大型轉(zhuǎn)爐爐襯修整技術(shù)

張立君

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司二鋼軋廠，河北 宣化 075000）

合理的爐型可以降低冶煉時(shí)的操作難度，減少噴濺的發(fā)生，提高金屬收得率，減少爐內(nèi)死區(qū)空間，均勻爐內(nèi)的成分、溫度，做到裝準(zhǔn)出凈，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，清潔生產(chǎn)。因此煉鋼爐型的控制不僅要關(guān)注各部位的工作層厚度，更要關(guān)注整體爐型控制是否合理，能否滿足冶煉鋼種的工藝需要。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐爐型控制需要在一周或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)把爐型調(diào)整過(guò)來(lái)，河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司（全文簡(jiǎn)稱宣鋼）開(kāi)發(fā)的爐型控制創(chuàng)新技術(shù)[1]則可以在1～2 h 之內(nèi)調(diào)整好爐型，滿足品種鋼生產(chǎn)的工藝需要。宣鋼根據(jù)大型轉(zhuǎn)爐的爐型特點(diǎn)，根據(jù)不同的冶煉工況調(diào)整好濺渣護(hù)爐的工藝操作，并根據(jù)前大面兌鐵加廢鋼的侵蝕特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了針對(duì)前大面的爐襯修補(bǔ)工藝，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，宣鋼2 號(hào)150 t 轉(zhuǎn)爐爐役實(shí)現(xiàn)了17 000 爐爐齡，工作層厚度始終在控制范圍之內(nèi)。

1 爐襯維護(hù)技術(shù)

1.1 控制濺渣層厚度，保證合理爐襯內(nèi)型

轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)近幾年在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，成為轉(zhuǎn)爐爐襯長(zhǎng)壽技術(shù)[2]的里程碑。但是長(zhǎng)期以來(lái)，宣鋼更關(guān)注濺渣層的增厚，而忽略了濺渣層厚度的合理控制。濺渣層厚度太厚會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)不利影響：濺渣層的膨脹系數(shù)要大于爐襯鎂碳磚的膨脹系數(shù)，如果濺渣層厚度太厚，一旦遇到停爐時(shí)間大于8 h 的狀況，濺渣層劇烈收縮會(huì)拉出或拉斷鎂碳磚工作層，長(zhǎng)此以往會(huì)造成鎂碳磚工作層的粉化；濺渣層厚度太厚，會(huì)造成爐帽、爐口結(jié)渣嚴(yán)重，爐型異常；濺渣層厚度太厚，一旦遇到局部區(qū)域?yàn)R渣層厚度吃薄，又會(huì)造成大面積濺渣層坍塌事故；濺渣層厚度太厚，會(huì)減小爐膛內(nèi)容積，增加吹煉過(guò)程噴濺的幾率，升高煉鋼工序成本。

1.1.1 頂吹供氧噴槍吹掃

轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)[3]應(yīng)用十幾年以來(lái)，在爐型控制上有兩個(gè)明顯的控制缺陷：爐帽、爐口結(jié)渣嚴(yán)重和出鋼側(cè)爐襯渣層異常增厚。究其原因，主要是轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)中留渣量參數(shù)失控和爐型不均勻。轉(zhuǎn)爐留渣量的多少不僅是濺渣護(hù)爐本身重要的工藝參數(shù)，而且決定了濺渣層的厚度，轉(zhuǎn)爐留渣量過(guò)大，爐渣可濺性增強(qiáng)，在熔池內(nèi)易形成浪涌，若進(jìn)一步強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐上部的濺渣效果，往往造成爐帽、爐口結(jié)渣嚴(yán)重影響正常的冶煉操作。根據(jù)鋼鐵研究總院得出的公式，合理的留渣量如下：

