冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝研究與實(shí)踐

潘 軍，鄧南陽(yáng)，趙 濱，劉 威，楊 勇

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司長(zhǎng)材事業(yè)部，安徽 馬鞍山 243000)

馬鞍山鋼鐵股份有限公司長(zhǎng)材事業(yè)部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部)現(xiàn)有4座公稱(chēng)容量65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，在冶煉低碳低磷品種鋼時(shí)，因其終渣氧化性強(qiáng)，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐襯，尤其是出鋼面爐襯侵蝕異常嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼面爐襯不平整，鋼水出不凈，進(jìn)而造成濺渣時(shí)間長(zhǎng)、爐溫下降、氧槍粘鋼、增加噴濺幾率以及鐵損嚴(yán)重等惡性循環(huán)問(wèn)題。傳統(tǒng)的補(bǔ)爐砂補(bǔ)爐和濕法噴補(bǔ)雖然在出鋼面爐襯維護(hù)方面起到了一定的積極作用，但因其補(bǔ)爐效果與補(bǔ)爐砂質(zhì)量、搖爐角度控制和烘烤時(shí)間長(zhǎng)短有直接關(guān)系，使得補(bǔ)爐效果不穩(wěn)定。

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯侵蝕機(jī)理分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部對(duì)冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝進(jìn)行理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐，在保證作業(yè)安全和補(bǔ)爐效果的前提下，有效降低了補(bǔ)鋼面頻次和耐材成本，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。

1 冷卻轉(zhuǎn)爐終渣護(hù)爐工藝原理

轉(zhuǎn)爐終渣既能夠熔損爐襯，同時(shí)又能起到耐火材料的作用。高溫爐渣具有良好的流動(dòng)性，能夠?qū)t襯侵蝕部位很好地修補(bǔ)平整。由于高溫爐渣與爐襯界面存在溫度差，利用出鋼后爐渣中高熔點(diǎn)物質(zhì)，如2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等相互擴(kuò)散，同類(lèi)礦物重結(jié)晶的原理，使高溫爐渣冷卻凝固在爐襯部位與爐襯成為一個(gè)整體[1-2]，從而起到耐火材料的作用，達(dá)到護(hù)爐的效果。

2 試驗(yàn)條件

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部4座公稱(chēng)容量為65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行，吹煉氧槍為4孔噴頭，供氧強(qiáng)度為3.2～3.5 Nm3/(t·min)，3支雙環(huán)縫式供氣元件底槍?zhuān)状祻?qiáng)度為0.02～0.04 Nm3/(t·min)，冶煉鐵水成分及平均溫度見(jiàn)表1，轉(zhuǎn)爐主要造渣料技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 入爐鐵水成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和溫度

表2 轉(zhuǎn)爐主要造渣料技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)50爐采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以研究留渣量、爐渣物性參數(shù)、冷卻時(shí)間、生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)與護(hù)爐效果的影響關(guān)系。

3.1 留渣量控制

合理的轉(zhuǎn)爐留渣量是冶煉過(guò)程是否順暢、濺渣效果是否良好的關(guān)鍵前提條件之一，轉(zhuǎn)爐合理留渣量經(jīng)驗(yàn)公式為[3]：

Qs=0.301Wn

式中：Qs-轉(zhuǎn)爐合理留渣量，t；

W-轉(zhuǎn)爐公稱(chēng)容量，t；

n-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，n=0.583～0.650。

由上式可以計(jì)算出馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部65 t轉(zhuǎn)爐合理留渣量為3.58～4.54 t。為提高冷卻終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝護(hù)爐效果，留渣量在經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)增加，留渣量應(yīng)控制在60～75 kg/t為宜。

