高冶煉強(qiáng)度下轉(zhuǎn)爐爐體維護(hù)實(shí)踐

王連全，馬兵書(shū)，王飛宇

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

轉(zhuǎn)爐爐齡是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在整個(gè)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中起著非常重要的作用，代表著一個(gè)煉鋼企業(yè)的工藝操作和技術(shù)管理水平。天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司煉鋼廠（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)合特鋼）于2020年初開(kāi)展了轉(zhuǎn)爐高強(qiáng)度冶煉攻關(guān)工作，通過(guò)采取一系列措施，單月最低轉(zhuǎn)爐冶煉周期可達(dá)到25min以內(nèi)，3座120t轉(zhuǎn)爐單月最高產(chǎn)量達(dá)到63萬(wàn)噸以上。轉(zhuǎn)爐冶煉強(qiáng)度的提高，提升了轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)節(jié)奏、增加了產(chǎn)量，但這也對(duì)轉(zhuǎn)爐爐體維護(hù)提出了更高的要求。如何在確保轉(zhuǎn)爐冶煉快節(jié)奏、高產(chǎn)量的前提下，保持或進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐爐齡是聯(lián)合特鋼當(dāng)前面臨的一個(gè)重要課題，否則轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏、高產(chǎn)量來(lái)了轉(zhuǎn)爐爐齡大幅下降也是得不償失的，也不是轉(zhuǎn)爐高強(qiáng)度冶煉攻關(guān)的目的。

本文對(duì)轉(zhuǎn)爐在高強(qiáng)度冶煉條件下?tīng)t襯侵蝕機(jī)理進(jìn)行深入研究，并根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝條件，制定了高冶煉強(qiáng)度條件下轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)的具體應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)應(yīng)對(duì)措施實(shí)施后的效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

聯(lián)合特鋼煉鋼廠于2020年初進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐高強(qiáng)度冶煉攻關(guān)工作，通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)爐裝料制度、優(yōu)化供氧強(qiáng)度以及改進(jìn)出鋼工藝等措施，轉(zhuǎn)爐冶煉周期由30min以上降低到25min以內(nèi)。隨著冶煉周期縮短，轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)時(shí)間、濺渣時(shí)間等輔助時(shí)間相應(yīng)壓縮，致使轉(zhuǎn)爐爐襯大小面、熔池耳軸部位侵蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了轉(zhuǎn)爐的快節(jié)奏生產(chǎn)。為此聯(lián)合特鋼煉鋼廠組織開(kāi)展了高強(qiáng)度冶煉條件下提高轉(zhuǎn)爐爐齡技術(shù)攻關(guān)。

圖1為聯(lián)合特鋼煉鋼廠120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)。由圖1可以看出，轉(zhuǎn)爐爐襯分為工作層和填充層兩層結(jié)構(gòu)。爐襯工作層由鎂碳磚砌筑而成，爐底工作層厚度為700mm、爐身工作層厚度為600mm。爐襯工作層直接與液體金屬、固體廢鋼、熔渣和爐氣接觸，要經(jīng)受液態(tài)渣、鋼的沖刷，以及熔渣的化學(xué)侵蝕、高溫和溫度急變、物料沖擊等一系列作用。填充層介于工作層與爐殼之間，由小塊鎂磚砌筑而成，其主要作用為減緩工作層膨脹對(duì)爐殼的擠壓、便于工作層迅速拆除、避免爐殼受損。

圖1 聯(lián)合特鋼120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)

2 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕原因分析

2.1 轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕機(jī)理

轉(zhuǎn)爐爐襯損蝕主要是工作層的損蝕，存在于鎂碳磚中的石墨碳與熔渣的潤(rùn)濕性不好，能夠有效抑制熔渣向磚體內(nèi)的滲入，所以轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕原理主要決定于其材料構(gòu)成。鎂碳磚自外向里存在著明顯的三層構(gòu)造，分別是反應(yīng)層、變質(zhì)層和原磚層。鎂碳磚的工作表層約有1～3mm厚的反應(yīng)層，即熔渣滲透層；變質(zhì)層與反應(yīng)層相鄰，厚度約為0.2～2mm；最內(nèi)部是原磚層。氧化性熔渣、供入的O2和爐氣中CO2等與鎂碳磚工作層中的C發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)碳又與高溫下MgO發(fā)生還原作用，在鎂碳磚工作層表面形成脫碳層，反應(yīng)式如下[1]：

