为什么炉外精炼钢包熔池砖损蚀过快？

炉外精炼是炼钢厂对钢水的深度脱氧.硫，主要的冶炼工艺是去除杂质和合金化。LF精炼钢包不同部位的侵蚀介质不同，主要分为渣线区和熔池区。由于氧化物熔渣的严重侵蚀，钢包渣线区通常使用12~18wt%的MgO-C砖，由于熔渣线耐火材料熔损较快，在使用过程中一般需要更换一次渣线。

 

熔池区域的耐火材料在精炼过程中受到钢液的侵蚀。钢包装在热修之前需要倒渣。倒渣表面的耐火材料主要受到熔渣的化学侵蚀和物理冲刷。镁铝碳材料可用于熔池区域的耐火材料.铝镁碳材料或无碳铝镁材料。在使用过程中，熔池区域的耐磨材料位于钢包的中下部，因此很难更换。同时，经济性价比普遍较低。因此，熔池区域的使用寿命在很大程度上决定了整个钢包装的使用寿命。

耐火材料的破坏机理是一个比较复杂的问题，熔渣的性质.操作温度.耐材料的组成和冶金条件会影响其侵蚀过程，现场钢衬里的损坏是温度场.钢/渣流场与化学侵蚀综合耦合的结果。因此，探熔融池区耐火材料的局部损伤机理进行探索，不仅是对耐火侵蚀机理的科学探索，而且对工程现场具有较强的指导意义。

 

1.情况调查

某钢厂180t在转炉钢包装和钢包装的拆包过程中，发现钢包装熔池12点方向的熔池砖厚度明显低于周围砖厚度(见图1)，限制了包装年龄的进一步提高，如表1所示。工厂的基本条件是:冶炼环境LF精炼，比例，生产的钢材大多为铝镇静钢，炉渣碱度较高，如表2所示；钢包的内部结构主要分布在5点和7点(见图2)。精炼时，电极插入钢包中，位置为1点.2点和6点位置(见图3)。

图1：拆包时熔池砖的厚度(mm)

众所周知，钢包产生薄弱点的常见位置有三种：①靠近电极。电极产生的高温会加速炉渣/钢液和耐火材料的反应。②靠近透气砖。吹过透气砖后，加速钢液对耐火材料的冲刷。③倒渣表面。在钢包装周转结束时，需要倒出包装中剩余的钢液和钢渣。在倾倒过程中，倒渣表面被钢渣和钢液冲刷和侵蚀。现场的薄弱部分不是这三个常见部分，因此研究它们是有意义的。

从现场取出熔池的薄弱方向和非薄弱方向的后砖(如图4.图5所示)，有效厚度分别为160mm和60mm。从图中可以看出，非弱方向熔池砖表面存在渣层，弱方向熔池砖几乎没有渣层；平行于热面方向，非弱方向熔池砖表面有两个裂缝，内部填充渣。接下来，我们将分析取回的砖块，以确定损坏机制。

图2：钢包-透气砖位置现场图

图3：石墨电极在钢包中的相对位置图

 

2.使用后砖进行检测和分析

1)检测方法和过程

距热面每隔25mm切一块样品(25)mm×25mm×25mm）进行物理和化学性质，分析热端的显微结构。

2)后砖的物理化学分析

表3给出了不同于热面的样品的物理指标。可以看出，在0~25mm在这两个方向上，熔池砖的孔隙率和体积密度相差不大，但弱方向样品的体积密度略高于非弱方向的体积密度；30~55mm区间，体积密度2弱方向样品.80g/cm3.体积密度明显高于非弱方向砖2.74g/cm3.14.8%的孔隙率明显低于16.2%的非薄弱方向砖。可以说，来自薄弱点的样品在与热面相同的位置具有较高的体积密度和较低的孔隙率，表明薄弱点方向的熔池砖具有较低的熔渣渗透层或脱碳层。

 

