實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼口長壽命的設(shè)想及措施

郭 強(qiáng)

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前 言

出鋼口是鋼水從轉(zhuǎn)爐流向鋼包的唯一通道，它使出鋼過程實現(xiàn)了鋼渣分離，減少鋼渣流入鋼包所造成的鋼水污染，也減輕了鐵合金元素?zé)龘p。同時，出鋼口鋼流對鋼包鋼水強(qiáng)攪拌，促進(jìn)了夾渣和脫氧產(chǎn)物上浮。出鋼口一般由出鋼口座磚和袖磚組成，是轉(zhuǎn)爐耐火材料的關(guān)鍵部件之一，由于出鋼口通鋼量大，受到高溫溶液（鋼水和爐渣，下同）的溶解、沖刷及氧化浸蝕等，需要不斷修補(bǔ)或更換。因此，出鋼口的壽命長短不僅影響鋼水質(zhì)量和鐵合金收得率，也影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)效率［1］。本文以某廠120 t轉(zhuǎn)爐為例，總結(jié)轉(zhuǎn)爐出鋼口實現(xiàn)長壽命的措施及應(yīng)用效果。

2 提高出鋼口長壽命的措施

目前轉(zhuǎn)爐普遍采用鎂碳質(zhì)出鋼口，典型的出鋼口袖磚理化指標(biāo)見表1。

表1 出鋼口袖磚理化指標(biāo)

生產(chǎn)實踐表明，出鋼口使用過程中損毀的原因主要有：溶液的高溫溶解滲透、溶液的化學(xué)氧化浸蝕、溶液的摩擦損毀及機(jī)械沖刷破壞等幾方面。

2.1 嚴(yán)格控制高溫溶解滲透

2.1.1 降低出鋼溫度

在保證出鋼口耐材質(zhì)量穩(wěn)定前提下，爐前冶煉操作可控制的因素是出鋼溫度。穩(wěn)定操作降低出鋼溫度，主要措施包括加強(qiáng)鋼包烘烤、保證爐前紅包出鋼、鋼包全程加蓋、鐵合金烘烤、中間包加蓋、采用雙層覆蓋劑、在鋼包內(nèi)增加絕熱層、連鑄實現(xiàn)低過熱度澆鋼、加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐-精煉爐-連鑄的匹配生產(chǎn)調(diào)度等。

2.1.2 降低溶液對耐材的滲透

高溫下轉(zhuǎn)爐溶液滲入耐火材料毛細(xì)孔道的深度，可近似地表示為［2］：

式中：r為耐火材料毛細(xì)孔道的半徑；α為溶液的表面張力；η為溶液的黏度；θ為溶液和耐火材料的潤濕角；t為接觸時間。

由上式可見，要降低溶液對出鋼口耐材的滲透，一是降低耐材中的氣孔率和氣孔直徑；二是在耐材中加入與溶液不易浸潤的材料，如石墨、碳素等；三是嚴(yán)格控制溶液的黏度，即冶煉強(qiáng)度。

2.2 減少鋼水過氧化

為了降低渣中FeO 含量，降低鋼水氧化性，減輕稀薄爐渣對出鋼口的氧化和沖刷，積極推廣中高碳鋼種的高拉碳技術(shù)煉鋼［3］，控制鋼水中ω（O）＜700×10-6，熔渣中ω（FeO）＜19%［4］。高拉碳法實施后，終點碳含量有所提高，終渣氧化性有所下降，有效地改善了鋼水、爐渣的氧化性，降低了鋼水、爐渣對出鋼口的浸蝕，為提高出鋼口壽命創(chuàng)造了條件。

2.3 優(yōu)化出鋼口結(jié)構(gòu)

2.3.1 優(yōu)化出鋼口袖磚結(jié)構(gòu)

出鋼口袖磚內(nèi)徑由Φ140 mm 增加到Φ150 mm，外徑由Φ240 mm 增加到Φ260 mm，縮短出鋼時間約30 s，擴(kuò)徑后的出鋼口增加了耐高溫氧化浸蝕及機(jī)械沖刷的能力。

2.3.2 出鋼口傾角采用12°

轉(zhuǎn)爐處于垂直位置時出鋼口中心線與轉(zhuǎn)線的夾角為出鋼口傾角。經(jīng)計算，與原設(shè)計0°傾角比，出鋼口采用12°傾角，一方面，在出鋼搖爐到水平位后，爐內(nèi)鋼水能接近于自由落體直接進(jìn)入鋼包，大大減輕鋼水對出鋼口的壓力摩擦破壞，同時12°傾角的出鋼口能夠有效地阻止?fàn)t內(nèi)旋渦的形成，減輕鋼渣混出，減少爐渣對出鋼口的強(qiáng)氧化性侵蝕；另一方面能縮短出鋼口長度，減少出鋼溫降，降低出鋼溫度，減輕出鋼口的高溫侵蝕，從而提高出鋼口的使用壽命。

2.4 改進(jìn)出鋼擋渣工藝

采用軌道式滑動出鋼口控渣出鋼技術(shù)，如圖1所示，該機(jī)構(gòu)可有效避免擋渣球、擋渣棒對出鋼口周圍耐材的機(jī)械沖擊和磨損，而且還能自動精準(zhǔn)檢測出鋼末期的鋼水含渣量，既抑制了爐渣對出鋼口的浸蝕，提高了鋼水潔凈度和鐵合金收得率，又為搭建潔凈鋼生產(chǎn)平臺提供了重要技術(shù)支撐。

