一、前言

循环管是RH炉真空室很重要的部件。由于高速循环钢水的剧烈冲击和温度的反复变化，以及结构的特殊性，真空室循环管的耐火材料成为整个RH炉特别薄弱的部分，真空室的使用寿命往往受到循环管的限制。

二、循环管的损坏及机理分析

钢厂有多条RH炉生产线，与不同的连铸机配套。此外，其他生产线RH炉的设定容量均高于100 t，目前钢厂使用的100 t RH炉容量不足，采用间歇生产方式，炉次之间间歇时间长，间歇真空室顶枪因机械故障无法有效烘烤，导致炉内温度波动大。该生产线采用机械泵抽真空方式，极限真空度为36 Pa。为了节省设备的反应时间，机械泵会在处理钢水前将压力预抽至30 kPa。处理开始时，钢水在预抽压力的作用下迅速上升并发生剧烈反应，高温钢水对循环管内表面产生剧烈冲击。通过跟踪循环管的使用状态进行跟踪，发现循环管头一环砖与浸渍管接触部位异常剥落熔化，形成环形沟槽，在使用过程中沟槽逐渐扩大加深，如图1(a)、(b)所示。

图1循环管槽的使用

一般情况下，循环管镁铬砖的损坏分为结构剥落和侵蚀，其损坏机理见表1。

表1循环管道的损坏机理

拆解使用过的循环管，将正常部分和凹槽部分各自制成切片，如图2(a)和(b)所示。两部分残砖分为渣层、渗透层和原砖层。

图2正常位置和凹槽位置的残砖横截面

镁铬砖显气孔率大，炉渣渗入镁铬砖基体中，在反应过程中会形成高熔点的复合尖晶石相使炉渣发粘，但不能形成一个整体，不能有效阻止炉渣的持续浸润。随着熔渣的渗入，砖形成渣层和渗透层，渣层表面凹凸不平，呈深褐色。渗透层厚度均匀，呈青灰色。在循环管正常部分使用70炉后，测量渣层、渗透层、原砖层和残砖的厚度。数据列在表2中。循环管正常部位镁铬砖破损率为0.714 mm/炉。

表2循环管道正常部件损坏数据

从图2(b)中可以看出，渣层、渗透层和原砖层之间有明显的平行于受热面的裂纹，且有呈片状剥落的趋势。炉渣侵蚀入砖形成的渗透层与原砖层有一定的密度差；当RH炉温度变化时，由于透气层与原砖层膨胀系数的差异，镁铬砖存在一定的体积变化；此外，渗入镁铬砖的铁的价态随温度变化，被钢渣侵蚀的镁铬砖受热膨胀不一，导致渣层、渗透层和原砖层之间产生横向裂纹，进而导致镁铬砖的结构剥落。分别测量该部位渣层、渗透层、原砖层、残砖厚度，数据见表3。该部位循环管镁铬砖破损率为1.714 mm/炉，明显高于正常部位。

表3循环管沟槽损坏数据

三、循环管道损坏原因分析

1、材质原因

拆下循环管后，发现同一个循环管镁铬砖只有浸渍管对接处附近熔损异常，其他部位正常，说明镁铬砖材质没有质量问题，需要从结构上查找原因。

2、间歇加热时，顶枪不能烘烤。

这条RH炉生产线生产能力不足，炉次间间歇时间长，RH炉顶枪上下运行频繁，会因枪卡而中断生产。所以目前没有选择炉间烤枪，但是这样会导致炉内温度快速下降，下一次冶炼开始后炉内温度会快速上升，温度波动较大。渗透层与原砖层的交界处会产生很大的应力，导致一些平行于热面的裂缝，从而使材料开裂剥落。

3、循环管浮砖和浸渍管沉砖

循环管砖上浮主要有三个原因。

(1)循环管砖密度为3.3 g/cm3，钢水密度为7 g/cm3。密度差大，循环管砖被钢水浮起，所以有上浮的趋势。

(2)砌筑循环管和下部槽时，头一圈砖与真空室底部耐火砖的预留间隙较小。耐火砖受热膨胀时，会在底槽砖和头一圈砖之间产生较大的挤压应力，处于不稳定状态。即使受到很小的向上的外力，也很容易诱发中间部分向上鼓起，也就是说头一圈砖向上浮动。

(3)高速向上流动的钢水对上升管循环管砖产生向上的摩擦力，会导致上升管循环管砖上浮。

浸渍管砖下沉主要是由于浸渍管砖组装过程中存在缺陷，缺少砖托板或砖与钢胆之间浇注料浇注过程中存在缺陷，导致使用过程中产生挤压应力而产生下沉。

现场拆除浸渍管和循环管后，循环管砖无上浮或下沉现象。使用后，浸渍管砖上表面与法兰面保持水平，循环管砖内部无分层现象，如图3、4所示。

图3汲取管的上表面

图4循环管道内部情况

4、热膨胀

将这批镁铬砖制成样品，测定其从室温到1 500℃的线膨胀率，如图5所示。从图中可以看出，镁铬砖的线膨胀率随着温度的升高而增大，在1 450℃时达到1.69%。

图5镁铬砖的线膨胀率

镁砖在高温下膨胀产生挤压应力，导致循环管与浸渍管的接触面被挤压，循环管砖的边角开裂。由于钢水的冲刷剥落，在冷热交替的使用过程中逐渐发展出沟槽，导致其提前损坏。

四、解决循环管道沟槽缺陷的方法

1、合理调配生产，提高RH炉使用效率，增加精炼炉次，缩短间歇时间，间歇期间采取顶枪烘烤措施，降低炉内温度波动。

2、监视循环管凹槽的熔化状态，在两炉之间的停机时间进行喷补，减缓凹槽的发展速度。

3、循环管和下部槽施工时，局部有合理的膨胀间隙，减缓镁铬砖膨胀挤压造成的局部剥落。具体措施是:①在循环管和浸渍管之间填充2 ~ 3 mm的铬刚玉火泥；②在循环管和首层工作层之间填充5 ~ 7 mm镁铬捣打料；③筋板以下的工作层由干砌改为湿砌；④筋板与工作层之间的缝隙用纤维棉填充，不使用填塞材料。

采用上述方法，使用时循环管内没有沟槽，每个真空室的使用寿命从70炉提高到100炉左右，延长了耐火材料的使用寿命，降低了生产成本。

五、结论

分析了RH炉循环管损坏的原因和机理，找出了解决循环管沟槽缺陷的方法。该问题的成功解决，延长了真空室的使用寿命，降低了生产成本，为企业创造了经济效益。

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