新型透氣性爐底修補(bǔ)料在煉鋼中的應(yīng)用與實踐

郭小龍，丁立豐，朱 榮，丁國慧，孟德偉，陳 香

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2.北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083）

目前，頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量占整個轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的大部分，在國內(nèi)外獲得了很大的發(fā)展[1-3]。轉(zhuǎn)爐爐底是轉(zhuǎn)爐爐體的重要組成部分，轉(zhuǎn)爐爐底在日常生產(chǎn)冶煉過程使用處于負(fù)重、高溫狀態(tài)，導(dǎo)致爐底侵蝕快。在爐役中后期，采用濺渣護(hù)爐方法保護(hù)爐襯的過程中造成底吹供氣元件堵塞，影響底吹效果。轉(zhuǎn)爐爐底是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉技術(shù)的核心部位[4]，全爐役底吹暢通、底吹供氣元件壽命與爐齡不同步等問題仍然是保證頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉效果的關(guān)鍵性問題[5-6]。為此某鋼廠嘗試應(yīng)用了一種新型透氣性爐底修補(bǔ)料，針對該新型轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料現(xiàn)場工業(yè)試驗的應(yīng)用技術(shù)數(shù)據(jù)和實踐效果進(jìn)行了科學(xué)分析與評價，以期對今后的生產(chǎn)應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 當(dāng)前狀況及存在問題

1.1 當(dāng)前狀況及生產(chǎn)要求

現(xiàn)有5座300 t大型轉(zhuǎn)爐、2座RH精煉爐、2座CAS精煉爐，1座LF精煉爐、4臺雙流板坯連鑄機(jī)，年產(chǎn)鋼量約860萬t，主要產(chǎn)品以汽車板用鋼、馬口鐵、家電板用鋼、高強(qiáng)鋼、管線鋼為主，其中汽車板用鋼、冷軋基料、家電板用鋼等冷軋品種鋼的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的70%以上。這些品種對煉鋼工藝的要求非?？量?，既要求轉(zhuǎn)爐低碳出鋼，又要求轉(zhuǎn)爐終點氧含量低，所以對轉(zhuǎn)爐煉鋼保持底吹裸露，維持底吹攪拌效果提出了更高的要求。

1.2 原有修補(bǔ)料應(yīng)用問題

現(xiàn)有的技術(shù)中大多采用自流冷補(bǔ)料補(bǔ)護(hù)爐底的方法進(jìn)行爐底維護(hù)，也有采用填充鎂碳耐火磚、生鐵塊與爐渣凝結(jié)、填充料燒結(jié)、噴吹氮氣使?fàn)t襯表面掛渣等方法，但上述方法均不能保證良好的底吹通透性以及鋼水成分的穩(wěn)定控制，同時對燒結(jié)時間要求較高。普通的轉(zhuǎn)爐補(bǔ)護(hù)方法已不能滿足快節(jié)奏生產(chǎn)條件下爐底維護(hù)。

2 新型修補(bǔ)料的開發(fā)

2.1 新型修補(bǔ)料的要求與物理指標(biāo)

新型修補(bǔ)料主要用于轉(zhuǎn)爐爐底、透氣磚、座磚和滑板磚等部位的冷熱修補(bǔ)。其技術(shù)要求是透氣性好、強(qiáng)度高、流動性好、易燒結(jié)。關(guān)鍵核心技術(shù)是顆粒級配和自反應(yīng)、自燒結(jié)程度的控制，這樣才能獲得良好的透氣效果。因此，在設(shè)計修補(bǔ)料配方時，首先應(yīng)考慮選擇級配合理的連續(xù)顆粒，通過調(diào)整各粒級配合的比例達(dá)到盡可能合理的填充密度來提高透氣性。

2.2 新型修補(bǔ)料設(shè)計方案

根據(jù)配料經(jīng)驗，試驗以一級電熔鎂砂、中檔鎂砂和燒結(jié)尖晶石為主料，添加少量超微粉，采用瀝青+樹脂復(fù)合有機(jī)結(jié)合劑并添加促硬劑和防爆纖維。顆粒級配以調(diào)整布料中大顆粒1～3 mm和中粒徑0～1 mm鎂砂組成為主設(shè)計了4 組配方，并依次檢測配方的物理性能以觀察其變化規(guī)律并與普通補(bǔ)爐料進(jìn)行對比。

