狹縫型透氣磚具有氣流穩定,反向衝擊力小,材料緻密,強度高等優點,廣泛應用於國內各類鋼包。狹縫型透氣磚是在澆注過程中預設可燒失有機物條帶,控制條帶厚度和寬度來調整高溫燒後狹縫的數量以及厚度,來保證透氣量,達到吹通的目的。因此,狹縫的設置方式及其尺寸對吹成效果有重要的影響。常見的狹縫類型有條形狹縫和環形狹縫,其分布也有星形、螺旋狀、管狀以及八卦狀等多種類型。
狹縫型透氣磚在使用中,經常會遇到狹縫尺寸變化和狹縫堵塞,造成透氣流量低甚至不通氣,需增大吹氣壓力導致出現前堵後頂現象,引起裂紋擴張造成透氣磚串氣;其次,由於鋼包間歇式操作和大量冷氣流通過,熱震導致的熱應力在狹縫處集中,容易造成透氣磚的橫斷和剝落現象,鋼液滲入斷裂層,需要吹氧清洗,加速了透氣磚的損毀,造成透氣磚功能喪失,如圖1所示。
1、狹縫型透氣磚的研究現狀
佟曉軍等認為狹縫型透氣磚損毀主要受到熱應力和衝刷磨損作用的影響。針對其損毀原因,設計了以板狀剛玉為主要原料,加入適量氧化鉻在高溫下形成固溶體,提高了其高溫機械性能,延長了使用壽命。J.Kondo等研製了一種仙人掌狀狹縫透氣磚,再加上吹氣控制裝置,有效減少了鋼水對狹縫的滲透,降低了鋼水對磚的侵蝕和吹氧清燒的程度,延長了透氣磚的使用壽命。
圖1透氣磚典型異常損毀
劉輝敏等用有限元法對透氣磚狹縫位置進行了模擬分析,發現高應力區域主要集中在狹縫四周。當透氣磚直徑為140mm,狹縫徑向位置為5~10mm、狹縫偏轉角度為30~45°時,透氣磚的熱應力梯度較低。
周建安等通過建立數學模型對狹縫式透氣磚內部的氣流速度分布規律和阻力進行了研究。結果表明,狹縫的設計對透氣磚的使用性能有較大影響,尤其是狹縫厚度影響最大,狹縫厚度一般應控制在0.15~0.20mm左右,對於粘度相對較低的鋼種,狹縫厚度一般小於0.15mm。
YangWG等通過數值模擬研究了不同狹縫分布對熱應力的影響,狹縫布局如圖2所示。研究表明,最佳狹縫布局為方案D。通過實際應用,與方案B相比,改良的透氣磚使用壽命提高了40%。
圖2狹縫結構的最佳化設計
王龍等等研究表明,尖晶石的加入可顯著改善材料的抗熱震性,但其加入量過大時不僅影響材料的高溫體積穩定性,也會影響其抗渣性。環形狹縫具有更好的透氣性能,吹通率達到100%,同時透氣磚使用壽命也有明顯提高。
2、狹縫型透氣磚的應用
寇志奇等通過對材質和結構的研究,加入少量微粉和氧化鉻,選定縫寬為0.20mm、縫數為36和縫長18mm製備了狹縫型透氣磚。該磚在精煉鋼包應用表明,該磚具有透氣性能優良,氣體流量控制準確、抗侵蝕性能優良等特點,滿足了冶煉不同時期對攪拌氣體流量的要求。
賈全利等在原位氮化反應製備SiAlON結合剛玉澆注料的基礎上研發了氮化物結合剛玉質透氣磚。該磚在VOD鋼包和LF鋼包上進行了批量應用,結果表明該新型材質的透氣磚具有吹通率高、易清洗、操作方便、蝕損率低等特點,使用壽命比現有剛玉-尖晶石質透氣磚提高10%~15%。
劉加善以板狀剛玉為主要原料製備了狹縫型透氣磚,應用於40tLF鋼包上。平均使用次數超過70次,開吹率100%,無夾鋼現象,抗衝刷及耐侵蝕性能良好,達到了與鋼包同步的效果。
嶽衛東等通過配方優化、高溫燒成等手段,研製了性能和使用效果均優於傳統鉻剛玉質透氣磚的剛玉-尖晶石質透氣磚。分別在兩個鋼廠的160tLF精煉包中實際應用,使用壽命均優於同鋼廠使用的鉻剛玉質透氣磚,推動了無鉻化的研究進展。
李遠兵等以剛玉-尖晶石透氣磚與鉻剛玉透氣磚在武漢第二煉鋼廠鋼包進行使用對比。剛玉-尖晶石透氣磚具備更好的熱震穩定性,降低了使用過程中狹縫變大對透氣磚的影響,同時剛玉-尖晶石透氣磚平均蝕損速度為最低,底吹率超過98%。