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1、- 1 -提高柳钢 RH 耐材使用寿命的实践摘 要：介绍柳钢 RH 炉耐材损毁机制及典型损毁方式，调查分析损毁状况与原因，提出优化真空室砌筑与安装、维护与使用的措施，实施后插入管使用寿命提高到 100 炉以上，下部槽达 190 炉以上。关键词：RH；耐材；损毁；砌筑；使用与维护1 前 言柳钢 1 号 RH 精炼设备于 2009-04 投产，插入管和下部槽平均使用寿命分别是 30 炉和69 炉，普遍过低，非正常原因导致下线的真空室也比较多。主要表现在下部槽工作层拱起及熔损过快而导致下部槽发红甚至穿漏。出现下部槽寿命低于插入管寿命的情况，造成 RH下部槽大修频繁，严重影响了 RH 炉的连续作业率。
2、针对出现的问题，本文从剖析 RH 炉衬损毁机制入手，可望通过优化真空室砌筑、使用及维护方式，优化操作水平，有效地提高插入管和下部槽的寿命。2 RH 内衬损毁机制及典型损毁方式2.1 RH 内衬损毁机制RH 内衬用的耐火材料主要是镁铬砖。镁铬砖的损毁主要是熔渣对方镁石的溶解和在砖中的渗透引起结构剥落。炉渣沿着裂纹渗入砖内形成低熔点液相,变质层与原砖层之间存在的密度差异,铁的价态变化造成镁铬砖的体积变化,是导致镁铬砖的结构剥落的主要原因。气体-炉渣-钢水的强烈涡流冲蚀以及炉内温度的变化则对镁铬砖的剥落损毁有促进作用。由于 RH 炉结构复杂，冶炼钢种较多，损毁因素可概括为：操作温度、炉内温度变化、气
3、氛变化、机械应力、熔融钢水循环、与炉渣的反应、钢水喷溅及吹氧等。这些作用因素造成镁铬砖组织劣化和裂纹生成，导致镁铬砖发生剥落和腐蚀 1。图 1 显示了 RH 真空炉典型的熔损情况。图 1 RH 真空炉典型的熔损情况2.2 RH 内衬的典型损毁方式（1）氧化铁的影响。对镁铬砖损毁影响较大的一个因素是槽内铁的氧化物。这是在精炼操作中，内衬上附着的钢水发生氧化而产生的 FeO 使镁铬砖中的颗粒失去结合，造成镁- 2 -铬颗粒、镁砂颗粒流出，劣化了镁铬砖的显微结构，削弱了砖的耐火性能。同时，FeO 降低了 CaO-SiO2-A1203系渣的黏度，使渣进一步渗入到砖中，从而造成渣渗透层致密化，改变了渣渗
4、透层耐材的物理及化学性能。（2）高温剥落。经测试表明，镁铬砖具有较大的热膨胀率(见图 2)，而 RH 工作是间歇式的，处理时槽内温度最高在 1 600 1 800 ，待机时由于冷空气的进入使槽温骤降至 1200，甚至更低。温度的波动使镁铬砖内产生热应力而产生平行于工作面的内裂纹，另外，由于槽壁冷却过程中在工作面上所渗入裂纹的钢水发生凝固造成工作层砖中不连续的应力产生，这些应力的产生导致裂纹产生，这些裂纹常平行于工作面，进而导致砖面剥落 23 。图2 RH用镁铬砖膨胀率与测试温度图（3）吹氧的影响。吹氧升温时高达 1800的炙热钢水的高速冲刷、砖缝处氧化铁与氧化镁的剧烈反应以及 Cr2O3的优先
5、蒸发，成为 RH 炉槽底及侧壁砖出现异常蚀损的直接原因。氧压的变化起的氧化还原作用，由于气氛的变化导致了 FeO 和 Fe2O3的可逆反应。如果氧化反应和还原反应经常交替发生，则伴随铁价态变化的体积效应会引起制品松散，气孔率增大。另外，由于二次燃烧使飞溅或附着在槽壁上的金属氧化，生产对耐火材料有害的 FeO 造成镁铬颗粒、镁砂颗粒流出，降低材料的高温强度和热震稳定性 1。（4）生产工艺的影响。在采用 BOFLFRH 生产工艺生产管线钢、优质碳素板等钢种时，LF 炉脱硫所用脱硫剂主要是石灰和萤石。钢水经 LF 炉处理后，脱硫剂成分萤石依然在钢包渣中。而萤石的存在使镁铬砖更容易被侵蚀，因为萤石能降
