轉(zhuǎn)爐高效維護(hù)爐襯工藝研究與實(shí)踐

崔 猛

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

轉(zhuǎn)爐爐齡是鋼鐵企業(yè)一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它體現(xiàn)了企業(yè)的轉(zhuǎn)爐冶煉和爐體維護(hù)工藝技術(shù)水平。隨著轉(zhuǎn)爐襯磚耐火材料質(zhì)量的提高以及濺渣護(hù)爐工藝和技術(shù)的不斷完善，目前國內(nèi)各鋼廠轉(zhuǎn)爐爐齡都得到了大幅提升。天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（以下簡稱聯(lián)合特鋼）擁有3 座120 t 轉(zhuǎn)爐，主要生產(chǎn)鋼種有普碳鋼、低合金鋼等，隨著生產(chǎn)節(jié)奏的不斷加快，轉(zhuǎn)爐爐齡一直在15 000 爐左右徘徊，轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)已成為限制生產(chǎn)的環(huán)節(jié)之一。在目前高強(qiáng)度冶煉節(jié)奏下，如何快速且高效護(hù)爐，改進(jìn)護(hù)爐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐齡的大幅提升，成為一項(xiàng)重要技術(shù)研究內(nèi)容[1]。

聯(lián)合特鋼利用轉(zhuǎn)爐測厚技術(shù)，通過對轉(zhuǎn)爐爐襯損傷的定量化監(jiān)測與跟蹤，確立了一種以高效濺渣護(hù)爐為主的爐襯維護(hù)方案。本文對該高效濺渣護(hù)爐方案的主要內(nèi)容進(jìn)行詳述，對該方案技術(shù)優(yōu)勢和實(shí)施效果進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕現(xiàn)狀及機(jī)理分析

1.1 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕現(xiàn)狀定量化監(jiān)測

傳統(tǒng)依靠煉鋼工肉眼對爐襯受損程度進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性判斷，誤差較大。誤判的結(jié)果會帶來兩個問題：一是爐襯侵蝕較深、爐襯變薄時，一旦誤判及易造成爐體漏鋼；二是因人工判斷不準(zhǔn)，補(bǔ)爐料過量投入，造成爐襯某些部位過厚，影響了轉(zhuǎn)爐爐容比，對操作也帶來一些負(fù)面影響。為了解決上述問題，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)間歇使用激光爐襯測厚儀進(jìn)行爐襯測量，代替憑著經(jīng)驗(yàn)感覺籠統(tǒng)判斷爐襯受損變化的方式，實(shí)現(xiàn)爐襯侵蝕部位的量化測量。同時利用測厚儀研究整個爐役內(nèi)，爐襯侵蝕部位演變過程，分析影響轉(zhuǎn)爐爐襯壽命的主要因素[2]。

1.2 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕情況跟蹤

轉(zhuǎn)爐原始爐襯厚700 mm，利用測厚儀跟蹤轉(zhuǎn)爐整個生產(chǎn)周期內(nèi)爐襯的主要侵蝕部位以及侵蝕部厚度的演變過程，為轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕情況分析提供依據(jù)。

（1）爐役初期。整體內(nèi)部爐型較好，侵蝕部位主要集中在爐底和爐壁，侵蝕相對均勻，爐襯厚度在600～700 mm；爐體上部少量侵蝕，厚度維持在650～700 mm，爐體內(nèi)腔形狀與轉(zhuǎn)爐鋼殼一致，爐渣掛渣情況良好。

（2）爐役中期。轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯侵蝕最嚴(yán)重的部位是轉(zhuǎn)爐耳軸方向的剖面。耳軸是轉(zhuǎn)爐傾動的軸線，在轉(zhuǎn)爐吹煉時，高溫鋼液和爐渣發(fā)生劇烈反應(yīng)，高壓氧氣流股吹起爐渣，耳軸部位的侵蝕最為嚴(yán)重，此時耳軸部位內(nèi)襯厚度為500～600 mm。

（3）爐役后期。轉(zhuǎn)爐爐襯整體侵蝕較為嚴(yán)重，爐體渣線薄弱部位為轉(zhuǎn)爐軸線方向30～60°、300～330°、120～150°、210～240°。侵蝕的主要原因是：轉(zhuǎn)爐倒?fàn)t取樣造成的渣、鋼對爐襯的化學(xué)侵蝕和沖刷；出鋼過程中，1 600 ℃以上高氧化性爐渣長時間對渣線的化學(xué)侵蝕和沖刷。在渣、鋼侵蝕和沖刷用下，此時爐襯厚度在350～400 mm。

1.3 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕原理分析

轉(zhuǎn)爐爐體是由鎂碳質(zhì)襯磚砌筑而成，由于爐襯直接與爐內(nèi)1 200 ℃以上的液態(tài)渣、鋼接觸，不斷受到渣、鋼的侵蝕及機(jī)械沖刷作用，造成轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕變薄。另外由于鐵水成分和重量波動、廢鋼來源與組成的變化、渣料成分及質(zhì)量的不穩(wěn)定、爐型的可控性以及鋼種變換性等諸多因素共同影響，加速了轉(zhuǎn)爐爐襯的侵蝕進(jìn)程[3]。

