雜質(zhì)和合金化。LF精煉鋼包不同部位的侵蝕介質(zhì)不同，主要分為渣線(xiàn)區(qū)和熔池區(qū)。由于氧化物熔渣的嚴(yán)重侵蝕，鋼包渣線(xiàn)區(qū)通常使用12~18wt%的MgO-C磚，由于熔渣線(xiàn)耐火材料熔損較快，在使用過(guò)程中一般需要更換一次渣線(xiàn)。

 

熔池區(qū)域的耐火材料在精煉過(guò)程中受到鋼液的侵蝕。鋼包裝在熱修之前需要倒渣。倒渣表面的耐火材料主要受到熔渣的化學(xué)侵蝕和物理沖刷。鎂鋁碳材料可用于熔池區(qū)域的耐火材料.鋁鎂碳材料或無(wú)碳鋁鎂材料。在使用過(guò)程中，熔池區(qū)域的耐磨材料位于鋼包的中下部，因此很難更換。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)比普遍較低。因此，熔池區(qū)域的使用壽命在很大程度上決定了整個(gè)鋼包裝的使用壽命。

耐火材料的破壞機(jī)理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，熔渣的性質(zhì).操作溫度.耐材料的組成和冶金條件會(huì)影響其侵蝕過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)鋼襯里的損壞是溫度場(chǎng).鋼/渣流場(chǎng)與化學(xué)侵蝕綜合耦合的結(jié)果。因此，探熔融池區(qū)耐火材料的局部損傷機(jī)理進(jìn)行探索，不僅是對(duì)耐火侵蝕機(jī)理的科學(xué)探索，而且對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

 

1.情況調(diào)查

某鋼廠180t在轉(zhuǎn)爐鋼包裝和鋼包裝的拆包過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鋼包裝熔池12點(diǎn)方向的熔池磚厚度明顯低于周?chē)u厚度(見(jiàn)圖1)，限制了包裝年齡的進(jìn)一步提高，如表1所示。工廠的基本條件是:冶煉環(huán)境LF精煉，比例，生產(chǎn)的鋼材大多為鋁鎮(zhèn)靜鋼，爐渣堿度較高，如表2所示；鋼包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分布在5點(diǎn)和7點(diǎn)(見(jiàn)圖2)。精煉時(shí)，電極插入鋼包中，位置為1點(diǎn).2點(diǎn)和6點(diǎn)位置(見(jiàn)圖3)。

圖1：拆包時(shí)熔池磚的厚度(mm)

眾所周知，鋼包產(chǎn)生薄弱點(diǎn)的常見(jiàn)位置有三種：①靠近電極。電極產(chǎn)生的高溫會(huì)加速爐渣/鋼液和耐火材料的反應(yīng)。②靠近透氣磚。吹過(guò)透氣磚后，加速鋼液對(duì)耐火材料的沖刷。③倒渣表面。在鋼包裝周轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)，需要倒出包裝中剩余的鋼液和鋼渣。在傾倒過(guò)程中，倒渣表面被鋼渣和鋼液沖刷和侵蝕?，F(xiàn)場(chǎng)的薄弱部分不是這三個(gè)常見(jiàn)部分，因此研究它們是有意義的。

從現(xiàn)場(chǎng)取出熔池的薄弱方向和非薄弱方向的后磚(如圖4.圖5所示)，有效厚度分別為160mm和60mm。從圖中可以看出，非弱方向熔池磚表面存在渣層，弱方向熔池磚幾乎沒(méi)有渣層；平行于熱面方向，非弱方向熔池磚表面有兩個(gè)裂縫，內(nèi)部填充渣。接下來(lái)，我們將分析取回的磚塊，以確定損壞機(jī)制。

圖2：鋼包-透氣磚位置現(xiàn)場(chǎng)圖

圖3：石墨電極在鋼包中的相對(duì)位置圖

 

2.使用后磚進(jìn)行檢測(cè)和分析

1)檢測(cè)方法和過(guò)程

距熱面每隔25mm切一塊樣品(25)mm×25mm×25mm）進(jìn)行物理和化學(xué)性質(zhì)，分析熱端的顯微結(jié)構(gòu)。

2)后磚的物理化學(xué)分析

表3給出了不同于熱面的樣品的物理指標(biāo)?？梢钥闯?，在0~25mm在這兩個(gè)方向上，熔池磚的孔隙率和體積密度相差不大，但弱方向樣品的體積密度略高于非弱方向的體積密度；30~55mm區(qū)間，體積密度2弱方向樣品.80g/cm3.體積密度明顯高于非弱方向磚2.74g/cm3.14.8%的孔隙率明顯低于16.2%的非薄弱方向磚?？梢哉f(shuō)，來(lái)自薄弱點(diǎn)的樣品在與熱面相同的位置具有較高的體積密度和較低的孔隙率，表明薄弱點(diǎn)方向的熔池磚具有較低的熔渣滲透層或脫碳層。

 

不同距離熱面的樣品塊的孔隙率和體積

根據(jù)離熱面不同距離樣品的化學(xué)指標(biāo)，可以看出離熱面越遠(yuǎn)，CaO內(nèi)容逐漸減少；對(duì)相同距離的樣品進(jìn)行比較，樣品中非弱點(diǎn)方向的樣品CaO樣品含量高于薄弱點(diǎn)方向；原磚層的樣品；CaO含量應(yīng)該在1.3wt%左右，5點(diǎn)方向的非弱點(diǎn)磚距離熱面30~55mm時(shí)，CaO含量為1.57%，大于1.3%，這說(shuō)明熔池磚的滲透層深度至少為25%mm。