6、低渣的黏度，增加渣的流动性，使镁铬砖中的尖晶石溶解，增大镁铬砖在熔渣中的溶解度，从而破坏耐火材料的显微结构，使耐材受到侵蚀。（5）结构方面存在的问题。RH 炉衬耐火材料由于高温剥落及炉体机构不稳定造成耐火砖上浮而引起的损毁，均可通过改变炉体结构来解决。具体而言，就是要使砖工作面小型化和正方形化，探讨炉底砖缝方向，改变环流管最下段砖的承受结构等方式。3 真空炉耐材的损毁分析转炉炼钢厂 RH 真空炉所用耐火材料类型及使用部位：电熔镁铬砖：插入管、环流管、下部槽、合金加料口；半再结合镁铬砖：中部槽；直接结合镁铬砖：热弯管。3.1 热弯管及中部槽热弯管的耐火材料不与钢水和熔渣直接接触，故一般损毁较少。
7、热弯管耐材损毁主要- 3 -表现在更换真空室时温度变动产生的热震造成托砖板脱焊塌砖；或热弯管和中部槽的分离时冷钢对耐火砖的机械剥落。中部槽主要是受冷钢侵蚀，或由于高温剥落，使耐火砖遭到损毁。另外，还有合金加料口的磨损和伴随中部槽和下部槽的装卸时温度变动而产生的热震或冷钢对耐火砖的机械剥落。3.2 下部槽及环流砖下部槽及环流砖是与钢水直接接触的部位。下部槽耐材的损毁是由于钢水机械冲刷及熔渣的渗入所致，尤其渗入的熔渣在吹氧过程中在砖内部形成了变质层，在变质层内或变质层与末变质层之间产生了龟裂和剥落，造成组织结构的破坏，加之环流钢液的机械冲刷，造成耐火材料严重侵蚀 4。转炉炼钢厂是实际情况是，RH
8、投产初期，下部槽平均使用寿命只有 69 炉。槽底工作层拱起及熔损过快，而导致下部槽发红甚至穿漏。浸渍管最上环砖与第二环砖分离，冷钢渗入法兰连接部位。下部槽侧壁离底部 1350mm 范围的砖，因为处理过程中钢水滞留而造成的熔损以及处理后粘附的冷钢顺壁流下时的反应而成为下部槽中熔损最严重的部分。这两个因素在下部槽内温度变化时也会造成热剥落。但作为下部槽损毁，通常整体性反映为均匀的熔损。其中，损伤最大的部位位于钢水上升管一侧。与此相比，下降管一侧的损伤较轻。环流管部位的损毁主要是钢水从插入管内壁上升到环流管时，钢水和氩气成混合流而急剧磨损。环流管内壁一旦有凹凸部位，钢流就变得紊乱，该部位损伤也就大大
9、加快。此外，环流管的上端面暴露在钢水中，所以是剥落和熔损最激烈的部位。该部位损伤上浮时也会导致周围的砖因压力减小而上浮的现象。3.3 插入管插入管是温度变化最大的部分。特别是插入管外侧的耐火材料，因为反复膨胀收缩产生裂纹的地方，很容易被炉渣侵入。在热剥落的情况下又增加了结构剥落，因而在其下部可见到剥离现象。此外，渣线部位，由于和钢水炉渣长时间接触，因此引起该部位四周的环状熔损。上升管内壁的损伤除氩气吹入部分的局部熔损以外，氩气出口 200250 mm 及其以上部分熔损也大。一般认为这一距离与钢水中氩气完成扩散的距离相当，此处钢流处于紊乱状态 5。转炉炼钢厂 RH 投产初期，插入管的平均使用寿命
10、只有 30 炉。4 真空室砌筑、使用与方式的优化4.1 真空室的砌筑4.1.1 槽底分析 RH 投产初期，槽底工作层拱起及熔损过快的原因主要是所用镁铬砖的热膨胀系数较大，原来施工队伍的砌筑经验不足，槽底砌筑时砖缝过大，并且槽底工作层与环流管之间未预留膨胀吸收区，工作状态的高温下，使槽底无法吸收这种膨胀。因此，在槽底砌筑时，槽底砖缝严格控制在1mm，工作层与环流管之间用捣打料预留膨胀吸收区。经使用证明，达到吸收槽底工作层热膨胀的效果，且未出现膨胀吸收区的异常熔损。4.1.2 下部槽分析下部槽熔损情况，发现熔损集中在下部槽侧壁离底部 400500mm 的砖，但作为下部槽损毁，通常整体性反映为均匀的
11、熔损。其中，损伤最大的部位位于钢水上升管一侧。- 4 -与此相比，下降管一侧的损伤较轻。在砌筑下部槽时：（1）工作层镁铬砖一律采用干砌，底部平面与中部平面应进行找平，接缝压死，工作层砌筑砖缝要求1mm。（2）下部槽上口留 3.5cm 膨胀吸收缝，并用耐火纤维毡填充压实。（3）对真空槽底部装配冷却风管及隔热板，防止底部发红软化。（4）根据 RH 下部槽和浸渍管熔损情况的比较，适当增加了下部槽易熔损区域的工作层砖厚度。4.1.3 插入管及环流管砖插入管装配时，将插入管中线与真空槽本体短管中轴线对中，对接时应受力均匀，焊接时确保找好平面，里外两侧焊接焊缝要平滑、饱满，保证生产作业时接缝不漏气。并且，
