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转炉出钢口发生穿炉的主要原因

发布日期: 2020-01-09 10:03:20    阅读量(124)    作者:张红

转炉出钢口是转炉的一个耐材通道,出钢时,钢水通过出钢口注入钢包,示意图见图1。出钢口砖部分损坏时,钢水穿过出钢口砖到达炉壳区域,发生法兰盘与炉壳连接处的炉壳钢板熔穿,使渣、钢流出。发生穿钢后,需要将剩余钢水加入大批量的石灰调渣后,将炉内剩余钢水从大炉口倒入钢包中,防止炉壳大面积烧损。由于大炉口出钢没有挡渣措施,渣钢共出,下渣回磷严重,易产生成品磷高改判、炉口烧烂的现象。

图1转炉出钢口示意图

转炉发生出钢口穿钢后,检查转炉的出钢口通道,可看见出钢口砖有明显的熔损,穿钢(或漏钢)发生位置见图2。

图2出钢口穿孔漏钢位置

由图2可见,发生穿钢的具体位置在距出钢口内侧靠西面200mm处左右,出钢口整体耐材砖有部分开裂,钢水从裂缝处穿出导致漏钢。穿钢的出钢口次数发生在49~105次之间。

根据转炉上述出钢口穿钢事故的分析发现,转炉出钢口穿钢的主要原因有以下几种:

1、出钢口角度

转炉的出钢口角度通常采用0°~15°设计。国内大部分钢厂使用0°出钢口设计,西昌200吨转炉采用10°出钢口设计,10°夹角设计的出钢口有利于缩短钢包车在出钢过程中的行程,提高出钢效率。但在转炉出钢过程中,钢水不能在垂直方向进行自由落体运动,钢水在10°夹角的通道内倾斜运动,受到一个朝炉后方向的力,出钢摩擦力明显增大,造成出钢口受力增加。出钢过程中钢流旋转形成的旋涡会加剧耐材的侵蚀,容易在出钢口通道内局部侵蚀产生坑洞。出钢口的角度设计较难改进,只能通过其它措施来弥补该缺陷。

2、座砖损坏

出钢口座砖靠近炉内部分,耐材厚度呈现出“下薄上厚”的趋势,转炉内侧的部分成为一个薄弱环节。随着冶炼炉次的增加,转炉的炉体耐材逐步被侵蚀,转炉后大面的侵蚀会造成座砖的厚度逐渐减薄。在转炉的炉役中后期,由于长期受到钢水冲刷,转炉后大面耐材最薄的地方厚度仅有300~400mm。此时,出钢口内座砖厚度仅有100mm左右。在受到出钢口更换的外力冲击时,座砖容易产生裂纹,座砖的抗侵蚀能力变差。为实现炉龄的长寿,依靠溅渣、挂渣、喷补等手段,使出钢口和后大面厚度重新增加至700~800mm,此时转炉出钢口的座砖为粘接的溅渣层和修补料填充层,抗侵蚀能力明显低于座砖。

座砖的损坏是造成出钢口穿钢的根本原因。受损的出钢口的套砖存在外形不完整,内部有裂缝的高风险状态。当维护跟不上时,高温的钢水从座砖缝隙中向外渗透,再遇上钢水过氧化,在缝隙中过氧化的钢水和镁碳砖发生反应,侵蚀速度会更快,造成座砖酥松、穿孔、损坏,如图3所示。

图3座砖与出钢口的配合情况

3、空隙水锤作用

钢水在出钢过程中,粗糙的耐材表面吸附的气泡在出钢时上浮,从而引起钢水向气泡上浮相反的地方进行填充,产生冲击作用,冲刷耐火材料,这种现象称为空隙水锤作用。钢水的水锤作用对出钢口的穿钢影响较大,一旦发生出钢口穿钢,座砖基本上处于损坏状况,继续发生穿钢的风险会显著增加。

出钢口套砖的损坏示意图见图4。从拆炉后出钢口区域的解剖情况来看,法兰盘与炉壳连接处至出钢通道之间已形成空隙贯穿通道。穿钢后重新镗孔后塞满打结料,用喷补料夯实,最后采用喷补填泥浆湿润,使原本烧漏的出钢通道在此形成致密的打结层。但打结层不及镁碳砖,座砖实际上仍然是千疮百孔,当出钢口炉内部分套砖维护不好或出钢口与座砖之间产生缝隙时,缝隙部位水锤作用显著,极容易再次发生漏钢。

4、喷灌工艺及修补料质量

出钢口更换完毕后,炉衬砖、出钢口外座砖与出钢口套砖之间的缝隙需要用修补料填充,耐火材料与水通过喷枪混合喷出,一起填充在缝隙中,喷灌的工艺如稀稠程度、喷射角度等对缝隙填充的致密程度有较大影响,从而对出钢口的使用次数影响明显。

图4出钢口穿钢示意图

填缝使用的修补料在在炼钢转炉的余温下(>1000℃左右),经水分的沸腾、蒸发,经过一段时间的烧结,形成致密的烧结层以满足钢水冶炼和冲刷的需要。耐材中MgO含量,烧结料的抗冲刷性能等质量指标对出钢口的使用次数影响也较明显。

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