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提高真空循环脱气炉插入管寿命的方法
    【技术领域】

    本发明属于冶金生产炉外精炼技术领域，特别涉及一种真空循环脱气炉插入管寿命提高的方法。

    背景技术

    在连铸生产过程中，真空处理是一种在深真空条件下脱碳、脱氧、脱气、合金化的一种处理工艺，对插入管的要求极为苛刻。目前，现有的插入管一般是由镁铬砖、钢结构、浇注料等材料构成，存在的主要问题是使用寿命低，平均寿命仅为38炉/次，由此造成真空室提前下线维修。主要原因有：一是插入管结构不合理，镁铬砖、钢结构、浇注料等之间膨胀系数差异大，浇注料内部设置的锚爪布置方向相对单一，局部方向应力集中，得不到有效释放，不能很好消除它们之间各个方向的应力。在钢水条件下连续化生产，导致刚玉浇注料产生裂纹后脱落，托砖环处镁铬砖脱落。二是由于钢水顶渣中富集大量的FeO、MnO，氧化性非常强，强氧化性的顶渣与真空室插入管接触，造成插入管耐火材料被逐渐侵蚀；加上高温钢水对相对低温的插入管强烈的热镇作用，导致真空室插入管寿命长期以来一直是生产的限制性环节。尤其是生产超低碳钢，由于钢水顶渣中FeO、MnO含量较高，对刚玉质浇注料以及镁铬砖侵蚀非常严重，现有技术的刚玉质浇注料中Al₂O₃成分含量为85％，镁铬砖中铬含量为20％，已不能满足要求。三是插入管在连续化生产过程中的维护方法不科学。插入管使用几次后必须要对内、外管耐材部分进行修补维护。现有技术修补插入管的方法是通过喷补机将喷补料和水的混合物喷到插入管内外表面，但由于机器喷补自身的缺点，插入管下口等重点侵蚀部位无法进行喷补。因此，利用机械喷补后的插入管实际效果不好，修补层起不到保护作用。经过钢水冲涮后，从插入管下口为产生缺陷的起始点，不断进行扩展，随之带来了插入管寿命低下的问题曝露，成为影响超低碳钢生产的主要因素，严重影响正常生产。

    另外，从下线的真空室插入管的缺陷机理分析，还有一个原因就是由于插入管与底部槽结合面对接不合理，造成钢水进入结合部，形成起始缺陷点。

    为了解决真空室插入管生产超低碳钢寿命低的问题，需要对插入管本体质量、生产工艺过程控制、插入管使用后的喷补维护等方面进行细致有效的控制。

    【发明内容】

    本发明的目的是针对现有技术存在的不足而提供了一种提高真空循环脱气炉插入管寿命的方法，根据超低碳钢顶渣中氧化性强的特点，通过对真空循环脱气炉插入管的设计、选材与制作，确保插入管具有高强的抗热镇性能与抗冲刷性能；通过对在线插入管的维护与真空处理工艺优化，实现插入管寿命的提高；通过结合耐火材料与钢水间抗热镇与抗侵蚀的工艺研究，解决了生产超低碳钢插入管寿命低的问题，实现超低碳钢连续化生产。本发明适用于真空处理生产的所有品种，尤其对生产100％超低碳钢品种效果更为显著。

    本发明的技术方案包括插入管的结构设计、选材以及维护方法等部分内容：

    所述插入管的结构，包括镁铬砖、刚玉浇注料、钢结构、锚爪、托砖环、填充料、联接法兰、提升气体管等，其特征在于：

    1.锚爪采用材质为20g的钢筋制作，长度为50～70mm，角度为50～70°，在浇注刚玉料前将其焊接在钢结构件表面，分布在钢结构各个方向，以便消除不同方向产生的应力，防止刚玉浇注料形成裂纹。

    2.钢结构采用材质为20g的耐热、耐压合金钢，厚度规格为≥25mm，即能保证钢结构框架的稳定性，又有很好的耐压性能。选取合适的厚度，能够保证与内部镁铬砖、外部刚玉浇注料间膨胀系数相匹配，防止产生裂纹、掉砖。

    3.插入管内管采用镁铬砖衬于钢结构内部，将镁铬砖中的铬含量控制在20～30％，以确保插入管内部的镁铬砖具有足够的抗击钢水冲刷的能力。

    4.刚玉浇注料成分含量重量百分比为：Al₂O₃≥95％，SiO₂≤0.6％，FeO≤0.5％，TiO₂≤0.3％，K₂O≤0.1％，其中Al₂O₃成分比现有刚玉浇注料提高了10％，增强刚玉浇注料的热稳定性。由于刚玉浇注料分布在钢结构外侧，与锚爪浇注在一起，在真空处理条件下，必须具有良好的热稳定性，才能够有效防止插入管出现裂纹、掉料、掉砖。

    在插入管与真空室底部槽对接时，首先必须保证真空室底部槽法兰水平度，防止法兰存在偏差造成缝隙大钻钢；其次，必须保证真空室底部槽镁铬砖与插入管上表面镁铬砖的平面度，实现对接后间隙低于钢水表面张力，防止钻钢。

