“一包到底”鐵水包漏鐵事故分析及對策

王 凱 魯 儉 魏繼東 李宏偉

首鋼京唐公司煉鐵作業(yè)部 河北唐山063200

某鋼鐵公司煉鐵作業(yè)部鐵水包容積分別為200和300 t，鐵水包全部采用“一包到底”的鐵包接鐵、鐵水運輸、KR脫硫的運行模式，取消了煉鋼倒罐坑，減少一次鐵水倒包作業(yè)工序，具有縮短工藝流程、布置緊湊等特點［1］。采用鐵水包的“一包到底”工藝技術優(yōu)點突出。但鐵水包在高爐下接鐵水時不僅承受更嚴重的破壞沖擊，也在進入煉鋼廠后進行鐵水預處理KR脫硫時承受著強烈的機械攪拌、各種脫硫劑的化學侵蝕及劇烈的溫度波動，導致鐵水包壽命降低［2］。2019年該公司TX06和T41鐵包分別在3＃高爐和2＃高爐爐下接鐵過程中發(fā)生了鐵水包漏鐵事故。本文中，對異常損毀的殘磚、新磚和各種鐵包渣進行系統(tǒng)詳細分析，查找事故發(fā)生的具體原因，并制定相應措施避免漏包事故再次發(fā)生。

1 鐵水包漏鐵事故追蹤

1.1 TX06鐵包漏鐵事故

2019年7月11日7時20分發(fā)現(xiàn)TX06鐵水包（200 t）在3＃高爐1道出鐵過程中底部側(cè)面出現(xiàn)漏鐵現(xiàn)象，包齡58次，在接第59次鐵時發(fā)生漏包。該包在7月8日19時20分在鋼軋接15 t回爐鋼，鋼水回爐后包內(nèi)黏鋼約4 t，分調(diào)于22時30分通知下線。7月9日2時50分進入修砌間廠房，4時安排烘烤。7月11日4時11分綁定上線。

事故發(fā)生后對漏鐵TX06鐵包進行檢查，發(fā)現(xiàn)該鐵包底部側(cè)面靠近耳軸處耐材已大面積被侵蝕，0.5 m×1.2 m范圍內(nèi)包壁磚已全部被侵蝕掉，鐵水燒穿包底永久層和鐵包殼后漏出。

1.2 T41鐵包漏鐵事故

2019年10月18日21時34分，T41鐵水包（300 t）在2＃高爐接鐵過程中，發(fā)生包底漏鐵事故，漏鐵水58.6 t，鐵水包包底中心部位的Al2O3－SiC－C磚大面積缺失。該包2019年9月10日上線，期間包沿熱處理3次，共加渣鐵19次（每次3 t）。第89爐時熱檢狀態(tài)良好，第91爐和93爐時最后兩次加渣鐵，第96爐接鐵過程中發(fā)生穿漏。

對T41鐵包進行檢查。發(fā)現(xiàn)鐵包漏鐵點位置在包底偏向大包嘴方向，漏點孔洞直徑約80 mm。孔洞周邊半徑約1.8 m范圍內(nèi)兩層包底磚（約300塊）消失，只附著一層澆注殘料，殘料上面附著一層泡沫渣。

2 鐵包砌筑工藝

該公司鐵水包分300 t和200 t兩種，砌筑工藝和耐材理化指標標準相同：包底永久層采用高鋁莫來石澆注料進行整體澆筑，包底工作層采用Al2O3－SiC－C磚進行砌筑，包壁隔熱層采用納米絕熱板進行包覆，包壁永久層采用雙層葉蠟石磚進行砌筑，包嘴采用Al2O3－SiC－C澆注料進行整體打結(jié)，填縫采用Al2O3－SiC澆注料，工作層砌筑配套采用砌筑火泥，蠟石磚砌筑采用葉蠟石火泥。

3 耐材及渣鐵取樣分析

3.1 鐵包磚的化學組成分析

發(fā)生漏包事故后，取樣鐵包包底工作層Al2O3－SiC－C新磚和事故包（T41）的包底殘磚，進行化學組成分析，其結(jié)果見表1。從表1可知，新磚和殘磚的化學組成差別不大，殘磚的Fe、Ca等含量稍高，新磚和殘磚的C和SiC稍有差別，但符合鐵包磚的標準。

表1 鐵包工作層耐火磚的化學組成

3.2 鐵包渣的化學組成分析與熔點的測定

發(fā)生漏包事故后取樣送檢了7種渣（300 t事故包的包底氣泡渣、包壁渣、包壁和包底渣、包口渣，200 t事故包的包口渣、包底渣、包沿渣），這7種渣的化學組成和熔點見表2。從表2可知：1）200 t包沿渣主要含有CaO和FeO，而其余渣的主要成分是SiO2、Al2O3、CaO和FeO。2）包底氣泡渣中的MnO、TiO2相對較多，且相比包壁和包底渣、包壁渣來說，CaO含量較多。因為鐵水包所加的渣鐵中CaO含量較高，CaO會與磚中Al2O3及SiO2反應形成低熔點相。3）幾種渣中總鐵含量、FeO含量均較高，特別是200 t包沿渣的。大量的Fe的氧化物與耐材中的C和SiC發(fā)生反應［3］，生成CO或CO2，嚴重破壞磚體結(jié)構，大大降低磚的強度，可造成磚的損壞；同時，加劇了渣鐵通過裂紋向磚體內(nèi)部的滲透，進而導致耐材的剝落損毀。