圖1 軌道式滑動出鋼口機(jī)構(gòu)示意圖

2.5 出鋼口掛渣保護(hù)技術(shù)

出鋼口與爐襯的浸蝕機(jī)理是相似的，因此，掛渣保護(hù)技術(shù)同樣可以用于出鋼口，在出鋼口壽命較高（200 爐）時，濺渣護(hù)爐后，從鋼面倒渣，爐渣通過出鋼口時有部分附著下來，形成掛渣層。出鋼口掛渣保護(hù)技術(shù)不僅提高了出鋼口壽命，還有效地維護(hù)了鋼面爐襯。

2.6 提升更換出鋼口的操作技術(shù)

2.6.1 出鋼口處于中心位置

在拆爐機(jī)鉆孔時，要準(zhǔn)確調(diào)整拆爐機(jī)鉆桿爐夾角，保證鉆桿與出鋼口中心線一致，使出口周圍耐火材料均勻燒結(jié)，出鋼口受力平衡，不易變形。避免出鋼口破壞嚴(yán)重或位置的偏移，而造成出鋼口不在爐內(nèi)鋼水的最低位置。

2.6.2 稀料灌實

新更換出鋼口固定后，用加入SiO2微粉、丙酮和消石灰的改進(jìn)型噴補(bǔ)料噴補(bǔ)出鋼口，噴補(bǔ)料要稀薄且具有良好的流動性，以保障出鋼口內(nèi)芯周圍能夠填實、燒結(jié)均勻，否則出鋼口周圍可能出現(xiàn)氣隙，加劇出鋼口的損毀速度。

2.7 應(yīng)用效果

該廠120 t 轉(zhuǎn)爐實施以上一系列措施后，跟蹤統(tǒng)計分析5 支出鋼口共1 725 爐使用情況，出鋼口壽命有大幅度提高，具體效果見表2（鋼種SS400B），為煉鋼穩(wěn)定生產(chǎn)和提升鋼水質(zhì)量起到重要保障作用。

表2 實施措施前后出鋼口壽命對比

3 長壽命出鋼口的設(shè)想

雖然對鎂碳質(zhì)出鋼口采取上述提高壽命措施，取得較好效果，但與轉(zhuǎn)爐超萬爐爐齡相比，出鋼口壽命還是大大偏低。為從根本上解決鎂碳質(zhì)出鋼口壽命低的現(xiàn)狀，借鑒Hismeit 渣口和連鑄結(jié)晶器設(shè)計思路，設(shè)想一種水冷長壽轉(zhuǎn)爐出鋼口，如圖2所示，包括外套、中套、芯管、異型座磚，外套為鋼質(zhì)圓筒狀構(gòu)件，一端與爐殼外形相匹配并與爐殼固結(jié)在一起；中套為金屬材質(zhì)筒狀構(gòu)件，內(nèi)部設(shè)有錐孔，側(cè)壁中空構(gòu)成水腔，中套的一端為盲端，另一端設(shè)有均與水腔相通的進(jìn)水口和出水口；芯管為金屬材質(zhì)管狀構(gòu)件，內(nèi)部有孔，外表面為與中套錐孔相匹配的圓錐軸結(jié)構(gòu)；異型座磚由耐火材料制作，內(nèi)部設(shè)有與芯管孔相匹配的內(nèi)孔，異型座磚靠近爐殼一側(cè)的結(jié)構(gòu)與中套盲端和芯管小端外形相匹配；中套置于外套內(nèi)部并與外套固接在一起，芯管置于中套內(nèi)部錐孔內(nèi)，芯管圓錐軸外表面和中套錐孔內(nèi)表面相接觸構(gòu)成錐面配合；異型座磚鑲嵌于轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯中，其內(nèi)孔與芯管孔對齊，二者一起構(gòu)成出鋼通道。

圖2 水冷出鋼口基本結(jié)構(gòu)

水冷出鋼口的有益效果如下：

1）出鋼口壽命極大提高，在保證理想冷卻效果的前提下，出鋼口維修更換可以與轉(zhuǎn)爐大修同周期進(jìn)行，可大大降低出鋼口的維護(hù)時間和成本，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏。2）出鋼口芯管更換時間縮短至10～20 min，相對于鎂碳質(zhì)袖磚更換時間減少70%左右，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。3）出鋼時間穩(wěn)定可控，能更好地配合軌道式滑動出鋼口控渣系統(tǒng)，實現(xiàn)無渣出鋼，進(jìn)而提高鋼水質(zhì)量和鐵合金收得率。

4 結(jié) 論

4.1 針對出鋼口損毀的原因，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、優(yōu)化出鋼口結(jié)構(gòu)、改進(jìn)出鋼擋渣工藝、提高冶煉水平等可有效提高出鋼口壽命。120 t 轉(zhuǎn)爐出鋼口平均壽命由原來193爐提高到了345爐。

4.2 出鋼口壽命提高的同時，鋼水質(zhì)量和鐵合金收得率均得到改善。通過跟蹤分析SS400B 鋼種，鋼水中ω（O）降低16.8%，高錳合金加入量下降0.14 kg/t鋼，硅錳合金加入量下降0.11 kg/t鋼。

4.3 為從根本上解決鎂碳質(zhì)出鋼口壽命低的現(xiàn)狀，借鑒Hismeit渣口和連鑄結(jié)晶器設(shè)計思路，研發(fā)并實施一種水冷長壽轉(zhuǎn)爐出鋼口，真正實現(xiàn)出鋼口壽命與轉(zhuǎn)爐爐齡同步的生產(chǎn)需求。