透氣磚

抗渣性

為了提高材料的抗渣性能與抗鋼液滲透能力，剛玉尖晶石透氣磚中通常會加入Cr₂O₃或加入部分鉻鋼玉。Cr₂O₃和a-Al₂O₃具有相同的晶型結(jié)構(gòu)，Cr₂O₃不僅改善了材料的抗渣性，更增大了材料與鋼液的潤濕角，對透氣磚因鋼液滲透而堵塞氣孔具有明顯改善。

利用Cr₂O₃細粉和Al₂O₃在高溫下形成的鋁鉻固溶體和獨立存在的含鉻玻璃相，與鋼水冶煉過程中的渣接觸時形成液相具有一定的粘度，進而阻礙鋼液中渣對透氣磚的侵蝕；同時可以吸收渣中的氧化鐵和氧化鎂，在透氣磚工作層形成致密的尖晶石，使透氣磚的抗渣性有所提高。

但在材料中添加Cr₂O₃，高溫燒成或使用之后，Cr³ 被氧化成Cr⁶ ，Cr⁶ 有毒性，會污染環(huán)境。因此，為了節(jié)能環(huán)保，應(yīng)盡量避免使用Cr₂O₃，并通過更換原材料，使不添加Cr₂O₃后的高溫性能達到添加Cr₂O₃時的水平。

抗熱震性能

透氣磚最主要的損毀方式是熱震損毀。隨著出鋼溫度的不斷提高，透氣磚的工作面在工作和間歇之間存在較大的溫差，要求材料具有極高的抗熱震性能。在澆注料中引入尖晶石相，透氣磚的抗熱震性能會有所提高。

透氣磚中加入的氧化物或非氧化物在高溫下與骨料形成固溶相，增加了該磚的高溫強度，提高該磚的滲透性，抵抗了鋼包中熔渣對透氣磚的侵蝕。透氣磚經(jīng)過高溫熱處理后，其使用性能得到改善，滿足其使用要求 。

透氣磚損毀的原因主要有4 個方面：熱應(yīng)力，機械磨損，機械應(yīng)力，化學(xué)侵蝕。

熱應(yīng)力作用

在實際生產(chǎn)中，鋼包的烘包溫度為1000 ℃，鋼水溫度達到1600℃，兩者接觸時的溫度差會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，進而造成非常大的熱震沖擊。鋼包處于一個周而復(fù)始的工作環(huán)境中，透氣磚在接觸鋼水和烘包時的溫度頻繁變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力是造成透氣磚損毀的一個原因。透氣磚產(chǎn)生熱應(yīng)力的關(guān)鍵因素是溫度的變化，并且透氣磚的不同部位溫度變化存在著差異。

機械磨損作用

卷流對透氣磚的沖刷大致分三種情況：

（1）透氣磚高于座磚時，透氣磚主要損毀的原因是鋼

包內(nèi)鋼水形成卷流對透氣磚的側(cè)面產(chǎn)生巨大的剪切效應(yīng)和沖刷效應(yīng)。因此，沖刷力是透氣磚的座磚產(chǎn)生極大的損毀的原因之一，正常工作環(huán)境中，透氣座磚使用次數(shù)也就一次，一次之后高于座磚的部分即被沖刷掉。

（2）透氣磚與座磚持平時，座磚對透氣磚起到了保護的作用，鋼水形成的卷流首先沖刷座磚致使透氣磚的剪切力相應(yīng)減小。

（3）透氣磚低于座磚時，在正常工作中該工作面上易積壓冷鋼，由于存留下來的冷鋼的粘度相對較大，對吹氣產(chǎn)生一定的阻礙作用，所以要滿足精煉要求就需要加大吹氣的壓力。這樣，氣流對透氣磚的沖刷作用力就相應(yīng)加大，受到剪切、沖擊強度大，更易損毀。為了達到爐外精煉對吹通率和使用壽命的要求，透氣磚必須具有良好的抗沖刷能力和高溫力學(xué)性能。

機械應(yīng)力作用

在使用過程中，鋼包底部透氣磚工作面和高溫鋼水直接接觸，在循環(huán)使用條件下，鋼包中的溫度一直處于變化狀態(tài)，包底耐火材料使用中由高溫到低溫會產(chǎn)生溫度差，耐火材料的原質(zhì)層和變質(zhì)層的膨脹系數(shù)存在差異，使透氣磚受到剪切應(yīng)力作用，導(dǎo)致透氣磚出現(xiàn)橫向裂縫，甚至斷裂。

化學(xué)侵蝕作用

透氣磚的工作層與鋼渣、鋼水相互接觸的時間比較長，熔渣持續(xù)向透氣磚中侵蝕、滲透。鋼水、渣中的MnO，MgO，SiO₂，F(xiàn)eO，F(xiàn)e₂O₃等氧化物與透氣磚中的耐火材料發(fā)生反應(yīng)：

