LF使用初期，由于渣線部位侵蝕嚴重，鋼包使用壽命低，操作成本中耐火材料占了60.2%，鋼廠渣線部位采用MgO—C磚后，提高了鋼包壽命。
鋼包包襯損毀主要有以下幾方面原因：
(1)熔蝕作用。高溫下，鋼液與熔渣向包襯中擴散，發(fā)生熔蝕作用。當熔渣與磚面接觸時，渣中的CaO、SiO2及CaF2與耐火磚發(fā)生化學反應，磚面形成熔渣滲透層，而基質被硅酸鹽充填。
(2)熔渣的侵蝕。高溫下，爐渣中液相的CaO與SiO2沿著磚基質部分貫通氣孔、裂隙遷移，至凝固點時，形成了以硅酸鹽為主的低熔點礦相，改變了耐火磚的組織結構，產生了變質層，當溫度急變時，形成結構剝落。
(3)熱沖擊和機械沖刷。長時間的吹氬攪拌以及三相電極加熱時電極至包壁距離小，使包壁遭受強烈的機械沖刷和熱沖擊，造成包襯的損壞。
下面就爐蓋、LF渣線、包壁、包底及透氣磚材質加以討論。
1 爐蓋用澆注料
LF爐蓋一般用澆注料打結而成，LF爐蓋的澆注料應滿足以下條件：
(1)具有良好的高溫性能，這是因為LF精煉操作過程高溫及爐渣噴濺會引起爐蓋耐火材料的侵蝕；
(2)具有良好的抗熱震性和耐剝落性，這是因為LF精煉是在間歇操作及不斷的溫度變化過程條件下完成的。
(3)一般選用電熔剛玉和特級礬土為主要原料，純鋁酸鈣水泥(4％～8％)作結合劑，加入8％～12％的二氧化硅和氧化鋁超微粉及少量添加物和高效減水劑。
2 渣線部位用耐火材料
LF精煉渣屬于CaO—SiO2—Al2O3渣系，CaO／SiO2值大(即堿度較高)，渣中含有Al2O3，且渣線部位受電弧加熱時的弧光輻射，所以渣線部位要選用耐侵蝕和抗熱震的堿性或者復合耐火材料，主要有MgO—Cr2O3磚、MgO—CaO磚、MgO—CaO—C磚及MgO—C磚。目前一般用MgO—C磚，其毀損的原因為：
(1)氧化引起碳的消失；
(2)熔渣侵入脫碳層；
(3)熔渣成分與MgO—C磚中的MgO進行反應生成低熔點物質，造成反應層的蝕損；
(4)防氧化金屬添加物的氧化或膨脹，造成組織劣化以及間歇操作(熱循環(huán))條件而導致結構疏松；
(5)高溫下MgO—C磚強度不足而引起的破裂與脫落。
由于渣線的侵蝕，造成渣線磚部位壽命低于包襯磚壽命。為提高渣線部位磚壽命，采用鋼包渣線噴補技術，即選用電熔鎂和鎂白云石砂為噴補主原料，以復合鹽、水泥和超細粉作結合劑，配以促凝劑、增塑劑、燒結劑等。
3 包壁用耐火材料
包壁一般采用高鋁磚，傳統(tǒng)的高鋁磚雖然耐蝕性好，但爐渣滲透嚴重，引起結構剝落，耐用性不穩(wěn)定，加之爐渣滲透部位收縮產生裂紋，導致損壞。新日鐵八幡鋼鐵廠包壁用加SiC的MgO—2MgO·SiO2—C磚代替高鋁磚，這種磚在LF精煉操作中的蝕損狀況是表面非常光滑，磚縫幾乎不受氧化熔損。
與高鋁磚相比，采用MgO—2MgO·SiO2—C磚包襯的蝕損速度平均降低30％。
國內研究單位及鋼廠聯合開發(fā)的無碳MgO—CaO(不燒)磚用于包壁，平均蝕損速率為3.17 mm／爐，同時對生產潔凈鋼極為有利。