3.2 爐渣物性參數(shù)控制

3.2.1 爐渣堿度控制

從MgO-CaO-SiO2三元相圖中看出[4]，在不同堿度條件下，三元相圖有不同的組合和不同的共晶溫度，具體見(jiàn)表3。

表3 堿度、相組合及對(duì)應(yīng)共晶溫度

由表3可以看出，在不同堿度的條件下，共晶物不同，對(duì)應(yīng)共晶溫度也不同，且共晶溫度與堿度呈正相關(guān)。因此，適當(dāng)提高終渣堿度有利于提高其耐侵蝕能力。但終渣堿度過(guò)高，冶煉過(guò)程易“返干”，勢(shì)必要增加渣中的(FeO)含量以促進(jìn)化渣，爐渣中以FeO為主的RO相以鐵酸鈣低熔點(diǎn)物質(zhì)存在，又會(huì)降低終渣的耐侵蝕能力。因此，計(jì)劃采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝的爐次，終渣堿度應(yīng)控制在3.0～3.5為宜。

3.2.2 爐渣(MgO)含量控制

在一定堿度和(FeO)含量的條件下，爐渣熔點(diǎn)與終渣(MgO)含量關(guān)系[5]，如圖1所示。

由圖1可以看出，當(dāng)終渣(MgO)含量在6%～8%時(shí)，爐渣熔點(diǎn)與終渣(MgO)含量呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)終渣(MgO)含量大于8%時(shí)，爐渣熔點(diǎn)與終渣(MgO)含量呈正相關(guān)。但終渣(MgO)含量超過(guò)10%以后，會(huì)使?fàn)t渣全堿度上升，爐渣熔點(diǎn)提高明顯，影響化渣和脫磷效果。因此，為了保證冶煉過(guò)程的平穩(wěn)性，終渣(MgO)含量應(yīng)控制在8%～10%為宜。

3.2.3 爐渣(FeO)含量控制

轉(zhuǎn)爐終渣(FeO)含量對(duì)補(bǔ)爐效果的影響主要表現(xiàn)在[6]：一方面，渣中FeO易與CaO、MgO、SiO2、Cr2O3等形成低熔點(diǎn)的共晶化合物，降低了爐渣的熔點(diǎn)，影響其耐侵蝕能力；另一方面，渣中FeO含量過(guò)高，加速了爐襯磚脫碳層形成，有利于爐渣向爐襯中滲透，從而加劇了爐襯的蝕損。選取50爐次采用冷卻終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝，爐渣物性參數(shù)與補(bǔ)爐效果進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表4。

表4 爐渣物性參數(shù)與補(bǔ)爐效果對(duì)比

由表4可以看出，終渣堿度控制在3.0～3.5，終渣(MgO)含量控制在8%～10%條件下，冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯護(hù)爐效果主要取決于終渣(FeO)含量，當(dāng)終渣(FeO)含量超過(guò)20%以后，爐渣耐侵蝕能力下降明顯。因此，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用效果來(lái)看，終渣(FeO)含量應(yīng)控制在15%～20%為宜。

3.3 冷卻時(shí)間控制

根據(jù)留渣量和終渣黏度確定冷卻時(shí)間，若終渣黏度低，流動(dòng)性較好，出鋼完畢后，可通過(guò)氧槍吹入氮?dú)?，降低爐渣過(guò)熱度，適當(dāng)增加爐渣黏度，以減少冷卻時(shí)間。留渣量與冷卻時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表5。

表5 留渣量與冷卻時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系

由表5可以看出，冷卻時(shí)間與留渣量呈正相關(guān)，為確保出鋼面爐襯修補(bǔ)效果，留渣量應(yīng)控制在≥45 kg/t，對(duì)應(yīng)的冷卻時(shí)間≥360 min。

3.4 過(guò)程操作

采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣對(duì)出鋼面爐襯侵蝕部位進(jìn)行修補(bǔ)，使?fàn)t渣粘附在爐襯上代替補(bǔ)爐砂護(hù)爐，其控制要點(diǎn)和操作步驟具體如下：

3.4.1 補(bǔ)爐計(jì)劃申報(bào)

轉(zhuǎn)爐鋼面爐襯侵蝕嚴(yán)重需要修補(bǔ)時(shí)，由當(dāng)班作業(yè)長(zhǎng)根據(jù)產(chǎn)量計(jì)劃向生產(chǎn)調(diào)度室申報(bào)補(bǔ)爐計(jì)劃，并提前獲知補(bǔ)爐爐次，以便轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制。