表2 鐵包渣的化學組成和熔點

3.3 殘磚分析

取事故包T41的包底殘磚，對其不同位置進行掃描電鏡和能譜分析，其結(jié)果見圖1和表3?？芍簹埓u中含有大量的Fe元素，預示渣中的Fe的氧化物滲透到Al2O3－SiC－C材料中，并與材料中的C和SiC發(fā)生反應；渣中的Ca、Ti、Mn和Fe與磚中Al2O3及SiO2反應形成低熔點相；Ca的滲透深度大于Fe的。

圖1 殘磚的SEM照片

表3 圖1中各區(qū)的能譜分析

3.4 抗渣試驗

按GB／T 8931—2007采用靜態(tài)坩堝法對現(xiàn)場包底工作層Al2O3－SiC－C新磚進行了抗渣試驗，鉆取孔徑57 mm、深度45～50 mm的孔，裝入200 g渣，在埋碳條件下1 500℃保溫3 h熱處理［3］，冷卻后觀察渣侵情況（見圖2）。所選用的渣是表2中6種渣（200 t包口渣除外），所有渣在破碎過程中并未進行除鐵。

圖2 包底工作層Al2O3－SiC－C新磚抗渣試驗后的剖面圖

抗渣試驗結(jié)果見表4。結(jié)合表2可知，200 t正常包沿渣中FeO含量非常高，在氧化性氣氛中，產(chǎn)生泡渣現(xiàn)象，4＃試樣侵蝕也最嚴重；事故包的包底氣泡渣、包壁渣、包壁與包底混合渣相對渣侵較嚴重；200 t包底渣渣侵最輕。分析得出渣侵蝕與渣中FeO和CaO含量高低有直接關系。

表4 抗渣試驗結(jié)果

3.5 分析討論

2019年該鋼鐵公司鐵水包發(fā)生兩次漏包事故的主要原因是渣的化學侵蝕造成的。渣中含有大量的鐵的氧化物造成包底和包壁磚中的C或SiC的氧化或分解，造成了磚的快速的異常侵蝕；渣中的CaO和MnO等氧化物滲透到磚的內(nèi)部與磚中的成分生成低熔點相造成磚的熔損［4］。

鐵包砌筑采用Al2O3－SiC系耐火材料，具有良好的抗侵蝕性，在鐵水包使用上也取得了很好的效果，但在鐵包“一包到底”生產(chǎn)模式下，鐵包在脫硫過程中鐵包壁耐材易掛脫硫渣鐵，Al2O3－SiC系耐火材料抗堿性渣和抗FeO侵蝕效果不好，應開發(fā)和應用低碳的鎂鋁尖晶石碳化硅碳磚，或鎂鈣系或鎂質(zhì)耐火材料，以期獲得具有抗熱震性能良好和抗渣性能優(yōu)異的鐵水包磚［5］。

4 應對措施

當前該公司鐵水包采用“一包到底”運行模式，鐵包工作環(huán)境比較惡劣，同時為了充分利用固廢，長期加入脫S渣鐵，在因煉鋼工序影響時，鐵包內(nèi)需接納加回爐鋼，鐵水包耐材存在加速侵蝕現(xiàn)象，存在漏鐵的隱患，通過分析漏包事故的原因，采取積極應對措施避免類似事故的再次發(fā)生，具體措施如下：

（1）鐵包熱檢崗位要嚴格執(zhí)行鐵包每包必檢的規(guī)定。對在線運行的鐵水包采取翻包檢查、平臺檢查、包沿熱態(tài)處理過程檢查等，發(fā)現(xiàn)包底、包壁侵蝕、剝落、磚縫滲鐵較多等問題隱患要及時甩包。

（2）做好鐵包加脫S渣鐵的檢查工作；認真核對加渣鐵的包號、包齡，監(jiān)督加渣鐵數(shù)量，不允許超規(guī)定加渣；定期測定回吃渣鐵的化學成分，當渣鐵中的鐵的氧化物含量高時（以產(chǎn)生泡沫渣現(xiàn)象為限）應杜絕使用。一旦因加入渣鐵導致鐵水包內(nèi)出現(xiàn)嚴重的泡沫渣現(xiàn)象后，對用后鐵水包包襯進行嚴格的檢查。

（3）鐵水在KR脫硫站脫硫后，包壁渣線及包沿附著的渣鐵及時清理。

（4）禁止包內(nèi)有剩鐵、剩渣（加渣未沖兌）的鐵包下線烘烤，如下線烘烤會產(chǎn)生大量的鐵氧化物，再次上線會嚴重侵蝕鐵包耐材。

（5）嚴格監(jiān)督鐵包加回爐鋼過程，盡快倒盡鐵包內(nèi)回爐鋼，包壁黏結(jié)的回爐鋼及時接鐵水沖刷干凈，禁止未沖刷干凈的接回爐鋼鐵包下線烘烤再上線。