包壁全部采用MgO—C磚，壽命比用其他磚大幅度提高。Al2O3—MgO—C磚及Al2O3—C磚用于包壁也取得了較好的效果。
目前鋼包壁耐火材料從定形制品向不定形發(fā)展，從材質上看有鎂碳、鋁鎂碳、鋁一尖晶石澆注料，鎂鈣系材料也是發(fā)展方向。鋼90 t鋼包非渣線部位高約2 m全部用高純鋁鎂澆注料，包齡達90～98次，澆注料在使用過程中沒有出現結構剝落和粘鋼現象。工作襯使用無碳剛玉尖晶石質預制塊替代Al2O3—MgO—C磚，使鋼包壽命由原平均65次提高到平均121次。
4 包底用耐火材料
包底，特別是迎鋼面受鋼液沖擊部位的耐火材料，由于反復熱循環(huán)產生裂紋、爐渣滲透，造成結構的剝落以及鋼液侵入沖擊磚與包底磚之間接縫處，造成包底的損壞。
底部一般用鋯英石磚或高鋁磚砌筑或用含CaO 16％的高鈣鎂質干式搗打料。
5 包底透氣磚
5.1 包底透氣磚的發(fā)展
20世紀50年代初期，已開始在生產上采用通過多孔介質的氬氣攪拌鋼液，但直到年代中期，出現了較好的透氣凈化材料，這種方法才得以推廣。透氣磚的發(fā)展，主要經歷了三代。前列代多孔磚的特征在于它是由非直通氣孔、環(huán)縫及座磚、變化水口組成的組合體。采用這種技術并使用高鋁、鎂質耐火材料，透氣磚的壽命僅有20—25爐次，即在一般條件下透氣300～400min。這類透氣磚采用環(huán)縫和座磚組合引導氣體而不是固定通道，會出現大氣泡的相互融合現象，融合的氣泡不可能均勻透過熔池，起不到均勻鋼液成分和溫度的作用，特別在鋼液與渣層間的過渡區(qū)，大氣泡有可能產生卷渣，降低鋼液的潔凈度。另外，融合氣泡脫離透氣磚表面時速度明顯降低，形成所謂的“反沖擊作用”，沖蝕透氣塞和周圍區(qū)域水口和座磚)，從而產生額外的損毀。嚴重的沖蝕會使透氣陶瓷出現凹面的蝕損，殘留的鋼液和渣在爐次間隙會固化，導致透氣性能不良，因而取代這種透氣磚已經十分要。
在前列代透氣磚之后出現了直通孔的第二代透氣磚，它使惰性氣流通過定徑通道進入熔池。微氣泡能夠噴射進入鋼液中，同時保持一定的通道問距，可避免大氣泡形成。但在工作條件下，外來顆粒會反復堵塞通道，同時陶瓷磚與砌面之間的氣體間斷會降低通道內的壓力，導致鋼液回吸進入通道中，造成透氣效果惡化，終徹底堵塞。
為了延長鋼包壽命，開發(fā)了第三代透氣磚，采用的是整體觸變振動技術。采用這種技術并省去底磚的組合透氣塞，使得環(huán)繞透氣塞的整體底部壽命延長，這樣就再也不會出現由于沖蝕而在周圍區(qū)域產生過早損毀。第三代透氣磚的開發(fā)是對整體鋼包里襯進行理論研究和實驗的結果。由于第三代透氣磚通道的幾何形狀變成矩形狹縫，從而獲得理想的透氣可靠性，并且有可能在爐次間對透氣磚的表面采取維護措施。
5.2 鋼包透氣磚的種類和性質
透氣磚的種類主要有彌散型透氣磚、定向氣孔透氣磚、狹縫型透氣磚、迷宮型透氣磚等。
A 彌散型透氣磚