    所述真空循环脱气炉插入管维护方法包括在线热喷补与钢水顶渣热补技术，其特征在于：

    1.插入管在线热喷补技术，是采用机械与人工双重喷补，机器喷补可以将插入管大面积进行修补，而对于受钢水冲刷最为严重的下口喷补效果很差，为此再采用人工进行辅助喷补，可对机器所不能喷到的位置进行重点维护，有效地解决了插入管下口侵蚀严重的问题。

    2.插入管钢水顶渣热补技术，是在生产超低碳钢间隙时间，利用低硅铝镇静钢进行往复蘸插入管，使插入管内外表面粘有大量的低硅铝镇静钢顶渣，此顶渣中含有约40％以上的Al₂O₃成分，该顶渣中的各种组元对刚玉质浇注料起到很好的保护作用，另外热渣补中的热量将喷补料与低硅铝镇静钢顶渣烧结在一起，形成一个复合保护层，进一步降低了插入管的侵蚀速度。

    本发明同现有技术相比具有如下优点：

    1.结构设计合理，由于锚爪分布在钢结构各个方向，有利于消除不同方向产生的应力，防止刚玉浇注料形成裂纹，确保插入管具有高强的抗热镇性能与抗冲刷性能。

    2.材质选配得当，钢结构材质选用耐热、耐压合金钢，具有良好的稳定性能及耐压性能，能够保证与内部镁铬砖、外部刚玉浇注料间膨胀系数相匹配，防止产生裂纹、掉砖。

    3.维护技术先进，工艺控制优化，实现插入管寿命的提高，平均寿命由现有技术的38次提高到93次，其中最长寿命达到115次以上，即节约了成本，又降低了维修费用，为企业赢得了可观的经济效益。

    【附图说明】

    附图为真空循环脱气炉插入管纵向剖面图

    图中：1镁铬砖，2刚玉浇注料，3钢结构，4锚爪，5托砖环，6填充料，7联接法兰，8提升气体管。

    【具体实施方式】

    根据本发明提供的技术方案并结合附图中的实施例对本发明加以详细描述：

    插入管包括镁铬砖1、刚玉浇注料2、钢结构3、锚爪4、托砖环5、填充料6、联接法兰7、提升气体管8等部件，其中：锚爪4采用20g材质钢筋制成，长度为60mm，角度为60°，分布在钢结构3表面各个方向；钢结构3材质采用20g，厚度规格为25mm；插入管内管采用镁铬砖1衬于钢结构3内部，内衬镁铬砖1当中的铬含量为26％；刚玉浇注料2成分含量(按重量百分比)为：Al₂O₃98.7％，SiO₂ 0.5％，FeO 0.4％，TiO₂ 0.3％，K₂O 0.1％，尺寸设计高度为850mm、厚度为135mm，分布在钢结构3外侧，与锚爪4浇注在一起；提升气体管8分两排共10个、直径为3mm、材质为1Cr18Ni9Ti的不锈钢管，它分布在镁铬砖1内部环形位置，经过钢结构3在刚玉浇注料2内部从上方引出，汇总成一个氩气总管，由此吹入氩气，实现钢水循环，进入真空室底部槽。

    插入管制作工艺，先将托砖环5焊接在钢结构3下部，锚爪4焊接在钢结构3外侧，焊接时要保证锚爪4不同方向；然后将钢结构件3牢固放置水平，镁铬砖1按照各部分位置砌于钢结构3内部，要求砖缝小于0.5mm，砌筑镁铬砖1前与结构件3之间要添加填充料6，自然干燥24小时，将提升气体管8沿着钢结构3安装好，放入插入管浇注模具中浇注刚玉浇注料2，刚玉浇注料2将锚爪4、提升气体管8埋入其中，自然干燥72小时以上，放入干燥炉内进行烘干120小时，浇注料内水分充分排出，使镁铬砖1、刚玉浇注料2、钢结构件3、锚爪4等各部件充分接合。出炉降温后，对插入管与底部环流管结合面进行修磨，保证平整度；再将联接法兰7与真空室底部槽法兰对接，实现对接后间隙小于0.5mm。

    插入管的维修是采用在线热喷补与钢水顶渣热补相结合的方法，在真空室生产结束后，立即对插入管进行在线热喷补，选择材质为MgO的复合物对内、外管进行机械加人工喷补，喷补上的料经过3小时烧结，形成喷补料涂层。然后再根据实际插入管的状态采用钢水顶渣热补，利用低硅铝镇静钢进行往复蘸插入管，使插入管内外表面粘有大量的低硅铝镇静钢顶渣，此顶渣中含有50％的Al₂O₃成分，对刚玉质浇注料起到很好的保护作用。修补后重新组织下一炉次生产，按此种方法循环。

    真空室经过一个炉役期的周转运行，插入管寿命达到102次，考虑真空室底部槽及循环管寿命，进行下线大修更换。

    在生产超低碳钢过程中，由于各种合金及脱氧产物所呈现的酸碱性不同，可以在保证不影响真空处理效果的基础上优化各种合金的加入顺序及循环时间，以减少对插入管耐火材料的影响。

    试验表明，本发明提供的真空循环脱气炉插入管设计、安装、维护及工艺优化方式是可行的，使用寿命的提高已超过了预期目标，应用效果良好。