2 轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝研究

2.1 濺渣護(hù)爐的基本原理

濺渣護(hù)爐的基本原理：在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，加入輕燒白云石和輕燒鎂球等含MgO 的渣料，使轉(zhuǎn)爐渣中MgO 含量達(dá)到7～8%，增加爐渣粘度和爐襯抗沖刷性能，在出鋼后采用氧槍噴吹高壓氮?dú)?，降低爐渣溫度，并利用氣體的沖擊能量將留在爐內(nèi)的爐渣濺起附著在轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯上，形成爐渣保護(hù)層，以抵御下爐次煉鋼過程中渣、鋼對爐襯的侵蝕，保護(hù)轉(zhuǎn)爐爐襯，提高轉(zhuǎn)爐爐齡。因此，需要對影響轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐效果的因素進(jìn)行分析，并對濺渣護(hù)爐工藝進(jìn)行冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。

2.2 影響濺渣護(hù)爐效果的因素分析

2.2.1 頂槍槍位對濺渣的影響

通過實(shí)驗(yàn)室模擬，研究不同槍位對濺渣效果的影響。在渣量8 t、采用16°噴射角氧槍濺渣時，研究槍位分別為1 m、1.75 m 和2.5 m 時不同頂吹壓力下爐壁濺渣狀況。

（1）槍位不變時，隨著頂吹壓力的升高（氣體流量增大），渣濺到爐壁的最高高度升高。

（2）在頂吹壓力為0.3 MPa 和0.4 MPa 時，1 m、1.75 m 和2.5 m 三個槍位的濺渣高度和濺渣量均相差不大，說明壓力較低時，頂槍氣流對渣池沖擊力較弱，濺渣效果區(qū)別不大。

（3）當(dāng)頂吹壓力增大至0.5 MPa 左右時，可以較明顯地看出1 m、1.75 m 和2.5 m 三個槍位的濺渣高度出現(xiàn)明顯變化，即槍位越高，爐壁濺渣高度越高。2.2.2 爐渣渣量對濺渣的影響

濺渣護(hù)爐過程中，爐壁濺渣高度和效果與熔池渣量和頂槍壓力密切相關(guān)。因此，實(shí)驗(yàn)研究了采用16°噴槍夾角、槍位為2 m 時，渣量為5 t 和8 t 時熔池在不同頂槍壓力下的濺渣狀況。

（1）頂槍壓力為0.3 MPa 時，渣量對濺渣影響不明顯。

（2）當(dāng)頂槍壓力升高到0.4 MPa 時，8 t 渣量比5 t 渣量爐壁濺渣高度稍高。

（3） 當(dāng)頂槍壓力升高到0.5 MPa 時，8 t 渣量爐壁濺渣高度明顯升高。

綜上所述，當(dāng)頂槍壓力足夠大時，熔池中適當(dāng)大渣量有利于濺渣。

2.2.3 爐渣粘度對濺渣的影響

濺渣護(hù)爐過程中，爐渣的流動性隨著爐渣溫度變化而變化，溫度較高時，溫度變化對爐渣粘度影響不明顯，而在某一溫度區(qū)間，隨著爐渣溫度降低，爐渣粘度增大，流動性變差。本實(shí)驗(yàn)中研究了爐渣粘度為1.4 Pa·s 和0.6 Pa·s 時，渣量8 t 槍位2 m時爐壁在不同頂槍壓力下的濺渣狀況。

（1）頂槍壓力為0.3 MPa 時，粘度變化對濺渣影響不明顯；

（2）隨著壓力的升高到0.4 MPa 時，爐渣粘度為0.6 Pa·s 時比1.4 Pa·s 渣時爐壁濺渣高度稍高；

（3）當(dāng)增加頂槍壓力到0.5 MPa 時，爐渣粘度為0.6 Pa·s 時爐壁濺渣高度明顯升高，說明頂吹壓力較小時，濺渣主要因素為壓力，頂吹壓力較大時，爐渣粘度對濺渣有影響。

濺渣過程中，應(yīng)保證爐爐渣粘度不能太大，有利于濺渣。

2.2.4 頂槍氮?dú)鈮毫R渣的影響

通過以上對濺渣過程中槍位，渣量，渣粘度和氧槍噴孔角度的研究可以發(fā)現(xiàn)，濺渣過程中首先要滿足壓力要求，當(dāng)?shù)獨(dú)夤鈮毫ψ銐驎r，射流才具有足夠大的沖擊能量，從而使形成的液滴具備較大的初動能。實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)頂槍氮?dú)鈮毫?.3 MPa時，其它參數(shù)變化（槍位，壓力，渣粘度）對濺渣影響較小，只有頂槍壓力升高時，其它參數(shù)的影響才變?yōu)闉R渣的主要影響因素。

通過上述分析，得出濺渣護(hù)爐的指導(dǎo)性操作條件，壓力是濺渣成功的基礎(chǔ)，有條件的情況下要適當(dāng)提高頂槍氮?dú)鈮毫?，適當(dāng)增加留渣量，爐渣粘度不宜過大。

