轉(zhuǎn)爐爐底厚度維護(hù)對(duì)爐襯壽命的影響分析

韓東亞

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

八鋼第二煉鋼廠有三座120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐襯采用目前國(guó)內(nèi)主流的綜合砌筑方式[1]。三座轉(zhuǎn)爐所生產(chǎn)的鋼種中成品碳含量小于0.08%的鋼種比例超過(guò)60%，成品磷含量小于0.015%的鋼種比例超過(guò)65%，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)要求嚴(yán)格，爐襯耐火磚熔損最高時(shí)可達(dá)0.09mm/爐，爐襯侵蝕極為嚴(yán)重。與此同時(shí)，三座轉(zhuǎn)爐熔池接縫砌筑采用“返平砌筑”方式，進(jìn)入爐役中后期，爐襯熔池接縫處厚度維持在150～200mm，時(shí)刻威脅轉(zhuǎn)爐的正常生產(chǎn)。為此，針對(duì)爐底厚度的維護(hù)，進(jìn)行了實(shí)踐探索。

1 八鋼第二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐砌筑情況

八鋼第二煉鋼廠根據(jù)爐身的不同部位采取不同材質(zhì)的耐火磚。爐帽MT2A，爐底MT16A，爐身MT18A，熔池MT18A，出鋼口MT14A。爐底工作層厚800mm，熔池工作層厚750mm，爐身在轉(zhuǎn)爐加料側(cè)120?的范圍內(nèi)用厚700mm的鎂碳磚(MT-18A)砌筑，其余厚650mm，爐帽厚650mm，爐身各段耐火磚的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 八鋼120t轉(zhuǎn)爐鎂碳磚理化指標(biāo)

在爐底與熔池連接段的砌筑上采用“返平砌筑”方式，返平磚合計(jì)6層，每層厚度60mm，最底層長(zhǎng)截面長(zhǎng)度僅為320mm，返平層具體砌筑如圖1所示。

2 爐底侵蝕對(duì)爐襯的影響

2.1 爐底侵蝕后加劇返平層的惡化

由于三座轉(zhuǎn)爐均采取“返平砌筑”，一旦爐底鎂碳磚厚度侵蝕≥60mm，第6層返平磚開(kāi)始侵蝕。如爐底鎂碳磚厚度侵蝕≥120mm，將帶來(lái)第5層返平磚的侵蝕。由圖1可看出，如此往復(fù)，返平部位的鎂碳磚長(zhǎng)度將接連受侵蝕縮短，導(dǎo)致?tīng)t襯整個(gè)返平區(qū)域受損嚴(yán)重，隨著爐齡的持續(xù)增大，爐內(nèi)鋼水距離永久層的斜線距離（∠45°）將急劇縮短，導(dǎo)致熔池部位穿鋼的可能性直線升高。

圖1 返平層砌筑圖

2.2 爐底侵蝕后爐型急劇變化

受爐底侵蝕的影響，整個(gè)爐襯內(nèi)部的濺渣層會(huì)隨之變化[2]，整個(gè)爐型將呈現(xiàn)出“梨型”，如圖2即下大上小。此種爐型會(huì)在冶煉過(guò)程中影響氧氣股流的攪拌效果，尤其是終點(diǎn)需要提高供氧強(qiáng)度以保證鋼水在終點(diǎn)來(lái)臨前充分?jǐn)噭?，不利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作。

圖2 爐底侵蝕加劇后的爐型狀況

2.3 濺渣效果惡化

如轉(zhuǎn)爐爐底侵蝕加劇后，在同等渣量的情況下，濺渣過(guò)程中爐內(nèi)爐渣會(huì)在冷卻的作用下沉積在爐底[3]，致使濺到熔池和爐身部位的渣量減少，濺渣層厚度隨之變薄，一旦爐底的爐渣熔化后會(huì)加劇爐襯的進(jìn)一步惡化。

3 爐底侵蝕的原因

第二煉鋼廠對(duì)2010年至2015年間三座轉(zhuǎn)爐15個(gè)爐役進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，剔除低碳鋼種冶煉的不可抗拒因素外，認(rèn)為爐底侵蝕的主要有三方面的影響。

3.1 出鋼過(guò)程中爐內(nèi)留鋼的影響

八鋼三座120t轉(zhuǎn)爐在出鋼過(guò)程中均采取擋渣棒擋渣，遇到低磷、低碳品種鋼或擋渣棒擋渣失敗時(shí)，煉鋼工會(huì)采取“留鋼水”操作。鋼水密度約為鋼渣密度的2倍[4]，濺渣過(guò)程中鋼水沉積在鋼渣下部，即便采取“調(diào)渣”或延長(zhǎng)濺渣時(shí)間的方式將爐渣濺干，氮?dú)鈹嚢柽^(guò)程中爐內(nèi)殘余的鋼水仍會(huì)對(duì)爐底造成侵蝕。同時(shí)，濺渣后鋼渣較稀，不利于爐底上漲。

3.2 終點(diǎn)拉碳槍位的影響

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)為了均勻爐內(nèi)鋼水溫度、成分及留碳，會(huì)采取適當(dāng)?shù)慕档筒僮鳂屛弧Ｈ缋紭屛豢刂戚^高，爐內(nèi)鋼水不但得不到充分?jǐn)嚢?，同時(shí)會(huì)造成爐渣中TFeO無(wú)法有效還原進(jìn)入鋼水，致使?fàn)t渣較稀，不利于濺渣護(hù)爐。如終點(diǎn)槍位控制較低，氧氣股流會(huì)對(duì)爐底直接造成侵蝕。