彌散型透氣磚由于彌散型透氣磚有很多無規(guī)律分布的氣孔結構，因此其特點是在低氣壓下能產生相當好的單氣泡群。當受大壓力氣體作用時，在靠近表面處會形成許多大氣泡，由于強烈的反向沖擊，熱蝕加重，蝕損加快。彌散型透氣磚會因孔隙發(fā)生滲透，形成致密部位，在鋼包間歇狀態(tài)(維修期間)或重新開始吹氣時，透氣磚表面容易不斷地受到周期性的熱侵損(由于氣流通過和反沖擊)、滲透作用(由于鋼液)、固化作用而發(fā)生剝落。拆下經過使用的彌散型透氣磚，一般均有厚為20～30mm的鋼渣滲透層。在吹氣處理過程中，鋼渣滲透區(qū)會因噴吹壓力產生剝落，從而大大加速磚的蝕損。巴登鋼廠在可比較的條件下，使用了具有不定向氣孔的高鋁和鎂質透氣磚及帶定向氣孔的透氣磚。不定向氣孔的透氣磚壽命為10爐次，而定向氣孔的透氣磚壽命為20爐，且磚殘余厚度比前者厚得多。
B 定向氣孔透氣磚
在致密耐火磚中設置小直徑的通道，稱為“定向氣孔”。在定向氣孔透氣磚中氣體通過一定數量的定徑孔道吹進鋼液。同彌散型透氣磚相比，定向氣孔透氣磚在耐火材料部位不漏氣。它的顯著特點是可以用與爐襯磚相同密度的耐火材料制造，甚至可用更致密的材料制造，這就增大了透氣磚的高溫抗壓強度，具有較大的抗侵蝕性和抗金屬滲透性，延長了透氣磚的使用壽命。定向氣孔的氣流量可以通過毛細孔的數量和大小來控制。定向氣孔透氣磚能產生大量直徑小的氣泡群，改善冶煉反應條件，壽命是彌散型透氣磚的兩倍或三倍。體積密度大于襯磚，有利于提高耐壓強度。同時材料的選擇比生產彌散型透氣磚更嚴格，加入鋯化合物來減小透氣磚的潤濕性。
C 狹縫型透氣磚
狹縫型透氣磚是在致密磚內留有細縫，例如在致密陶瓷錐體和周圍套襯之間，或者將磚分成多個組件，再在這些組件間夾入鐵皮，以提高縫隙大小和數量。氣體通過鐵皮和陶瓷片之間的不規(guī)則縫隙吹入鋼液，狹縫型透氣磚同彌散型透氣磚一樣向鋼液吹入的氣泡體積較大。在狹縫型透氣磚材料中，隨著透氣磚的逐漸蝕損，吹氣處理結束后，鋼液有浸入縫隙中的危險。
D迷宮型透氣磚
迷宮型透氣磚綜合了所謂多孔磚的操作安全性和致密耐火材料磚壽命長的優(yōu)點。迷宮型透氣磚的毛細孔網由大量相互連接而位置交叉的主毛細管組成，任何毛細管被滲入鋼液阻塞時，氣體很容易繞過，極大地降低了氣體在磚內的損失。此外，由于沒有直通的縫隙、縫及開孔，崩落危險也大大減小。迷宮型透氣磚上部安全區(qū)域毛細孔網呈環(huán)形，其下部關鍵部位成方形。迷宮型透氣磚與多孔磚相比，壽命提高了77％～100％。
5.3 鋼包透氣磚的損毀
透氣磚損毀主要有三個原因：
(1)鋼液滲透到縫隙中阻礙氣體的吹入，在用氧槍清理磚表面時，氧與鋼和渣接觸而發(fā)生反應，使耐火磚表面剝落，造成透氣磚破壞；
(2)氣體吹入鋼液的過程中，吹出的氣泡反撲到磚的表面，嚴重沖刷磚體表面；
(3)透氣磚與鋼液接觸的瞬間，承受鋼液的熱沖擊造成剝落；
(4)透氣磚與鋼液接觸的表面溫度為鋼液的溫度，而另一表面為室溫，造成磚體較大的溫度梯度；另外鋼包的使用為間歇操作，頻繁的冷熱作用，使磚體表面結構破壞，在鋼液及氣流的沖刷下產生剝落。
鄭州榮盛窯爐耐火材料有限公司志在實業(yè)報國，服務高溫工業(yè)為己任，我們承數十年的技術積累，積極而前瞻地為高溫工業(yè)的明天作出全新的打造，努力成為“鍋爐及熱工窯爐內襯專家”。
