一、前言

循環(huán)管是RH爐真空室很重要的部件。由于高速循環(huán)鋼水的劇烈沖擊和溫度的反復(fù)變化，以及結(jié)構(gòu)的特殊性，真空室循環(huán)管的耐火材料成為整個(gè)RH爐特別薄弱的部分，真空室的使用壽命往往受到循環(huán)管的限制。

二、循環(huán)管的損壞及機(jī)理分析

鋼廠有多條RH爐生產(chǎn)線，與不同的連鑄機(jī)配套。此外，其他生產(chǎn)線RH爐的設(shè)定容量均高于100 t，目前鋼廠使用的100 t RH爐容量不足，采用間歇生產(chǎn)方式，爐次之間間歇時(shí)間長，間歇真空室頂槍因機(jī)械故障無法有效烘烤，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度波動大。該生產(chǎn)線采用機(jī)械泵抽真空方式，極限真空度為36 Pa。為了節(jié)省設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間，機(jī)械泵會在處理鋼水前將壓力預(yù)抽至30 kPa。處理開始時(shí)，鋼水在預(yù)抽壓力的作用下迅速上升并發(fā)生劇烈反應(yīng)，高溫鋼水對循環(huán)管內(nèi)表面產(chǎn)生劇烈沖擊。通過跟蹤循環(huán)管的使用狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)循環(huán)管頭一環(huán)磚與浸漬管接觸部位異常剝落熔化，形成環(huán)形溝槽，在使用過程中溝槽逐漸擴(kuò)大加深，如圖1(a)、(b)所示。

圖1循環(huán)管槽的使用

一般情況下，循環(huán)管鎂鉻磚的損壞分為結(jié)構(gòu)剝落和侵蝕，其損壞機(jī)理見表1。

表1循環(huán)管道的損壞機(jī)理

拆解使用過的循環(huán)管，將正常部分和凹槽部分各自制成切片，如圖2(a)和(b)所示。兩部分殘磚分為渣層、滲透層和原磚層。

圖2正常位置和凹槽位置的殘磚橫截面

鎂鉻磚顯氣孔率大，爐渣滲入鎂鉻磚基體中，在反應(yīng)過程中會形成高熔點(diǎn)的復(fù)合尖晶石相使?fàn)t渣發(fā)粘，但不能形成一個(gè)整體，不能有效阻止?fàn)t渣的持續(xù)浸潤。隨著熔渣的滲入，磚形成渣層和滲透層，渣層表面凹凸不平，呈深褐色。滲透層厚度均勻，呈青灰色。在循環(huán)管正常部分使用70爐后，測量渣層、滲透層、原磚層和殘磚的厚度。數(shù)據(jù)列在表2中。循環(huán)管正常部位鎂鉻磚破損率為0.714 mm/爐。

表2循環(huán)管道正常部件損壞數(shù)據(jù)

從圖2(b)中可以看出，渣層、滲透層和原磚層之間有明顯的平行于受熱面的裂紋，且有呈片狀剝落的趨勢。爐渣侵蝕入磚形成的滲透層與原磚層有一定的密度差；當(dāng)RH爐溫度變化時(shí)，由于透氣層與原磚層膨脹系數(shù)的差異，鎂鉻磚存在一定的體積變化；此外，滲入鎂鉻磚的鐵的價(jià)態(tài)隨溫度變化，被鋼渣侵蝕的鎂鉻磚受熱膨脹不一，導(dǎo)致渣層、滲透層和原磚層之間產(chǎn)生橫向裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)剝落。分別測量該部位渣層、滲透層、原磚層、殘磚厚度，數(shù)據(jù)見表3。該部位循環(huán)管鎂鉻磚破損率為1.714 mm/爐，明顯高于正常部位。

表3循環(huán)管溝槽損壞數(shù)據(jù)

三、循環(huán)管道損壞原因分析

1、材質(zhì)原因

拆下循環(huán)管后，發(fā)現(xiàn)同一個(gè)循環(huán)管鎂鉻磚只有浸漬管對接處附近熔損異常，其他部位正常，說明鎂鉻磚材質(zhì)沒有質(zhì)量問題，需要從結(jié)構(gòu)上查找原因。