3.3 終渣成分的影響

轉(zhuǎn)爐爐渣的堿度和渣中MgO、TFeO含量直接影響到濺渣護(hù)爐的效果。通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析，三座轉(zhuǎn)爐在冶煉不同鋼種時(shí)轉(zhuǎn)爐爐渣的性質(zhì)和爐底耐火磚的熔損截然不同，如表2所示。冶煉低碳、低磷鋼時(shí)，爐底侵蝕加劇明顯。冶煉高碳、高磷系列鋼種時(shí)，爐底不降反長(zhǎng)。究其原因，爐渣性質(zhì)尤為關(guān)鍵。

表2 冶煉不同鋼種終渣對(duì)爐襯侵蝕的影響

4 爐底維護(hù)措施

4.1 精確控制終點(diǎn)拉碳槍位

為了兼顧轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐內(nèi)鋼水?dāng)嚢璧木鶆蛐院徒K渣狀態(tài)，第二煉鋼廠采用賀利氏激光測(cè)厚儀對(duì)爐襯厚度在每班進(jìn)行次測(cè)量，通過(guò)測(cè)厚儀模型準(zhǔn)確計(jì)算出爐內(nèi)“液位”，同時(shí)制定了冶煉過(guò)程中和終點(diǎn)控制的槍位參照表供煉鋼工執(zhí)行，如表3所示。

4.2 采取爐渣“生鐵改質(zhì)”工藝

轉(zhuǎn)爐堿性爐渣的粘附性會(huì)隨著溫度的降低急劇增加。如果能夠在濺渣前對(duì)爐渣進(jìn)行合理降溫，可大大提高轉(zhuǎn)爐的濺渣效果。在實(shí)際冶煉低碳、低磷鋼種時(shí)，“生鐵改質(zhì)”工藝可達(dá)到極佳的效果。

在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)不斷的試驗(yàn)，八鋼煉鋼摸索出一種新型的補(bǔ)爐工藝，即“生鐵改制”工藝。就是在出鋼結(jié)束后，通過(guò)廢鋼斗加入1.5～2.t的生鐵塊（生鐵塊規(guī)格及元素含量見(jiàn)表4），通過(guò)搖動(dòng)轉(zhuǎn)爐迅速將生鐵折到前大面的薄弱處，在爐內(nèi)靜置2～4min，生鐵熔化過(guò)程中一方面吸收了鋼渣的熱量，增加爐渣的粘度。改善濺渣渣系，配合生鐵的降溫效果可大幅度提升濺渣效果。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，“鋪生鐵”工藝具有耗時(shí)短、節(jié)奏靈活、效果顯著的特點(diǎn)。與此同時(shí)，爐前熔融后的生鐵在濺渣過(guò)程中會(huì)再次溫降凝固成為生鐵塊夾雜在濺渣層下，加入廢鋼及兌加鐵水過(guò)程中能夠有效的抵御廢鋼與鐵水的物理沖擊，是的爐底厚度得到急速的穩(wěn)定。

表3 八鋼120t轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程槍位參照表

表4 生鐵塊規(guī)格及元素含量

4.3 采取“渣補(bǔ)”工藝

“渣補(bǔ)”工藝是指在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)間隙或檢修的情況下，將濺渣后的爐渣均勻的鋪在爐襯的薄弱點(diǎn)，后靜置2h～4h，使?fàn)t渣牢固的粘附在爐襯薄弱處。采取“渣補(bǔ)”工藝時(shí)，轉(zhuǎn)爐爐渣FeO含量控制在15%～20%，終渣MgO控制在9%～12%，濺渣時(shí)間控制在2～3min，濺渣后視爐內(nèi)渣量的多少將爐渣均勻的鋪在爐內(nèi)，將爐體垂直后靜置一段時(shí)間可正常冶煉。實(shí)施過(guò)程中需要注意鋪渣時(shí)間，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致渣層出現(xiàn)斷裂，時(shí)間過(guò)短爐渣難以有效附著，影響鋪渣效果。2017年，八鋼第二煉鋼廠通過(guò)“渣補(bǔ)”工藝將補(bǔ)爐料消耗降低至0.79kg/t，創(chuàng)造了爐役后期單爐座20天未補(bǔ)爐的記錄，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率提高至85%以上。

4.4 加強(qiáng)擋渣操作

擋渣效果的優(yōu)劣對(duì)爐底控制有著顯著的影響[5]。為了提高擋渣效果，首先第二煉鋼廠重新對(duì)擋渣棒的尺寸及球體的密度進(jìn)行了調(diào)整（如圖3所示）。第二，每次更換出鋼口后對(duì)擋渣角度進(jìn)行校驗(yàn)，提高擋渣成功率。再者，改變擋渣棒的制作方式，將原有的整體組裝好的擋渣棒拉運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)使用改變?yōu)樵诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，以此來(lái)降低整體擋渣棒在運(yùn)輸裝卸過(guò)程中的松動(dòng)或耐材脫落風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 重新設(shè)計(jì)后的擋渣棒

采取一系列措施后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，爐底厚度穩(wěn)定控制在800～1000mm時(shí)，轉(zhuǎn)爐濺渣效果明顯改觀，爐襯壽命顯著提高。2017～2018年，八鋼三座120t轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)全爐役底吹的同時(shí)保證了爐襯安全退役，3#轉(zhuǎn)爐爐襯壽命達(dá)到10000爐以上，拆爐過(guò)程中爐襯殘磚的最薄厚度仍達(dá)到245mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）八鋼120t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，爐底厚度指標(biāo)對(duì)整個(gè)爐役的爐襯安全有著至關(guān)重要的影響。

（2）在爐襯厚度維持在800～1000mm時(shí)，轉(zhuǎn)爐的濺渣效果得到明顯改善。

（3）爐底厚度維持在一定區(qū)間，爐襯安全可得到保障，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率大幅提高，耐材消耗有效降低。