鋼包包襯損毀主要有以下幾方面原因：
(1)熔蝕作用。高溫下，鋼液與熔渣向包襯中擴散，發(fā)生熔蝕作用。當熔渣與磚面接觸時，渣中的CaO、SiO2及CaF2與耐火磚發(fā)生化學反應，磚面形成熔渣滲透層，而基質被硅酸鹽充填。
(2)熔渣的侵蝕。高溫下，爐渣中液相的CaO與SiO2沿著磚基質部分貫通氣孔、裂隙遷移，至凝固點時，形成了以硅酸鹽為主的低熔點礦相，改變了耐火磚的組織結構，產生了變質層，當溫度急變時，形成結構剝落。
(3)熱沖擊和機械沖刷。長時間的吹氬攪拌以及三相電極加熱時電極至包壁距離小，使包壁遭受強烈的機械沖刷和熱沖擊，造成包襯的損壞。
下面就爐蓋、LF渣線、包壁、包底及透氣磚材質加以討論。
1 爐蓋用澆注料
LF爐蓋一般用澆注料打結而成，LF爐蓋的澆注料應滿足以下條件：
(1)具有良好的高溫性能，這是因為LF精煉操作過程高溫及爐渣噴濺會引起爐蓋耐火材料的侵蝕；
(2)具有良好的抗熱震性和耐剝落性，這是因為LF精煉是在間歇操作及不斷的溫度變化過程條件下完成的。
(3)一般選用電熔剛玉和特級礬土為主要原料，純鋁酸鈣水泥(4％～8％)作結合劑，加入8％～12％的二氧化硅和氧化鋁超微粉及少量添加物和高效減水劑。
2 渣線部位用耐火材料
LF精煉渣屬于CaO—SiO2—Al2O3渣系，CaO／SiO2值大(即堿度較高)，渣中含有Al2O3，且渣線部位受電弧加熱時的弧光輻射，所以渣線部位要選用耐侵蝕和抗熱震的堿性或者復合耐火材料，主要有MgO—Cr2O3磚、MgO—CaO磚、MgO—CaO—C磚及MgO—C磚。目前一般用MgO—C磚，其毀損的原因為：
(1)氧化引起碳的消失；
(2)熔渣侵入脫碳層；
(3)熔渣成分與MgO—C磚中的MgO進行反應生成低熔點物質，造成反應層的蝕損；
(4)防氧化金屬添加物的氧化或膨脹，造成組織劣化以及間歇操作(熱循環(huán))條件而導致結構疏松；
(5)高溫下MgO—C磚強度不足而引起的破裂與脫落。
由于渣線的侵蝕，造成渣線磚部位壽命低于包襯磚壽命。為提高渣線部位磚壽命，采用鋼包渣線噴補技術，即選用電熔鎂和鎂白云石砂為噴補主原料，以復合鹽、水泥和超細粉作結合劑，配以促凝劑、增塑劑、燒結劑等。
3 包壁用耐火材料
包壁一般采用高鋁磚，傳統(tǒng)的高鋁磚雖然耐蝕性好，但爐渣滲透嚴重，引起結構剝落，耐用性不穩(wěn)定，加之爐渣滲透部位收縮產生裂紋，導致損壞。新日鐵八幡鋼鐵廠包壁用加SiC的MgO—2MgO·SiO2—C磚代替高鋁磚，這種磚在LF精煉操作中的蝕損狀況是表面非常光滑，磚縫幾乎不受氧化熔損。
與高鋁磚相比，采用MgO—2MgO·SiO2—C磚包襯的蝕損速度平均降低30％。
國內研究單位及鋼廠聯合開發(fā)的無碳MgO—CaO(不燒)磚用于包壁，平均蝕損速率為3.17 mm／爐，同時對生產潔凈鋼極為有利。
包壁全部采用MgO—C磚，壽命比用其他磚大幅度提高。Al2O3—MgO—C磚及Al2O3—C磚用于包壁也取得了較好的效果。