2.3 新型修補(bǔ)料檢測結(jié)果

新型修補(bǔ)料的試驗配比和物理性能檢測結(jié)果見表1。

表1 新型修補(bǔ)料的試驗配比和物理性能

圖1為中粒徑顆粒加入量與現(xiàn)場使用較為關(guān)鍵的透氣度和高溫抗折強(qiáng)度關(guān)系。由圖1可得，隨著大粒徑加入量的減少，中粒徑加入量的增加，透氣度呈明顯下降趨勢，而高溫抗折強(qiáng)度變化不大，綜合考慮下選擇1號配方作為工業(yè)試驗的配方。

圖1 中粒徑顆粒加入量與透氣度和高溫抗折強(qiáng)度的關(guān)系

同時，對改進(jìn)前的普通補(bǔ)爐料也進(jìn)行了物理性能檢測和新型補(bǔ)爐料對比結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，項目組開發(fā)的透氣新型補(bǔ)爐料和普通補(bǔ)爐料相比，高溫抗折強(qiáng)度由4.2 MPa 提升到了5.3 MPa，強(qiáng)化率為26.2%，透氣度方面提升了227%，可見新型爐底修補(bǔ)料具有良好的透氣性、流動性和高強(qiáng)度。經(jīng)工業(yè)試驗試用后證明，補(bǔ)爐一次，使用壽命可達(dá)20～30 爐，透氣性完全能夠滿足轉(zhuǎn)爐爐底透氣元件修補(bǔ)工藝要求。跟蹤新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料補(bǔ)爐后每爐爐底侵蝕情況，其性能保證可靠，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求。

圖2 新型補(bǔ)爐料和普通補(bǔ)爐料的物理性能對比

3 工業(yè)應(yīng)用分析

3.1 新型修補(bǔ)料工業(yè)試驗的說明

（1）轉(zhuǎn)爐濺渣結(jié)束后，進(jìn)行倒渣，倒渣角度180°。

（2）轉(zhuǎn)爐爐前采用天車吊運專用加補(bǔ)爐料料斗，根據(jù)爐底情況加入2～3 t新型修補(bǔ)料。

（3）修補(bǔ)料加入后進(jìn)行前后±45°搖爐2次，將補(bǔ)爐料均勻鋪在爐底上。

（4）將轉(zhuǎn)爐放置0°，轉(zhuǎn)爐下電燒結(jié)40 min 后，便可正常生產(chǎn)冶煉。

3.2 爐底透氣情況

普通轉(zhuǎn)爐自流冷補(bǔ)料使用壽命平均在12爐左右，改進(jìn)的新型爐底修補(bǔ)料燒結(jié)時間短，高溫抗折強(qiáng)度高，使用壽命大幅升高。新型爐底修補(bǔ)料使用壽命試驗情況如表2所示：

如圖3和圖4為在補(bǔ)爐冶煉17爐和18爐后的底吹孔情況，補(bǔ)爐后第17爐新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料均未完全脫落，其耐侵蝕性能較好，保證爐底厚度，為底吹孔的通透性提供了條件。使用新型爐底修補(bǔ)料結(jié)果表明，底吹孔堵塞現(xiàn)象得到明顯控制，同時保證了冶煉過程底吹攪拌效果。

表2 新型透氣性修補(bǔ)料試驗情況

圖3 補(bǔ)爐第17爐爐底情況

圖4 補(bǔ)爐第18爐爐底情況

3.3 修補(bǔ)前后碳氧積對比

圖5和圖6分別為試驗新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料與原轉(zhuǎn)爐自流冷補(bǔ)料和高強(qiáng)快速補(bǔ)爐料補(bǔ)護(hù)爐底前后碳氧積變化對比。由圖5～圖6可得：原補(bǔ)爐料補(bǔ)爐后碳氧積與補(bǔ)爐前對比均增大，碳氧積升高0.000 21%～0.000 70%，增大范圍為12.15%～37.72%；試驗修補(bǔ)料補(bǔ)爐底前后碳氧積波動-0.000 20%～0.000 16%，變化范圍為-8.47%～8.30%，因此，試驗新型修補(bǔ)料補(bǔ)爐底后對碳氧積影響顯著降低。