12、在驱动气体小管外露部分填充喷补料保护。为均衡下部槽上升管一侧的损伤，实际使用中上升管、下降管通常交替使用，以使熔损均衡。同时，调整了环流管砌筑顺序，使环流管砖与下部槽工作层砖在砌筑中产生厚度方向的错缝，避免了工作层的同缝，利用砖层交叉结构消除拱底和渗钢现象。4.2 真空室使用及维护施工时一个重要的问题是养护和干燥。如果干燥曲线不适当，就很容易发生裂缝。如果干燥不充分，在使用过程中很容易发生膨胀裂纹，成为局部熔损的原因。此外干燥后应注意保管，防止吸收大气中的水分，这将发生和干燥不充分同样的现象。以下是针对砌筑完成后，真空室使用及维护方式提出的优化方案，真空炉的各部位均要按照养护和干燥要求进行。4
13、.2.1 离线真空室离线修砌时间控制：冷却：96 h；修砌（包括大修）：72 h；烘烤：72 h。真空室离线和在线烘烤要求：离线烘烤时必须保证真空室周边完全密封，离线烘烤温度参照离线烘烤标准曲线，其中 200和 400都要有一个保温过程。200保温过程是为了排除自由水，而 400的保温是为了确保结晶水的排除。真空室在线使用前底部温度必须大于 500。在线烘烤参照在线烘烤标准曲线。如是异常原因必须停止在线烘烤煤气后造成真空室内温度高于 100时，重新烘烤升温时必须按照在线烘烤要求；如异常原因必须停止在线烘烤煤气后造成真空室内温度低于 100时，重新烘烤升温时按照以下方式控制：（1）插入管寿命40
14、 炉，按照每 24h 升温 400的在线烘烤标准进行烘烤；（2）插入管寿命40 炉，必须吊到离线烘烤，烘烤的升温速度按照每 24h 升温 100，温度大于100才可以上线按在线烘烤标准的方式升温。4.2.2 在线 在原有操作模式的基础上，规范了真空室在线正常烘烤、处理钢水前的提温烘烤以及流渣去冷钢的参数(见表 1)，要求真空室处理 25 炉必须流渣一次，每次流渣的时间不超过 0.5h，以保证真空室的干净。- 5 -表 1 真空室在线烘烤、提温及流渣参数流量（标态下）/（m 3h-1）枪位/m氧气 焦炉煤气处理前中部温度/正常烘烤参数 1314 133 220 500处理钢水前的提温 13 24
15、0 400 500流渣去冷钢参数 1215 480 4004.2.3 维护方式 在操作上减少吹氧量，特别是吹氧升温。走 LF-RH 双联路线的钢种，在 LF 炉处理过程中，要控制好熔渣成分，尽量少加萤石化渣。同时在 RH 操作中应防止熔渣渗入槽内。前期插入管根据内外表面状况有选择性进行喷补，中期插入管每两炉喷补一次，后期插入管每炉都要喷补。生产过程中若发现插入管出现裂纹及暗影即进行重点喷补。插入管的维护采用镁质喷补料热态喷补，喷补时应认真观察插入管内衬、外衬有无大的裂纹或局部蚀损过快的情况，要求内喷多于外喷，少喷补外衬以免结瘤，致使插入管体积过大、过长，造成非合理性更换。同时对喷补设备整改，增
16、加手动外喷枪，保证需要外喷时的喷补效果。4.2.4 插入管寿命 原来对于真空室的下线，主要通过现场观察判断插入管侵蚀情况以及插入管使用次数来决定，通过对 2012-01 和 2012-02 下线真空室使用寿命在 90 炉左右的插入管残砖进行测量发现，150mm 厚的插入管内砖下线时蚀情况相差太大，通过跟踪记录每个真空室插入管的插入钢水的循环时间得到数据，使用次数和插入管插入钢水的总循环时间不成正比，因为钢种的不同要求的循环时间不同，而洗炉的钢水以及节奏偏紧时的处理时间也达不到正常循环所要求的时间。部分跟踪记录数据（见表 2）。表 2 插入管使用数据跟踪记录插入管寿命/炉 总循环时间 上升管内砖剩余厚度/mm 下降管内砖剩余厚度/mm89 31 h7 min25 s 7080 8010090 23 h10 min26 s 95105 909596 25 h8 min58 s 90100 100110101 28 h39 min34 s 95100 10