目前鋼包壁耐火材料從定形制品向不定形發(fā)展，從材質上看有鎂碳、鋁鎂碳、鋁一尖晶石澆注料，鎂鈣系材料也是發(fā)展方向。鋼90 t鋼包非渣線部位高約2 m全部用高純鋁鎂澆注料，包齡達90～98次，澆注料在使用過程中沒有出現結構剝落和粘鋼現象。工作襯使用無碳剛玉尖晶石質預制塊替代Al2O3—MgO—C磚，使鋼包壽命由原平均65次提高到平均121次。
4 包底用耐火材料
包底，特別是迎鋼面受鋼液沖擊部位的耐火材料，由于反復熱循環(huán)產生裂紋、爐渣滲透，造成結構的剝落以及鋼液侵入沖擊磚與包底磚之間接縫處，造成包底的損壞。
底部一般用鋯英石磚或高鋁磚砌筑或用含CaO 16％的高鈣鎂質干式搗打料。
5 包底透氣磚
5.1 包底透氣磚的發(fā)展
20世紀50年代初期，已開始在生產上采用通過多孔介質的氬氣攪拌鋼液，但直到年代中期，出現了較好的透氣凈化材料，這種方法才得以推廣。透氣磚的發(fā)展，主要經歷了三代。前列代多孔磚的特征在于它是由非直通氣孔、環(huán)縫及座磚、變化水口組成的組合體。采用這種技術并使用高鋁、鎂質耐火材料，透氣磚的壽命僅有20—25爐次，即在一般條件下透氣300～400min。這類透氣磚采用環(huán)縫和座磚組合引導氣體而不是固定通道，會出現大氣泡的相互融合現象，融合的氣泡不可能均勻透過熔池，起不到均勻鋼液成分和溫度的作用，特別在鋼液與渣層間的過渡區(qū)，大氣泡有可能產生卷渣，降低鋼液的潔凈度。另外，融合氣泡脫離透氣磚表面時速度明顯降低，形成所謂的“反沖擊作用”，沖蝕透氣塞和周圍區(qū)域水口和座磚)，從而產生額外的損毀。嚴重的沖蝕會使透氣陶瓷出現凹面的蝕損，殘留的鋼液和渣在爐次間隙會固化，導致透氣性能不良，因而取代這種透氣磚已經十分要。
在前列代透氣磚之后出現了直通孔的第二代透氣磚，它使惰性氣流通過定徑通道進入熔池。微氣泡能夠噴射進入鋼液中，同時保持一定的通道問距，可避免大氣泡形成。但在工作條件下，外來顆粒會反復堵塞通道，同時陶瓷磚與砌面之間的氣體間斷會降低通道內的壓力，導致鋼液回吸進入通道中，造成透氣效果惡化，終徹底堵塞。
為了延長鋼包壽命，開發(fā)了第三代透氣磚，采用的是整體觸變振動技術。采用這種技術并省去底磚的組合透氣塞，使得環(huán)繞透氣塞的整體底部壽命延長，這樣就再也不會出現由于沖蝕而在周圍區(qū)域產生過早損毀。第三代透氣磚的開發(fā)是對整體鋼包里襯進行理論研究和實驗的結果。由于第三代透氣磚通道的幾何形狀變成矩形狹縫，從而獲得理想的透氣可靠性，并且有可能在爐次間對透氣磚的表面采取維護措施。
5.2 鋼包透氣磚的種類和性質
透氣磚的種類主要有彌散型透氣磚、定向氣孔透氣磚、狹縫型透氣磚、迷宮型透氣磚等。
A 彌散型透氣磚