不同距离热面的样品块的孔隙率和体积

根据离热面不同距离样品的化学指标，可以看出离热面越远，CaO内容逐渐减少；对相同距离的样品进行比较，样品中非弱点方向的样品CaO样品含量高于薄弱点方向；原砖层的样品；CaO含量应该在1.3wt%左右，5点方向的非弱点砖距离热面30~55mm时，CaO含量为1.57%，大于1.3%，这说明熔池砖的渗透层深度至少为25%mm。

3)显微结构分析

图6为5点方向使用后熔池砖的显微结构图。可以看出，5点方向使用后熔池砖的热面部分明显分为四层，渣层明显分为四层。.反应层.脱碳层和渗透层；渣层厚度3.4mm，反应层2.7～4.6mm，脱碳层厚度3.4mm，远离热端的地方氧化钙含量也比较高，这部分的渗透深度很大。

 

从表5的化学分析来看，整个25mm所有的样品都有熔渣渗透。5点方向熔池砖表面的反应层较厚，颗粒和基质烧结在一起，密度较高，强度较高，阻碍了氧气和渣中氧化物对砖的进一步氧化，具有一定的抗冲刷性能。表5给出了能量谱分析，在反应层中形成镁铝尖晶石，说明在高碱度渣中，氧化铝和镁砂在高温下形成尖晶石是高温物相，可以很好地保护钢包砖，避免进一步侵蚀。

图6显示了后熔池砖在12点方向的显微结构。渣层厚度为0.6mm，反应层和脱碳层的总厚度约为0.6mm，渗透层厚度约为2.5mm。不同于墙砖在5点方向的显微结构不同，弱点方向是渣层.反应层.脱碳层.渗透层非常薄，很快就到达了原来的砖层，这也与前表3和表4中的物理化学分析相一致;

 

表6给出了每个部分的化学成分。可以看出，随着与热面距离的增加，砖中的氧化钙含量迅速降低。区域5时，氧化钙含量已达到原砖层的化学指标，砖的渗透深度相对较小。综上所述，5点方向的后熔池砖有明显的反应层和脱碳层，反应层相对致密连续，可阻碍渣和氧气对砖的进一步破坏和钢水冲刷；在12点方向使用后，熔池砖表面无法形成稳定的反应层，并与外部空气或矿渣不断接触。新的反应层很快被冲走，新的脱碳层反应不断暴露，这是一个交替的侵蚀-氧化-侵蚀/冲刷周期。这也与许多文献中关于使用后渣线砖侵蚀的描述一致。

 

致密反应层的产生可能与现场操作有关。钢包浇注钢后，需要从连续铸造平台上倒出剩余的钢包渣和钢液。在倒渣过程中，倒渣表面被渣覆盖，加剧了化学侵蚀，但对砖具有抗热冲击作用。同时，高碱度渣和砖形成密集连续的反应层，阻碍空气和渣对砖的进一步侵蚀。在12点方向浇筑钢的过程中，随着渣液表面的下降，有一层薄薄的渣。浇筑钢完成后，由于空气氧化和热冲击，反应致密层无法形成。在下一轮使用过程中，反应层被钢液冲走，导致反应层被冲走，终导致该部分的砖侵蚀过快。

 

3.结论

针对某钢厂精炼钢包熔池砖局部侵蚀过快的现象，系统分析了钢包熔池区域不同部位后残砖的侵蚀形态，得出以下结论:

钢包的冶金操作过程是由LF精炼钢包装局部熔融损伤过快的主要原因是倒渣表面被钢渣覆盖，形成致密的反应层，阻碍空气和矿渣的进一步侵蚀，提高钢包砖的抗冲刷性能。非倒渣表面耐火材料局部异常侵蚀，主要是由于钢包砖与矿渣之间的反应层不致密，结构松散，在下一轮冶炼过程中更容易被钢水冲刷损坏。随着冶金精炼作业的循环过程，含碳炉衬损伤的主要机理是侵蚀-氧化-侵蚀/冲刷循环的交替过程。
 

基于以上分析得出结论：①提高非倒渣面耐火材料的密实度，增加钢包砖与渣之间的反应层密实度。②提高耐火材料的高温抗折强度，提高钢包砖的抗冲刷性能。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过程的氧化程度。