鋼液真空提升脫氣裝置用耐火材料,鋼液真空提升脫氣法是于1956年研制成功的,并命名為DH法。DH裝置系由真空室及其吸嘴、提升機構(gòu)和抽排氣系統(tǒng)等部分組成的,其工作是根據(jù)壓力平衡原理進行的。真空室是用鋼板制成的容器,內(nèi)砌耐火磚,底部設(shè)置吸嘴。下圖為DH裝置的工作原理示意圖。
在進行脫氣前,吸嘴進口處用鋼制套筒(擋渣帽)密封,以防止熔渣進入真空室。脫氣時,降低真空室或抬高鋼包,使吸嘴穿過熔渣而伸進鋼液中,此時擋渣帽被熔化掉。同時,將真空室。抽成真空,與外界大氣形成壓力差,促使鋼液沿著吸嘴上升到真空室內(nèi)進行脫氣處理,見上圖中的a圖。如果真空室內(nèi)的壓力為0.5乇左右時,提升的鋼液柱高度可達1480毫米。在真空條件下,鋼液中的氣體呈過飽和狀態(tài)而極易放出,致使鋼水劇烈沸騰,因此加快了脫氣進程。
當真空室與鋼包的相對位置處于上圖中的b圖的情況下,則鋼液流回鋼包,并與鋼包內(nèi)鋼液相混合,這樣便完成了一個脫氣周期。因為每次吸人的鋼液量約為鋼包容量的10~15%,所以分批脫氣需要50個周期左右。如果加入合金添加劑,則約需100個周期。因此,在正常情況下,DH裝置的作業(yè)時間為 15~30分鐘,鋼水溫度一般下降20~50℃。
DH裝置一般是間歇操作的。為了減少鋼水溫度的降低和提高耐火襯里的使用壽命,在精煉間歇時,應(yīng)采用煤氣、重油或石墨電阻棒進行加熱,使真空室內(nèi)的溫度保持在1600℃左右。
DH裝置真空室及吸嘴的襯里,遭受熔渣和鋼水的沖刷和侵蝕,同時還經(jīng)受高溫和溫度驟變的作用。近年來,經(jīng)脫氣處理的鋼種中,特殊鋼比例提高,其脫氣時間長而間隔短,加之溫度又高,襯里的使用條件更為苛刻。因此,要合理選擇耐火材料,以便提高設(shè)備的使用壽命和降低處理費用。
真空提升脫氣裝置真空室及吸嘴的襯里,初期階段各國普遍采用高鋁磚、鎂磚或白云石磚砌筑;六十年代中期,真空室襯里改用鎂鉻磚砌筑,吸嘴外壁則用優(yōu)良的高鋁質(zhì)耐火搗打料或耐火澆注料制作。同時,提高施工質(zhì)量和改進操作制度,故襯里的使用壽命顯著提高。
上圖為西德DH裝置的典型襯里示意圖。從圖中看出,吸嘴外壁和添加合金料孔等部位,采用優(yōu)良的高鋁質(zhì)耐火澆注料澆灌,整體性好,不易剝落,使用壽命長;其余部位襯里,普遍用鎂鉻磚砌筑。
真空室室底、側(cè)墻下部及吸嘴等部位,與鋼水和熔渣直接接觸,化學侵蝕和機械沖刷均較嚴重,一般采用熔融料鎂鉻磚砌筑。同時,施工時應(yīng)嚴格按照規(guī)程操作,以保證砌筑質(zhì)量。在精煉過程中,為減少熔渣對鎂鉻磚襯的侵蝕、常常加入礬土材料,使熔渣的局部粘度增大,并形成鎂鋁尖晶石和鎂鉻尖晶石及其混合物,粘附于襯磚的表面,以防止鋼水和熔渣的大量滲透,從而能提高襯里的使用壽命。
西德赫施鋼鐵公司多特蒙德廠180噸的DH裝置,主要處理電機鋼和變壓器鋼等鋼種。該裝置在發(fā)展初期,主要采用Al2O3含量為60~90%的高鋁磚、白云石磚或普通鎂磚作真空室襯里,使用壽命為100次左右。當采用低鐵鎂磚砌筑時,使用壽命約為200次;目前,易損部位普遍采用Cr2O3含量為10%和20%的熔融料鎂鉻磚砌筑,其余部位則用Cr2O3含量為20%的燒結(jié)料鎂鉻磚。未改進操作制度時,其襯里壽命為250~425次,改進操作后,使用壽命超過1000次,并已達到2000多次。真空室吸嘴襯體的使用壽命,1970年為60次,1976年8月達到250次。