3.4.2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制

補(bǔ)爐爐次轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水 [C]≥0.08%，出鋼溫度1640～1660 ℃，轉(zhuǎn)爐終渣堿度R:3.0～3.5，爐渣中(MgO)百分含量:8%～10%，渣中(FeO)百分含量:15%～20%。

3.4.3 轉(zhuǎn)爐留渣量控制

計(jì)劃利用轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)鋼面爐襯爐次，要求鋼水必須出凈，倒渣角度比正常冶煉爐次提高1°～2°，參考留渣量控制在60～75 kg/t。

3.4.4 修補(bǔ)出鋼面爐襯操作

出鋼完畢，濺渣時(shí)間控制在1～2 min，以適當(dāng)降低爐渣溫度，增加爐渣黏度。濺渣完畢，爐長(zhǎng)根據(jù)鋼面侵蝕部位，選擇合適的搖爐角度，以轉(zhuǎn)爐終渣平鋪至出鋼面爐襯所需修補(bǔ)部位為宜。平鋪完畢后，轉(zhuǎn)爐停電，靜置冷卻時(shí)間≥480 min。

3.4.5 補(bǔ)爐第1爐安全操作

補(bǔ)爐第1爐冶煉結(jié)束倒?fàn)t測(cè)溫取樣前，轉(zhuǎn)爐向出鋼側(cè)和倒渣側(cè)10°，反復(fù)晃爐2-3次，待轉(zhuǎn)爐搖至測(cè)溫取樣位置穩(wěn)定后，再進(jìn)行測(cè)溫取樣操作。出鋼時(shí)，爐口正前方嚴(yán)禁人和作業(yè)車(chē)輛通行。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 補(bǔ)爐時(shí)間對(duì)比

馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部65 t轉(zhuǎn)爐傳統(tǒng)補(bǔ)爐砂補(bǔ)鋼面燒結(jié)時(shí)間工藝要求為：一袋砂(重量400 kg)燒結(jié)時(shí)間≥30 min；兩袋砂(重量800 kg)燒結(jié)時(shí)間≥45 min；3袋砂(重量1200 kg)≥60 min。而采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝?yán)鋮s時(shí)間與留渣量呈正相關(guān)(如表5所示)，至少需要360 min。因此，正常冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，因其冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，不建議采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝護(hù)爐，但可與轉(zhuǎn)爐停爐檢修同步，以減少對(duì)生產(chǎn)的影響。

4.2 環(huán)境效益及耐材成本對(duì)比

采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝因其不需要補(bǔ)爐砂耐材投入，該工藝實(shí)施后的綜合效益主要體現(xiàn)在避免環(huán)境污染和節(jié)約補(bǔ)爐耐材成本兩個(gè)方面。圖2為采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝前后噸鋼耐材用量對(duì)比。

圖2 2018年與2019年噸鋼耐材用量對(duì)比

由圖2可以看出，在年鋼產(chǎn)量基本相當(dāng)?shù)臈l件下，采用冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝后，2019年與2018年相比，噸鋼耐材用量下降了0.11 kg/t，年可節(jié)約耐材成本150萬(wàn)元。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣成分的控制和過(guò)程操作的優(yōu)化，冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝得以實(shí)現(xiàn)，在降低補(bǔ)鋼面頻次和耐材成本的同時(shí)，有效提高了轉(zhuǎn)爐爐襯耐侵蝕能力和轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。

(2)由于冷卻轉(zhuǎn)爐終渣修補(bǔ)出鋼面爐襯工藝?yán)鋮s時(shí)間較長(zhǎng)，高產(chǎn)模式下，考慮爐機(jī)匹配矛盾，該工藝應(yīng)用比例將受到一定程度的限制，但可與轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)時(shí)間停爐檢修同步，以減少對(duì)生產(chǎn)的影響。

(3)該工藝在馬鋼股份公司長(zhǎng)材事業(yè)部65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上成功應(yīng)用，轉(zhuǎn)爐噸鋼耐材下降了0.11 kg/t，年可節(jié)約耐材成本150萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，具有較好的推廣應(yīng)用前景。