式中：Qs為轉(zhuǎn)爐單爐留渣量，t；W 為轉(zhuǎn)爐質(zhì)量，t；n 為系數(shù)，取值為0.583～0.650。

根據(jù)上式計(jì)算要求，需要每爐冶煉結(jié)束后對(duì)爐渣進(jìn)行測(cè)算，并倒出多余的爐渣。實(shí)際生產(chǎn)中，由于測(cè)量設(shè)備的限制和冶煉節(jié)奏的要求，基本上很難滿足。轉(zhuǎn)爐冶煉操作規(guī)程要求在出鋼前將爐渣做粘，出完鋼后直接進(jìn)行濺渣操作。這就造成了爐帽、爐口結(jié)渣，并同時(shí)由于出鋼時(shí)粘稠爐渣的涂敷作用出鋼側(cè)爐襯渣層異常增厚。

根據(jù)這一生產(chǎn)工藝需要，宣鋼開(kāi)發(fā)了頂吹供氧噴槍吹掃爐帽、爐口結(jié)渣工藝。工藝操作要點(diǎn)是：冶煉終點(diǎn)副槍TSO 測(cè)試完畢后,根據(jù)TSC 測(cè)定樣品化學(xué)分析判斷可以滿足出鋼條件的前提下，將供氧噴槍上升到噴頭距離爐口2 m 高（氧槍相對(duì)槍位9.3 m）的位置，手動(dòng)打開(kāi)供氧切斷閥進(jìn)行氧氣吹掃爐帽結(jié)渣。供氧噴槍上升到噴頭距離爐口2 m 高時(shí)氧氣流股的噴射夾角與爐帽的傾角相同，均為30°角度。吹掃時(shí)間為1～3 min，然后加入爐渣抑制劑進(jìn)行出鋼操作。供氧噴槍吹掃爐帽、爐口結(jié)渣工藝一般利用生產(chǎn)間隙吹掃2～3 次就會(huì)有明顯的效果。該項(xiàng)操作的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)是供氧槍位的計(jì)算和吹掃時(shí)機(jī)的把握。供氧槍位根據(jù)爐型尺寸和供氧噴頭數(shù)據(jù)即可計(jì)算結(jié)果；吹掃時(shí)機(jī)需要及時(shí)利用吹煉剛剛結(jié)束時(shí)爐帽上黏附的金屬液滴和高溫爐渣，以幫助實(shí)現(xiàn)爐帽結(jié)渣的燃燒和熔化。

但是若要對(duì)爐膛內(nèi)局部區(qū)域異常增厚的爐襯渣層，或者在出完鋼濺渣結(jié)束后進(jìn)行爐襯吹掃，該項(xiàng)工藝根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這就需要利用到宣鋼自行開(kāi)的另一項(xiàng)新技術(shù)——丙烷噴槍局部爐襯吹掃技術(shù)。

1.1.2 丙烷噴槍局部爐襯吹掃

爐膛內(nèi)局部區(qū)域異常增厚的爐襯渣層一般會(huì)超出頂吹供氧噴槍的噴射夾角范圍，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)，另外頂吹供氧噴槍吹掃的另一個(gè)前提條件是爐襯渣層粘附的金屬液滴和高溫爐渣。

對(duì)正常吹煉結(jié)束的爐襯渣層進(jìn)行吹掃，必須考慮到爐襯渣層的耐火度參數(shù)要求，轉(zhuǎn)爐耐火材料的理化指標(biāo)如表1 所示。

表1 轉(zhuǎn)爐用耐材理化指標(biāo)

根據(jù)以上理化指標(biāo)可以得知，爐襯耐火材料及渣層的荷重軟化開(kāi)始溫度≥1 540 ℃，一般情況下轉(zhuǎn)爐耐火材料的耐火度在1 650～1 750 ℃之間。

目前轉(zhuǎn)爐爐前常規(guī)裝備的煤氧槍是高壓焦?fàn)t煤氣和氧氣混合燃燒的切割工具，焦?fàn)t煤氣和氧氣混合燃燒的最高溫度是1 500 ℃。因此煤氧槍根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛內(nèi)局部區(qū)域異常增厚的爐襯渣層進(jìn)行切割或吹掃。

根據(jù)這一實(shí)際工藝的需要，宣鋼開(kāi)發(fā)了用于轉(zhuǎn)爐爐襯渣層切割或吹掃用的丙烷噴槍。丙烷氣和氧氣燃燒的最高溫度是2 200 ℃，可以達(dá)到對(duì)爐膛內(nèi)局部區(qū)域異常增厚的爐襯渣層進(jìn)行切割或吹掃的工作要求。