英國塔爾伯特港某廠DH裝置于1970年投產(chǎn),主要處理定向硅鋼及其它電爐鋼。在精煉操作過程中,需加人大量的硅鐵,使熔渣堿性減弱,且脫氣處理時間長。因此,該裝置的襯里損毀嚴重,使用壽命低于100次;后來,真空室側(cè)墻隔熱厚度度由52毫米減少到38毫米,室底隔熱層由三層保溫板減為一層,并用Al2O3含量為83%的致密高鋁磚砌筑。室底工作層一直砌進側(cè)墻內(nèi),然后用鎂鉻質(zhì)耐火搗打料搗實找平,再砌側(cè)墻。在操作方面,先加含氧化鋁的材料,以便在工作層表面形成尖晶石保護層,然后加硅鐵,雖能產(chǎn)生酸性渣,但滲透較困難。精煉時應(yīng)合理控制真空室的溫度和壓力,精煉后要將鋼水和熔渣排除干凈,如有殘留物。應(yīng)用氮氣吹凈。由于采用上述各種措施,其襯里的使用壽命提高到180次左右。
其它國家DH裝置真空室及吸嘴的襯壁材質(zhì)、構(gòu)造型式和操作的演變情況,與西德和英國的基本類似。例如,1969年之前,日本DH裝置真空室襯里的壽命低于100次,吸嘴壽命低于50次;隨后,由于采用高質(zhì)量的鎂鉻磚砌筑真空室襯里,改進操作制度和實行熱噴補,使真空室鋼水區(qū)域的襯里壽命顯著提高,1973年為1322次,1975年達到1589次。真空室中、上部的襯里壽命達到3000~4000次;吸嘴襯體的壽命為40~100次,如用鎂鉻質(zhì)耐火噴涂料進行修補后,其壽命可達到1097次。下表為日本DH和RH裝置用堿性磚的性能和使用部位。
美國蒂姆告鋼鐵公司某廠180購DH裝置的真空室頂和側(cè)墻上部,采用MgO含量為97%的鎂磚作襯里,平均壽命分別為919 次和807次,最高壽命分別為1373次和1018次。真空室底和側(cè)墻中,下部的襯里,采用熔融料鎂鉻磚砌筑,平均壽命為382 次,最高為710次;吸嘴襯體采用高鋁質(zhì)的耐火澆注料澆灌,平均壽命為88次。最高為128次。
蘇聯(lián)馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司DH裝置真空室及吸嘴的襯里,采用再結(jié)合鎂鉻磚砌筑時,真空室襯里的使用壽命大于400次,吸嘴襯體壽命為80~90次,蝕損率為0.54~0.78毫米/次;另一公司300噸鋼包用DH裝置,真空室墻的使用壽命為800次以上,面底部襯里壽命約為450次,當操作溫度較高時降為150次左右,如采用合成渣洗時,室底部襯里壽命僅為50次左右;吸嘴襯體經(jīng)過適當修補后,其壽命可達到200~250次。應(yīng)當指出,蘇聯(lián)DH和RH裝置用的吸嘴外壁襯體,普遍采用高鋁水泥剛玉質(zhì)耐火搗打料搗制,使用壽命一般為120次。下表為蘇聯(lián)和奧地利DH裝置用堿性磚的性能。
綜上所述,真空提升脫氣裝置用耐火材料的發(fā)展趨勢主要是采用MgO-Cr2O3-Al2O3系統(tǒng)的直接結(jié)合磚、電熔再結(jié)合磚和半再結(jié)合磚,或者采用MgO-Ca0-C系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)制品,吸嘴等部位的襯體則用高鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)耐火澆注料和耐火搗打料,也可采用鎂鉻質(zhì)耐火搗打料。具體選用時,應(yīng)根據(jù)其使用條件和綜合成本而定,使之達到長壽和低耗的目的。