12CaO 7Al₂O₃=12CaO·7Al₂O₃（1）

FeO Al₂O₃=FeO·Al₂O₃ （2）

2MnO SiO₂ Al₂O₃=2（MnO）·SiO₂·Al₂O₃ （3）

鋼水對透氣磚工作層進行的熔損和剝落引起的物理蝕損，冶煉過程中鋼渣和鋼水對透氣磚持續(xù)的滲透所產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕，是透氣磚損毀的最主要原因。因此，為了提高材料的抗熱震沖擊性能和抗渣性，需要改善透氣磚的韌性和滲透性 。

由于人們對鋼材質(zhì)量的要求越來越高，需要對煉鋼技術(shù)和煉鋼工藝進行改善。爐外精煉技術(shù)是煉鋼過程中重要的精煉工藝部分，可以調(diào)節(jié)鋼成分及鋼液的溫度。而透氣磚是這一工藝能夠順利實施的最關(guān)鍵的功能元件，對爐外精煉的可靠性和完備性起著至關(guān)重要的作用。由于鋼包趨于大型化的發(fā)展，熔煉溫度和熔煉時間都相繼有所提高，使耐火材料在使用過程中所承受的環(huán)境越來越苛刻，因此需要進一步改善透氣磚的性能，以滿足當代煉鋼工藝和煉鋼技術(shù)對透氣磚的要求 。

透氣磚材質(zhì)

為適應(yīng)爐外精煉工藝的發(fā)展，研究了MgO 細粉的質(zhì)量分數(shù)對剛玉-尖晶石透氣磚（磚芯）的熱震穩(wěn)定性、重燒線變化、常溫抗折耐壓強度、侵蝕指數(shù)、滲透指數(shù)的影響。通過對性能的檢測分析表明，當MgO的質(zhì)量分數(shù)增加時，由于MgO和Al₂O₃形成鎂鋁尖晶石相增加，使熱處理后的透氣磚的抗折強度增大。并且剛玉-尖晶石的熱震穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的鉻鋼玉透氣磚，但是還存在一些不足，其體積穩(wěn)定性不及鉻鋼玉磚。

通過在透氣磚中加入相應(yīng)的添加劑，添加劑在熱處理的過程中發(fā)生相變，形成高溫固溶相，具有高溫強度高、難以被金屬熔體和熔渣潤濕等優(yōu)點，使透氣磚的抗熱震性以及抗渣性等性能得到提高。

透氣磚顆粒級配

配料中的骨料、細粉、結(jié)合劑或外加劑的顆粒級配不同，會對制作的透氣磚的強度、抗折、抗震等性能產(chǎn)生不同程度的影響。

通過優(yōu)化顆粒級配，使透氣磚在熱處理過程后具有優(yōu)異的燒后使用性能和物理性能。合理的級配對透氣磚的常溫和高溫使用性能均有所改善，達到煉鋼工藝的要求。

透氣磚結(jié)構(gòu)

透氣磚的結(jié)構(gòu)主要有彌散型透氣磚、直通定向型透氣磚、狹縫定向型透氣磚。

1.彌散型透氣磚彌散型透氣磚具有較高的孔隙率和滲透性。在實際生產(chǎn)中，通過向混合物中加入含碳化合物，由于該物質(zhì)能在低溫下燃燒無剩余，因此可用低溫燒盡中間材料的方法得到起初的孔隙率。彌散型透氣磚中分布著不同尺寸的相互貫通的氣孔，在使用過程中當停止吹氣時，鋼包中的鋼和渣會通過這些氣孔滲入透氣磚內(nèi)較深的區(qū)域，因此在工作面產(chǎn)生了固密的部位。當鋼包處于停包時或者當重新開始吹氣時，透氣磚的工作表面部位受到鋼水周期性的滲透作用和侵蝕沖刷而發(fā)生氣孔堵塞、吹不通或剝落現(xiàn)象。

2.直通定向型透氣磚直通定向型透氣磚的氣道設(shè)計為直通孔或者是直通狹縫型，轉(zhuǎn)爐主要用的透氣磚結(jié)構(gòu)是直通孔型。由于鋼包用的直通孔型的透氣磚制作較為復(fù)雜，而且該透氣磚的氣孔通氣率小，因此直通狹縫型透氣磚代替了直通孔型的透氣磚。

3.狹縫定向型透氣磚狹縫定向型是透氣磚最普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)現(xiàn)場使用條件包括精煉鋼種、精煉工藝、鋼包的容量、溫度、鋼水靜壓力等設(shè)計合理的狹縫，可以使透氣磚的吹通效果達到最佳、在使用中的壽命增長、安全性能穩(wěn)定。與國外透氣磚的性能進行比較時，該磚的透氣性、使用壽命優(yōu)于國外的先進產(chǎn)品，滿足鋼包精煉生產(chǎn)對性能指標的要求。