3 高效維護(hù)爐襯的其他配套措施

3.1 縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

減少爐襯侵蝕的一項(xiàng)重要工作是縮短冶煉周期。周期縮短后，鋼水及爐渣在爐內(nèi)時間隨之減少，即鋼水及爐渣對于爐襯的侵蝕時間縮短，所以縮短冶煉周期對于降低爐襯侵蝕起著積極作用。通過優(yōu)化供氧參數(shù)、調(diào)整裝入制度等措施，使轉(zhuǎn)爐吹煉周期由35.25 min 降低到平均23.43 min，高溫金屬液對爐襯的侵蝕明顯降低。

3.2 提高轉(zhuǎn)爐不倒?fàn)t出鋼率

常規(guī)轉(zhuǎn)爐操作需進(jìn)行測溫取樣操作，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐爐襯前大面的沖刷侵蝕。聯(lián)合特鋼通過優(yōu)化鐵水入爐條件（尤其是P 含量，控制至0.010%以下）、嚴(yán)把采購的石灰、輕燒白云石等輔料質(zhì)量、冶煉過程供氧控制工藝優(yōu)化等手段，已實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐不倒?fàn)t出鋼率達(dá)到98%以上，生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)，此舉可大幅減少轉(zhuǎn)爐爐襯前大面的侵蝕。

3.3 控制轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度

鋼水溫度也是影響轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕的重要原因之一。高溫鋼水對于爐襯侵蝕危害較大，所以，聯(lián)合特鋼一直在控制高溫出鋼，以杜絕高溫鋼水對爐襯的侵蝕。通過加快鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包烘烤效果、提升過精煉占比，促使轉(zhuǎn)爐具備出鋼溫度由1 650 ℃降低至1 625 ℃，鋼水對爐襯的侵蝕減小。

3.4 保證濺渣效果

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對現(xiàn)行的轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定了聯(lián)合特鋼轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐的主要工藝參數(shù)。包括：初始留渣量、槍位、爐身傾斜角度、頂吹氣體壓力和爐渣粘度等，保障了濺渣護(hù)爐效果。

3.5 豐富補(bǔ)爐手段

3.5.1 高溫快補(bǔ)

高溫快補(bǔ)是在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束，濺渣護(hù)爐后，將爐渣倒凈，然后迅速加入油砂，由于油砂加入量較少，且爐內(nèi)溫度較高，可加快燒結(jié)速度，可實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)爐操作，目前轉(zhuǎn)爐的重點(diǎn)侵蝕部位，主要采用此模式，在冶煉節(jié)奏銜接間隙，無計劃補(bǔ)爐，以達(dá)到維護(hù)爐襯的目的。

3.5.2 生鐵塊、石灰石補(bǔ)爐

在出鋼結(jié)束后，通過生鐵降溫效果，將生鐵加入爐內(nèi)，與高氧化鎂的爐渣結(jié)合迅速粘結(jié)，達(dá)到補(bǔ)爐效果，大量試驗(yàn)證明，該補(bǔ)爐模式能夠使生鐵與爐襯牢固粘結(jié)，可以滿足補(bǔ)爐要求。生鐵塊補(bǔ)爐模式下，由于生鐵粒度較大，爐內(nèi)終點(diǎn)渣量有限，必然有不能完全粘結(jié)的情況，為改善此狀況，通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，優(yōu)化加入數(shù)量及時機(jī)，制定了快速補(bǔ)爐加入方案，根據(jù)爐襯實(shí)際情況，每次加入1.5～3噸生鐵，在出鋼結(jié)束后直接加入爐內(nèi)，燒結(jié)十分鐘后進(jìn)行濺渣護(hù)爐操作，此時生鐵塊已經(jīng)牢固的與爐襯粘結(jié)，補(bǔ)爐效果顯著[4]。

石灰石塊補(bǔ)爐工藝與生鐵塊補(bǔ)爐工藝基本相同，每次加入300 kg 左右石灰石。

4 結(jié)語

聯(lián)合特鋼利用測厚儀對轉(zhuǎn)爐全爐役內(nèi)爐襯演變過程進(jìn)行測量和跟蹤，對轉(zhuǎn)爐整個爐役爐襯的主要侵蝕部位以及侵蝕規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計分析，確立以濺渣護(hù)爐為主、優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉操作和補(bǔ)爐為輔的爐襯高效維護(hù)方案，并從頂槍槍位、頂槍壓力熔池渣量和爐渣粘度對濺渣護(hù)爐效果的影響進(jìn)行了研究。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，通過頂槍槍位和壓力優(yōu)化，適度調(diào)整爐渣渣量和粘度，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉操作和補(bǔ)爐等措施，轉(zhuǎn)爐濺渣和護(hù)爐效果明顯提升，聯(lián)合特鋼轉(zhuǎn)爐爐齡由15 000 爐提升至30 000 爐以上，可基本實(shí)現(xiàn)全爐役不進(jìn)行大的補(bǔ)爐作業(yè)。