轉(zhuǎn)爐爐前用丙烷噴槍的工藝流程：瓶裝液化丙烷氣—匯流排—管道—爐襯吹掃噴槍。

丙烷氣在0 ℃、1 atm（101.3 kPa）時(shí)的密度是2.02 kg/m3，即0.495 m3/kg，每罐丙烷氣質(zhì)量50 kg，氣化后體積200 m3左右，到爐襯吹掃噴槍的相對(duì)壓力為0.2 MPa 左右。因此4 罐丙烷氣接入?yún)R流排后可以滿足爐襯吹掃噴槍40 min 工作的需要。通過(guò)爐帽及出鋼口周圍的吹掃，使轉(zhuǎn)爐爐膛增大，爐容比增加，增加了鋼水的反應(yīng)空間，噴濺次數(shù)降低；合適的出鋼內(nèi)口維護(hù)，保證了鋼水全部出凈，提高了濺渣護(hù)爐效果，有利于高熔點(diǎn)的物質(zhì)形成，從而減少了爐襯侵蝕，提高了爐齡。

1.2 前大面修補(bǔ)技術(shù)

宣鋼150 t 轉(zhuǎn)爐使用的是國(guó)內(nèi)最新的干法除塵工藝[4]，每爐都要求先加廢鋼后兌鐵水，這樣對(duì)轉(zhuǎn)爐[5]的前大面造成了一定損傷，每次加廢鋼對(duì)大面的沖撞，致使1 號(hào)爐爐齡1 000 多爐時(shí)，前大面廢鋼沖擊的部位已侵蝕下去300 mm 多，這樣給后期爐襯維護(hù)帶來(lái)了困難。為此，技術(shù)人員根據(jù)前大面侵蝕深度和高度制定相應(yīng)的貼補(bǔ)方式，減輕了機(jī)械損傷。

1）渣補(bǔ)。在生產(chǎn)中如出現(xiàn)等節(jié)奏，但時(shí)間又不是很長(zhǎng)，補(bǔ)爐時(shí)間不夠的情況下，可以采用渣補(bǔ)，具體方法：濺完渣后（爐渣不要濺得太干，要有一定流動(dòng)性），把轉(zhuǎn)爐搖到90°，使?fàn)t渣平鋪在前大面上，等到下一爐吹煉前，將爐渣倒掉，這樣就有一部分爐渣粘附在了前大面上，這樣反復(fù)幾爐，大面就有了渣層，起到了保護(hù)大面的作用。

2）廢鋼補(bǔ)。如果生產(chǎn)節(jié)奏比較緊張，沒(méi)有補(bǔ)爐時(shí)間，大面狀況不太好的情況下，可以實(shí)施廢鋼補(bǔ)，這種方法時(shí)間較短，效果很好，一般能堅(jiān)持十爐到十五爐左右。具體方法：首先準(zhǔn)備4～5 t 生鐵塊，在放完鋼后，把轉(zhuǎn)爐搖到68°～70°之間，然后將鐵塊用廢鋼斗緩緩的加入爐內(nèi)，速度盡量慢。然后將轉(zhuǎn)爐慢慢往下?lián)u，用爐渣將加入的鐵塊全部蓋住，靜置大約120 s 后，起爐濺渣[6]，濺渣時(shí)間稍長(zhǎng)一些，盡量別調(diào)料，把爐渣濺干，使濺起的渣層把鐵塊全部覆蓋，然后將剩余的爐渣倒掉，組織下一爐生產(chǎn)，這樣大部分鐵塊會(huì)粘貼在轉(zhuǎn)爐前大面，對(duì)后面加入廢鋼起到緩沖作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，鐵塊逐漸褪去，然后在組織下一次鐵塊渣補(bǔ)，反復(fù)循環(huán)，從而減少了前大面受廢鋼的沖擊損傷。