針對傳統(tǒng)鋼包噴粉技術(shù)，研發(fā)出一種帶錐形流化室的狹縫式透氣磚，通過該結(jié)構(gòu)在鋼包底部噴吹噴粉。一部分噴吹的粉粒隨著噴吹的氣流進入到透氣磚的狹縫中；另一部分顆粒碰觸到耐火材料壁后，流動速度快速減退，回落并聚集在該透氣磚的狹縫內(nèi)，阻礙氣流的流通。

鋼水接觸到的工作面和永久層存在一定的溫度差，致使透氣磚的狹縫結(jié)構(gòu)在該溫度梯度下形成熱應(yīng)力而使磚體狹縫的結(jié)構(gòu)寬度有所增加，冶煉過程中的鋼水會流入狹縫結(jié)構(gòu)中進而致使氣體流通量減小，到后期導(dǎo)致透氣磚狹縫完全堵塞。當透氣磚的狹縫數(shù)量和長度一定時，通過對透氣磚的位置進行合理的設(shè)計，能夠使冶煉過程中的鋼水得到快速的攪拌，進而提高鋼水成分、溫度的均勻性。

隨著煉鋼工藝對透氣磚的要求，彌散型透氣磚和直通型透氣磚使用較少，普遍應(yīng)用狹縫式透氣磚代替前兩種磚，通過控制狹縫的數(shù)量和長度，保證良好的吹通率，延長其使用壽命 。

鋼包底吹氬的技術(shù)不僅能有效使鋼液中的成分和溫度達到一個均衡的狀態(tài)，而且彌散的小氣泡還能使煉鋼過程中鋼渣與耐火材料的反應(yīng)產(chǎn)物上浮，提高清潔度。吹氬處理對提高鑄坯的質(zhì)量和穩(wěn)定鑄坯的工藝具有重要的作用。

對原有的精煉工藝的改善，使氬氣進入到鋼包中與鋼液有效接觸面積增加，并且使氬氣在鋼包中上升的流程和時間增加，可以得到滿足埋弧所需氣體供應(yīng)的精煉效果；為了使脫氧和脫硫效果達到最佳狀態(tài)，在精煉過程中增強埋弧渣的脫氧，保證了埋弧渣w（FeO MnO）<0.5% 。

透氣磚的損毀與耐火材料自身的材質(zhì)、形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用環(huán)境有關(guān)。研究結(jié)果表明：

（1）優(yōu)化的顆粒級配和合理的透氣磚結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以改善透氣磚的熱震穩(wěn)定性和抗渣性，進而提高其使用性能。

（2）影響透氣磚使用壽命的因素諸多，但熱剝落和氧氣清洗是導(dǎo)致透氣磚損毀的重要原因。通過在基質(zhì)中加入氮化硅、塞隆等添加劑，使透氣磚具有與鋼水不潤濕等特性，降低了蝕損率。

（3）合理設(shè)計吹氣的攪拌時間與攪拌強度可以降低透氣磚的損毀。

制備性能優(yōu)異的鋼包用透氣磚，研究重點應(yīng)該集中在以下幾個方面：

（1）在滿足精煉工藝的前提下，選擇優(yōu)異的添加劑，添加劑和骨料在熱處理過程中形成高溫固溶相，提高材料的抗熱震性。

（2）研發(fā)新的燒結(jié)工藝，制備具有特殊性能的透氣磚 。2100433B

1、更換透氣磚前幾爐,修復(fù)爐底厚度,更換新磚之后避免出現(xiàn)凹坑或旗桿現(xiàn)象。

2、更換后將透氣磚處補平。

3、開爐前2爐,供氣強度控制在0.02Nm3/min·t鋼,待透氣磚充分燒結(jié)后再把氣量調(diào)至合適的流量。

4、開爐前幾爐造稠渣,使爐底掛渣形成保護層。2100433B

防滲透氣磚采用振動澆注工藝成型，磚體內(nèi)均勻分布有大量相互聯(lián)通的微氣孔。其制造方法包括細粉共磨、混料和振動澆注成型工序?qū)⑽饪仔纬蓜┚鶆蚍稚⒂谕笟獯u坯體內(nèi)，然后經(jīng)過養(yǎng)護、烘烤、高溫燒成、鋼殼封裝等工序。

防滲透氣磚經(jīng)過高溫燒成，整個透氣磚體內(nèi)會殘留有大量均勻分布且相互聯(lián)通的微氣孔。微氣孔的孔徑很小，從根本上避免了透氣磚的滲鋼和鋼渣現(xiàn)象；另外，大量均勻分布的微氣孔還顯著改善了透氣磚的熱震穩(wěn)定性，大大提高了其服役壽命，從而保證了生產(chǎn)快速、安全地進行。 2100433B