2、間歇加熱時(shí)，頂槍不能烘烤。

這條RH爐生產(chǎn)線生產(chǎn)能力不足，爐次間間歇時(shí)間長，RH爐頂槍上下運(yùn)行頻繁，會因槍卡而中斷生產(chǎn)。所以目前沒有選擇爐間烤槍，但是這樣會導(dǎo)致爐內(nèi)溫度快速下降，下一次冶煉開始后爐內(nèi)溫度會快速上升，溫度波動較大。滲透層與原磚層的交界處會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致一些平行于熱面的裂縫，從而使材料開裂剝落。

3、循環(huán)管浮磚和浸漬管沉磚

循環(huán)管磚上浮主要有三個(gè)原因。

(1)循環(huán)管磚密度為3.3 g/cm3，鋼水密度為7 g/cm3。密度差大，循環(huán)管磚被鋼水浮起，所以有上浮的趨勢。

(2)砌筑循環(huán)管和下部槽時(shí)，頭一圈磚與真空室底部耐火磚的預(yù)留間隙較小。耐火磚受熱膨脹時(shí)，會在底槽磚和頭一圈磚之間產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。即使受到很小的向上的外力，也很容易誘發(fā)中間部分向上鼓起，也就是說頭一圈磚向上浮動。

(3)高速向上流動的鋼水對上升管循環(huán)管磚產(chǎn)生向上的摩擦力，會導(dǎo)致上升管循環(huán)管磚上浮。

浸漬管磚下沉主要是由于浸漬管磚組裝過程中存在缺陷，缺少磚托板或磚與鋼膽之間澆注料澆注過程中存在缺陷，導(dǎo)致使用過程中產(chǎn)生擠壓應(yīng)力而產(chǎn)生下沉。

現(xiàn)場拆除浸漬管和循環(huán)管后，循環(huán)管磚無上浮或下沉現(xiàn)象。使用后，浸漬管磚上表面與法蘭面保持水平，循環(huán)管磚內(nèi)部無分層現(xiàn)象，如圖3、4所示。

圖3汲取管的上表面

圖4循環(huán)管道內(nèi)部情況

4、熱膨脹

將這批鎂鉻磚制成樣品，測定其從室溫到1 500℃的線膨脹率，如圖5所示。從圖中可以看出，鎂鉻磚的線膨脹率隨著溫度的升高而增大，在1 450℃時(shí)達(dá)到1.69%。

圖5鎂鉻磚的線膨脹率

鎂磚在高溫下膨脹產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致循環(huán)管與浸漬管的接觸面被擠壓，循環(huán)管磚的邊角開裂。由于鋼水的沖刷剝落，在冷熱交替的使用過程中逐漸發(fā)展出溝槽，導(dǎo)致其提前損壞。

四、解決循環(huán)管道溝槽缺陷的方法

1、合理調(diào)配生產(chǎn)，提高RH爐使用效率，增加精煉爐次，縮短間歇時(shí)間，間歇期間采取頂槍烘烤措施，降低爐內(nèi)溫度波動。

2、監(jiān)視循環(huán)管凹槽的熔化狀態(tài)，在兩爐之間的停機(jī)時(shí)間進(jìn)行噴補(bǔ)，減緩凹槽的發(fā)展速度。

3、循環(huán)管和下部槽施工時(shí)，局部有合理的膨脹間隙，減緩鎂鉻磚膨脹擠壓造成的局部剝落。具體措施是:①在循環(huán)管和浸漬管之間填充2 ~ 3 mm的鉻剛玉火泥；②在循環(huán)管和首層工作層之間填充5 ~ 7 mm鎂鉻搗打料；③筋板以下的工作層由干砌改為濕砌；④筋板與工作層之間的縫隙用纖維棉填充，不使用填塞材料。

采用上述方法，使用時(shí)循環(huán)管內(nèi)沒有溝槽，每個(gè)真空室的使用壽命從70爐提高到100爐左右，延長了耐火材料的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。

五、結(jié)論

分析了RH爐循環(huán)管損壞的原因和機(jī)理，找出了解決循環(huán)管溝槽缺陷的方法。該問題的成功解決，延長了真空室的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

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