2 實(shí)施效果

大型轉(zhuǎn)爐爐襯修整技術(shù)[7]針對(duì)大型轉(zhuǎn)爐爐型控制的具體特點(diǎn)，進(jìn)行了工藝和裝備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，基于傳統(tǒng)技術(shù)又高于傳統(tǒng)技術(shù)模式，解決了大型轉(zhuǎn)爐爐襯、爐型維護(hù)難度大、手段單一的工藝技術(shù)問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在強(qiáng)調(diào)爐襯維護(hù)的同時(shí)更注重轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉有效空間的控制。

2.1 爐襯修整技術(shù)實(shí)施前爐型、爐襯情況

從圖1 上已經(jīng)可以看出，爐帽、爐口積渣異常嚴(yán)重；出鋼側(cè)區(qū)域積渣已形成堤坡。這樣的爐型屬于異常爐型。會(huì)造成煉鋼加料困難，爐容比小易噴濺，更為嚴(yán)重的是出鋼側(cè)區(qū)域積渣已形成的堤坡會(huì)造成煉鋼出鋼工序出現(xiàn)出鋼不盡、鋼渣混出的工藝質(zhì)量事故。

圖1 爐型控制創(chuàng)新技術(shù)的爐型展開(kāi)圖

對(duì)于大型轉(zhuǎn)爐來(lái)說(shuō)，局部區(qū)域增厚的積渣少則5～10 m3，多時(shí)可能會(huì)有10～20 m3之多，使正常爐容為145 m3左右的轉(zhuǎn)爐一下子減少到122 m3左右，從而使?fàn)t容比減少，噴濺次數(shù)增加。

2.2 爐襯修整技術(shù)實(shí)施后爐型、爐襯情況

針對(duì)以上比較嚴(yán)重的異常爐型，需要集中幾個(gè)班次進(jìn)行頂吹氧槍吹掃工藝模式；同時(shí)利用生產(chǎn)間隙，對(duì)出鋼側(cè)進(jìn)行丙烷噴槍局部爐襯吹掃工藝操作，在出鋼側(cè)吹掃開(kāi)一道溝渠形成積渣層的局部薄弱地帶，誘導(dǎo)吹煉過(guò)程時(shí)的高溫爐渣進(jìn)一步侵蝕、削弱、去除異常增厚的積渣。否則大型轉(zhuǎn)爐多則十幾立方的積渣根本無(wú)法一下子清除，無(wú)法形成煉鋼過(guò)程有效的反應(yīng)空間區(qū)域。

從爐型控制創(chuàng)新技術(shù)實(shí)施后的爐型左、右耳軸縱斷面可以清楚地看到：轉(zhuǎn)爐爐型得到非常有效的控制，整個(gè)爐型有效空間得以最大限度的擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，使煉鋼吹煉過(guò)程爐容比得到有效保證；同時(shí)整個(gè)爐型比表面積最小，使煉鋼轉(zhuǎn)爐中各種物相得以更加充分有效地展開(kāi)復(fù)雜的界面反應(yīng)。另外可以看到，頂吹氧槍吹掃在減薄爐帽積渣的同時(shí)并不損傷爐口部分，可以進(jìn)一步減輕爐帽襯磚的重力負(fù)荷。

3 結(jié)論

1）大型轉(zhuǎn)爐爐襯修整技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，在強(qiáng)調(diào)爐襯維護(hù)的同時(shí)更注重轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉有效空間的控制。

2）注重濺渣層的厚度控制，整體控制在30-50 mm 之間。過(guò)薄則需要調(diào)整濺渣護(hù)爐工藝，過(guò)厚則需要進(jìn)行爐襯吹掃。

3）頂吹供氧噴槍吹掃工藝模式保證了轉(zhuǎn)爐冶煉空間，提高了爐容比，減少了噴濺。

4）丙烷噴槍局部爐襯吹掃工藝保障了鋼水全部出凈，提高了濺渣護(hù)爐效果。

5）大型轉(zhuǎn)爐前大面修整技術(shù)減少了廢鋼沖擊造成的機(jī)械傷害，保護(hù)爐襯的同時(shí)減少了轉(zhuǎn)爐噴補(bǔ)時(shí)間，提了生產(chǎn)效率。