天津钢管：RH底部耐火材料损毁原因分析及改进
2010-07-22 11:42 来源： 我的钢铁
摘要：通过对天津钢管公司100tRH使用环境的分析，找出了RH底部耐火材料的损毁原因，并从RH操作方式、耐材质量、生产维护等方面入手进行了改进，改进后的RH最高使用寿命达到90炉，基本满足了生产需要。
关键词：RH；浸渍管；底部槽；耐火材料
RH真空处理是一种能有效提高钢水质量的多功能二次精炼方法。它通过真空室内外压差和气泡泵原理使钢液在真空室中形成循环，实现脱气、脱碳、脱硫，提高钢液纯净度等精炼目的。随着生产节奏的加快，钢种的多样化使RH精炼负荷逐步增大，对RH用耐火材料使用条件要求也更加苛刻。天津钢管公司采用的由西安重型机械研究所设计制造的100tRH于2009年6月正式投入使用。在使用期间，发现RH底部耐火材料损毁严重，影响了RH的使用寿命，因此对RH耐火材料损毁原因进行了分析。
1 RH真空槽的内衬结构
天津钢管公司100tRH炉与100t超高功率炉和钢包炉配套使用，主要用于处理低碳钢、合金结构钢、套管用钢、管壁厚大于20mm的管线钢。
RH真空槽由上部槽和下部槽组成，内衬耐火材料为浇注料和砌砖。上部槽设有合金加料口和烘烤口；下部槽是钢水循环脱气反应的主要场所，主要包括两个循环管和与其相连的两个浸渍管。循环管由两层耐火砖砌成，浸渍管包括上升管和下降管，它由气体喷射管(氩气管)、支撑耐火材料的钢结构和耐火材料等构成，钢结构被固定在中心，优质镁铬砖(组合砖)为浸渍管衬里，浸渍管与钢水接触的工作层采用刚玉浇注料。
2 RH真空槽耐材损毁原因分析
2.1 耐材的使用状况
RH真空槽主要参数见表1。RH真空槽初期单炉平均处理钢水炉数为60炉，1号真空槽处理钢水66炉后下线观察，上部槽工作层平滑，基本无侵蚀。下部槽底部上升管侧出现300mm×150mm深40mm的凹沟。循环管上环砖的上部损毁较严重，在两循环砖相接的环缝处侵蚀最为严重，侵蚀先从环缝开始由窄变宽并且向内侧延伸，最后出现50～100 mm宽，纵向几乎延伸至砖另一侧的缝隙。当炉龄在6O次左右时，可以明显观察到浸渍管出现横向裂纹的现象，在裂纹处会出现微小的侵蚀。上升管出现这种情况比较严重，可明显观察到上升管内壁出现不同深度的环状沟槽，而下降管内壁比较平滑。
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实际生产中下部槽底部耐火材料承受急冷急热、强冲击力、高真空条件及各种碱度渣、合金成分的强烈化学作用，浸渍管长时间浸入钢水及渣液中，冲刷、侵蚀、剥落比较严重，因此浸渍管和真空槽底部耐材使用寿命决定了RH的使用寿命。
2.2 耐材损毁因素分析
RH处理时，钢水在下部槽底部、循环管、浸渍管之间循环，以达到吹氧脱碳、脱硫、脱气、合金化等目的。下部槽底部、循环管、浸渍管使用的耐火材料均为电熔再结合镁铬砖，从实际生产情况来看，浸渍管和真空槽底部砖的损毁情况直接影响了RH炉的使用寿命。其损毁的因素主要有：
(1)生产工艺的影响
天津钢管公司以生产石油套管和管线管为主，石油套管和管线管的使用条件苛刻，为了满足需要，采用超高功率电弧炉→LF→RH生产工艺。
LF炉主要任务是合金成分的微调、加热、升温及脱S。LF炉所用脱硫剂主要是氧化钙和萤石。钢水经LF炉处理后，成分符合要求即进行RH处理，此时的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，因为萤石能降低渣的粘度，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。这样经LF炉处理的钢水经RH处理时无形中增大了真空槽耐材的负担。
(2)工作环境的影响
RH炉下部槽底部及循环管、浸渍管直接接触熔渣，此处耐材主要受熔渣侵蚀损毁。在RH冶炼过程中经常会形成氧化铁含量很高的渣系，这种渣容易沿着基质部分向镁铬砖内渗透。在工作层附近使基质失去结合能力，从而导致镁铬砖容易被钢水冲刷侵蚀掉。此外，在真空处理时，钢水中的碳以及不断排出的气相反应产物，形成了真空室的还原气氛，造成耐火材料中氧化物相的还原，使镁铬砖的组织进一步遭到破坏。
浸渍管下部内外壁同时浸泡在高温钢液中，衬体内壁受高速气流和钢液的冲刷作用易产生热剥落，浸渍管内外的耐材主要由中间的钢结构支撑，当浸渍管内的钢结构温度过高(达到1000℃)[1]，将引起钢板变形，导致浇注料产生纵向裂纹，过度的裂纹会引起耐火层脱落，使浸渍管失效。RH炉工作是间歇式的，处理时槽内温度在16O0—1800℃ ，待机时由于冷空气的进入，槽温骤降至1200℃，甚至更低，这种温度波动使镁铬砖内产生热应力，从而产生平行于工作面的内裂纹。此外，这种剧烈的温度变化易造成浸渍管浇注料崩裂和下口掉料。