3)顯微結(jié)構(gòu)分析

圖6為5點(diǎn)方向使用后熔池磚的顯微結(jié)構(gòu)圖?？梢钥闯?，5點(diǎn)方向使用后熔池磚的熱面部分明顯分為四層，渣層明顯分為四層。.反應(yīng)層.脫碳層和滲透層；渣層厚度3.4mm，反應(yīng)層2.7～4.6mm，脫碳層厚度3.4mm，遠(yuǎn)離熱端的地方氧化鈣含量也比較高，這部分的滲透深度很大。

 

從表5的化學(xué)分析來(lái)看，整個(gè)25mm所有的樣品都有熔渣滲透。5點(diǎn)方向熔池磚表面的反應(yīng)層較厚，顆粒和基質(zhì)燒結(jié)在一起，密度較高，強(qiáng)度較高，阻礙了氧氣和渣中氧化物對(duì)磚的進(jìn)一步氧化，具有一定的抗沖刷性能。表5給出了能量譜分析，在反應(yīng)層中形成鎂鋁尖晶石，說(shuō)明在高堿度渣中，氧化鋁和鎂砂在高溫下形成尖晶石是高溫物相，可以很好地保護(hù)鋼包磚，避免進(jìn)一步侵蝕。

圖6顯示了后熔池磚在12點(diǎn)方向的顯微結(jié)構(gòu)。渣層厚度為0.6mm，反應(yīng)層和脫碳層的總厚度約為0.6mm，滲透層厚度約為2.5mm。不同于墻磚在5點(diǎn)方向的顯微結(jié)構(gòu)不同，弱點(diǎn)方向是渣層.反應(yīng)層.脫碳層.滲透層非常薄，很快就到達(dá)了原來(lái)的磚層，這也與前表3和表4中的物理化學(xué)分析相一致;

 

表6給出了每個(gè)部分的化學(xué)成分。可以看出，隨著與熱面距離的增加，磚中的氧化鈣含量迅速降低。區(qū)域5時(shí)，氧化鈣含量已達(dá)到原磚層的化學(xué)指標(biāo)，磚的滲透深度相對(duì)較小。綜上所述，5點(diǎn)方向的后熔池磚有明顯的反應(yīng)層和脫碳層，反應(yīng)層相對(duì)致密連續(xù)，可阻礙渣和氧氣對(duì)磚的進(jìn)一步破壞和鋼水沖刷；在12點(diǎn)方向使用后，熔池磚表面無(wú)法形成穩(wěn)定的反應(yīng)層，并與外部空氣或礦渣不斷接觸。新的反應(yīng)層很快被沖走，新的脫碳層反應(yīng)不斷暴露，這是一個(gè)交替的侵蝕-氧化-侵蝕/沖刷周期。這也與許多文獻(xiàn)中關(guān)于使用后渣線(xiàn)磚侵蝕的描述一致。

 

致密反應(yīng)層的產(chǎn)生可能與現(xiàn)場(chǎng)操作有關(guān)。鋼包澆注鋼后，需要從連續(xù)鑄造平臺(tái)上倒出剩余的鋼包渣和鋼液。在倒渣過(guò)程中，倒渣表面被渣覆蓋，加劇了化學(xué)侵蝕，但對(duì)磚具有抗熱沖擊作用。同時(shí)，高堿度渣和磚形成密集連續(xù)的反應(yīng)層，阻礙空氣和渣對(duì)磚的進(jìn)一步侵蝕。在12點(diǎn)方向澆筑鋼的過(guò)程中，隨著渣液表面的下降，有一層薄薄的渣。澆筑鋼完成后，由于空氣氧化和熱沖擊，反應(yīng)致密層無(wú)法形成。在下一輪使用過(guò)程中，反應(yīng)層被鋼液沖走，導(dǎo)致反應(yīng)層被沖走，終導(dǎo)致該部分的磚侵蝕過(guò)快。

 

3.結(jié)論

針對(duì)某鋼廠精煉鋼包熔池磚局部侵蝕過(guò)快的現(xiàn)象，系統(tǒng)分析了鋼包熔池區(qū)域不同部位后殘磚的侵蝕形態(tài)，得出以下結(jié)論:

鋼包的冶金操作過(guò)程是由LF精煉鋼包裝局部熔融損傷過(guò)快的主要原因是倒渣表面被鋼渣覆蓋，形成致密的反應(yīng)層，阻礙空氣和礦渣的進(jìn)一步侵蝕，提高鋼包磚的抗沖刷性能。非倒渣表面耐火材料局部異常侵蝕，主要是由于鋼包磚與礦渣之間的反應(yīng)層不致密，結(jié)構(gòu)松散，在下一輪冶煉過(guò)程中更容易被鋼水沖刷損壞。隨著冶金精煉作業(yè)的循環(huán)過(guò)程，含碳爐襯損傷的主要機(jī)理是侵蝕-氧化-侵蝕/沖刷循環(huán)的交替過(guò)程。
 

基于以上分析得出結(jié)論：①提高非倒渣面耐火材料的密實(shí)度，增加鋼包磚與渣之間的反應(yīng)層密實(shí)度。②提高耐火材料的高溫抗折強(qiáng)度，提高鋼包磚的抗沖刷性能。③提高非倒渣表面耐火材料的抗氧化能力，降低耐火材料的抗氧化能力低冶金操作過(guò)程的氧化程度。