圖5 原補(bǔ)爐料補(bǔ)爐底前后碳氧積對比

3.4 全爐役碳氧積分析

在2#脫碳轉(zhuǎn)爐第10 爐役全爐役應(yīng)用原補(bǔ)爐料與第12 爐役全爐役應(yīng)用新型透氣性爐底修補(bǔ)料進(jìn)行對比。兩個爐役碳氧積變化曲線對比如圖7所示，因為應(yīng)用新型補(bǔ)爐料后由于能夠保持更好的爐底厚度且保證了良好的底吹效果，第12 爐役優(yōu)化后同爐齡碳氧積大幅度降低，且較原補(bǔ)爐料爐役碳氧積更加穩(wěn)定。第12 爐役全爐役碳氧積為0.001 78，與第10 爐役全爐役平均碳氧積0.002 4 相比降低25.83%，在碳氧積優(yōu)化方面實際應(yīng)用效果顯著，更加有助于高端品種鋼的冶煉。

圖6 試驗修補(bǔ)料補(bǔ)爐底前后碳氧積對比

圖7 #脫碳轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化前后碳氧積對比

3.5 全爐爐襯厚度分析

圖8為不同爐役轉(zhuǎn)爐熔池爐襯厚度隨爐齡變化曲線圖，由圖8可以看出隨著爐齡地增大，不同部位熔池爐襯厚度不斷減薄，曲線所對應(yīng)的斜率即為爐襯的侵蝕速度，由于采用不同補(bǔ)爐材料，因此呈現(xiàn)出不同的侵蝕速度。2#脫碳轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化前后爐底厚度控制對比如圖9所示，應(yīng)用新型透氣性爐底修補(bǔ)料全爐役爐底厚度下降緩慢，抑制了鋼渣對于爐底的侵蝕速度，有助于底吹孔的裸露，保證了爐役中后期良好的底吹效果。

圖8 #脫碳轉(zhuǎn)底吹優(yōu)化前后熔池厚度對比

圖9 脫碳轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化前后爐底厚度對比

2#脫碳轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化前后風(fēng)口附渣層控制如圖10所示，優(yōu)化后，風(fēng)口附渣層基本上都控制在150 mm 以內(nèi)，說明新型爐底修補(bǔ)料有助于底吹孔渣層的脫落，避免底吹孔的堵塞問題，有效保證了全爐役底吹裸露可見，保證良好的復(fù)吹效果。

圖10 #脫碳轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化前后風(fēng)口附渣層控制

4 結(jié) 論

（1）開發(fā)的新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料，具有良好的透氣性、流動性和高強(qiáng)度。經(jīng)工業(yè)試驗試用后證明，補(bǔ)爐一次，使用壽命可達(dá)20～30 爐，高溫強(qiáng)度和透氣性完全均優(yōu)于原修補(bǔ)料，完全能夠滿足轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)工藝要求；

（2）采用新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料后，底吹孔堵塞現(xiàn)象得到明顯控制，保證了冶煉過程底吹攪拌效果。原補(bǔ)爐料補(bǔ)爐后碳氧積與補(bǔ)爐前對比，碳氧積升高0.000 21%～0.000 70%，增大范圍為12.15%～37.72%；試驗修補(bǔ)料補(bǔ)爐底前后碳氧積波動-0.00020%～0.000 16%，變化范圍為-8.47%～8.30%，試驗新型修補(bǔ)料補(bǔ)爐底后對碳氧積影響顯著降低。

（3）采用新型透氣性轉(zhuǎn)爐爐底修補(bǔ)料后，全爐役碳氧積為0.001 78，與原修補(bǔ)料爐役全爐役平均碳氧積0.002 4相比降低25.83%，通過全爐役碳氧積指標(biāo)對比分析認(rèn)為，采用新型爐底修補(bǔ)料代替現(xiàn)有修補(bǔ)料是可行的。

（4）應(yīng)用新型透氣性爐底修補(bǔ)料全爐役爐底厚度下降緩慢，有助于底吹孔渣層的脫落，避免底吹孔的堵塞問題同時抑制了鋼渣對于爐底的侵蝕。