(3)耐火材料质量的影响
耐火材料(镁铬砖及底部捣打料)的质量直接决定了槽体的使用寿命。真空精炼要求接触钢水部位的耐火材料耐火度高、热震稳定性好、气孔率低、强度高、耐磨损、能抵抗钢渣冲刷作用及各种酸一碱性炉渣的侵蚀作用且不发生热震崩裂剥落。因此，对RH炉真空槽内衬用砖及浇注料的理化指标要求非常严格。由于真空槽耐材一般是由多家生产厂家提供，产品质量参差不齐，有些产品的成分不均匀、成分选择不好或生产工艺流程出现问题，均会造成循环管及浸渍管受浸蚀严重，平均使用寿命降低[2]。
(4)真空槽内冷钢及钢渣的影响
目前国内RH真空槽下部槽与浸渍管的平均使用寿命比例为3:l。在真空槽下线后，下部槽三角区需经挖补，循环管和浸渍管全部更换后才能重新上线。重新上线的真空槽经过烘烤后，冷钢熔化，但由于浸渍管及循环管烘烤温度低于槽体中上部温度，会导致槽体内熔化后的冷钢在循环管和浸渍管处二次受冷。如果槽内冷钢残留过多，则残钢和钢渣容易堵塞在循环管处，使循环管不能进一步烘烤到使用的温度，导致循环管局部温度过低，瞬间接触1600℃左右的钢水后，容易造成此处耐材崩裂，最先损毁。
(5)浸渍管焊接和使用过程中维护的影响
浸渍管与下部槽靠焊接连在一起，在使用过程中，焊缝要承受钢水的高温辐射，如果焊缝焊接不严或焊接质量不稳定，在使用过程中会出现漏气，将造成浸渍管和下部槽连接处出现穿漏。浸渍管在使用过程中会逐渐被侵蚀，因此要求对每炉浸渍管进行喷补。如果喷补不及时或者喷补不均匀都会引起其局部的深度熔损，造成浸渍管提前报废，同时清渣时还会由于机械作用对浸渍管造成损坏。
3 提高RH真空槽底部耐材使用寿命的途径
3.1 优化耐材理化性能
由于RH用耐材使用环境苛刻，故此对耐材质量有更高的理化性能要求。根据RH炉耐材的损毁机理和实际使用情况，适时对耐材的理化性能指标进行调整。通过选择合适的粒度配比，提高耐材中Cr20 含量以及向镁铬砖内添加添加物等提高镁铬砖的致密度，增强其抗钢水冲刷能力及抗钢渣侵蚀能力等。
3.2 提高砌筑和装配质量
在砌筑真空槽时，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＜1 mm。对真空槽底部装配冷却水，加筑隔热层，防止底部发红软化。浸渍管装配时，将养生好的浸渍管吊放在更换台车上，使浸渍管中线与真空槽本体短管中轴线对中，对接时应受力均匀，保持浸渍管新旧管前后高度一致。选用焊丝和506、507焊条对焊缝处里外两侧焊接，焊接时确保找好截平面，焊缝要平滑、饱满，保证生产作业时接缝不漏气。采用镁质喷补料对浸渍管进行日常维护，喷补要均匀、牢固。喷补时应认真观察浸渍管内衬、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，致使浸渍管体积过大、过长，造成非合理性更换。
3.3 槽体使用前要进行合理的烘烤
新真空槽使用前要严格按照炉体烘烤曲线进行烘烤，避免因突然升温引起耐材的热震性损坏。烘烤时应随时注意槽温变化情况，避免槽温变化过快，总的烘烤时间应在55 h以上，槽体温度应达到1400℃ 以上。
3.4 加强RH下线前真空槽内冷钢处理
在RH下线前两炉操作时，要求RH处理必须全泵投入，以便将真空槽内冷钢冲刷下来，避免在分离上下部真空槽时冷钢对耐材造成损毁。
4 改进后的效果
经过改进，RH真空槽单个处理炉数由2009年6月份的平均60炉，提高到2009年8月份的84炉，其中8月30日下线的3号和4号RH真空槽处理钢水9O炉，使用寿命明显提高。
5 结论
(1)通过生产实践分析，找出了影响RH炉
底部耐材使用寿命的诸多因素，如钢种的特殊工艺要求、处理钢种的多样化、钢渣的侵蚀、炉温的变化、高速钢水对耐材的冲刷以及由于砌筑质量问题导致的底部掉砖、底部接缝穿漏等。
(2)通过改进耐材质量、使用优质稳定镁铬砖和刚玉浇注料，有效地提高了耐材的使用寿命。
(3)通过提高RH操作水平及RH的砌筑、装配质量，采取镁质喷补料及时对浸渍管内外衬进行喷补等措施，有效地提高了耐材的使用寿命。
(4)通过技术攻关，RH真空槽单个处理炉数由2009年6月份的平均6O炉，提高到2009年8月份的84炉，其中最高使用炉数达到了90炉，基本满足了生产需要。
作者 闫世宽 张作路（天津钢管集团股份有限公司）
参考文献
[1] 刘浏．RH真空精炼工艺与装备技术的发展[J]．钢铁，2006(8)：l0-l2．
[2] 陈荣荣，何平显，牟济宁，等．RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究[J]．耐火材料，2005，39(5)：357-360．
摘自《鞍钢技术》2009年第6期