彌散型透氣磚由于彌散型透氣磚有很多無規(guī)律分布的氣孔結構，因此其特點是在低氣壓下能產生相當好的單氣泡群。當受大壓力氣體作用時，在靠近表面處會形成許多大氣泡，由于強烈的反向沖擊，熱蝕加重，蝕損加快。彌散型透氣磚會因孔隙發(fā)生滲透，形成致密部位，在鋼包間歇狀態(tài)(維修期間)或重新開始吹氣時，透氣磚表面容易不斷地受到周期性的熱侵損(由于氣流通過和反沖擊)、滲透作用(由于鋼液)、固化作用而發(fā)生剝落。拆下經過使用的彌散型透氣磚，一般均有厚為20～30mm的鋼渣滲透層。在吹氣處理過程中，鋼渣滲透區(qū)會因噴吹壓力產生剝落，從而大大加速磚的蝕損。巴登鋼廠在可比較的條件下，使用了具有不定向氣孔的高鋁和鎂質透氣磚及帶定向氣孔的透氣磚。不定向氣孔的透氣磚壽命為10爐次，而定向氣孔的透氣磚壽命為20爐，且磚殘余厚度比前者厚得多。
B 定向氣孔透氣磚
在致密耐火磚中設置小直徑的通道，稱為“定向氣孔”。在定向氣孔透氣磚中氣體通過一定數量的定徑孔道吹進鋼液。同彌散型透氣磚相比，定向氣孔透氣磚在耐火材料部位不漏氣。它的顯著特點是可以用與爐襯磚相同密度的耐火材料制造，甚至可用更致密的材料制造，這就增大了透氣磚的高溫抗壓強度，具有較大的抗侵蝕性和抗金屬滲透性，延長了透氣磚的使用壽命。定向氣孔的氣流量可以通過毛細孔的數量和大小來控制。定向氣孔透氣磚能產生大量直徑小的氣泡群，改善冶煉反應條件，壽命是彌散型透氣磚的兩倍或三倍。體積密度大于襯磚，有利于提高耐壓強度。同時材料的選擇比生產彌散型透氣磚更嚴格，加入鋯化合物來減小透氣磚的潤濕性。
C 狹縫型透氣磚
狹縫型透氣磚是在致密磚內留有細縫，例如在致密陶瓷錐體和周圍套襯之間，或者將磚分成多個組件，再在這些組件間夾入鐵皮，以提高縫隙大小和數量。氣體通過鐵皮和陶瓷片之間的不規(guī)則縫隙吹入鋼液，狹縫型透氣磚同彌散型透氣磚一樣向鋼液吹入的氣泡體積較大。在狹縫型透氣磚材料中，隨著透氣磚的逐漸蝕損，吹氣處理結束后，鋼液有浸入縫隙中的危險。
D迷宮型透氣磚
迷宮型透氣磚綜合了所謂多孔磚的操作安全性和致密耐火材料磚壽命長的優(yōu)點。迷宮型透氣磚的毛細孔網由大量相互連接而位置交叉的主毛細管組成，任何毛細管被滲入鋼液阻塞時，氣體很容易繞過，極大地降低了氣體在磚內的損失。此外，由于沒有直通的縫隙、縫及開孔，崩落危險也大大減小。迷宮型透氣磚上部安全區(qū)域毛細孔網呈環(huán)形，其下部關鍵部位成方形。迷宮型透氣磚與多孔磚相比，壽命提高了77％～100％。
5.3 鋼包透氣磚的損毀
透氣磚損毀主要有三個原因：
(1)鋼液滲透到縫隙中阻礙氣體的吹入，在用氧槍清理磚表面時，氧與鋼和渣接觸而發(fā)生反應，使耐火磚表面剝落，造成透氣磚破壞；
(2)氣體吹入鋼液的過程中，吹出的氣泡反撲到磚的表面，嚴重沖刷磚體表面；
(3)透氣磚與鋼液接觸的瞬間，承受鋼液的熱沖擊造成剝落；
(4)透氣磚與鋼液接觸的表面溫度為鋼液的溫度，而另一表面為室溫，造成磚體較大的溫度梯度；另外鋼包的使用為間歇操作，頻繁的冷熱作用，使磚體表面結構破壞，在鋼液及氣流的沖刷下產生剝落。
鄭州榮盛窯爐耐火材料有限公司志在實業(yè)報國，服務高溫工業(yè)為己任，我們承數十年的技術積累，積極而前瞻地為高溫工業(yè)的明天作出全新的打造，努力成為“鍋爐及熱工窯爐內襯專家”。
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