轉(zhuǎn)爐爐體內(nèi)部存在著劇烈的物理化學(xué)反應(yīng)，磚體工作層在C的氧化脫除作用下，組織疏松脆化，在爐液的流動(dòng)沖刷下發(fā)生蝕損。同時(shí)，隨著磚體C脫出而形成的空隙以及鎂砂顆粒產(chǎn)生的微細(xì)裂紋，給氧化性熔渣滲入創(chuàng)造了條件，滲入磚體的氧化性熔渣與MgO反應(yīng)生成低熔點(diǎn)固溶體等礦物。通過(guò)不斷的相互作用，最后鎂砂顆粒漂移流失于熔渣之中，鎂碳磚相應(yīng)地被蠶食與損壞。

2.2 爐襯侵蝕影響因素分析

轉(zhuǎn)爐爐襯壽命受各方面因素影響較多：主要原材料鐵水、廢鋼等入爐時(shí)對(duì)爐襯的熱沖擊和機(jī)械沖擊損壞；冶煉過(guò)程中，爐內(nèi)劇烈的物理化學(xué)反應(yīng)，造成爐內(nèi)鋼水、爐渣和爐氣等對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖擊損壞。但以上客觀因素都可以通過(guò)規(guī)范的冶煉操作及先進(jìn)的工藝技術(shù)彌補(bǔ)，從而延長(zhǎng)爐襯使用壽命。

2.2.1 機(jī)械沖擊影響

因?yàn)椴煌螤睢⒁?guī)格和重量的廢鋼偏差較大，在入爐過(guò)程中，會(huì)對(duì)爐襯大面產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊。同時(shí)在鐵水兌入過(guò)程中，高溫鐵水同樣會(huì)對(duì)爐襯裝料側(cè)大面產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷，侵蝕爐襯大面。在轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，由于氧氣射流沖擊爐內(nèi)鋼液、熔渣等對(duì)爐襯的沖刷磨損也極為嚴(yán)重。

2.2.2 出鋼溫度影響

在高溫?zé)崃鞯挠绊懴聽(tīng)t襯表面會(huì)出現(xiàn)軟化、熔融現(xiàn)象，另外受高溫影響，爐襯濺渣層壽命會(huì)明顯降低。實(shí)踐證明：如果終點(diǎn)拉碳溫度在1650℃以下，濺渣層完好率在80%以上；如果拉碳溫度在1680℃以上，將會(huì)熔化掉大部分的濺渣層[2]。

2.2.3 終渣氧化性影響

終渣的氧化性對(duì)爐襯的侵蝕作用也非常明顯。渣中TFe愈高，爐渣熔點(diǎn)越低，低熔點(diǎn)的爐渣加速了對(duì)爐襯的蝕損。由于濺渣層熔損率主要與濺渣層中TFe含量有關(guān)，TFe含量越高，濺渣層熔損率就越高。

2.2.4 渣中MgO含量影響

MgO在渣中的作用，一方面可以稠化爐渣，另一方面可以吸收渣中FeO，并與之形成固溶體。在1650℃時(shí)，GR（高堿度低MgO含量）渣中的各類金屬氧化物多數(shù)成為液相，而GM（低堿度高M(jìn)gO含量）渣中的各類金屬氧化物仍以固體質(zhì)點(diǎn)彌散在渣中。這是GM渣比GR渣耐蝕損的原因。

2.2.5 轉(zhuǎn)爐爐型控制影響

由工作性質(zhì)決定，轉(zhuǎn)爐兩個(gè)大面是轉(zhuǎn)爐爐襯的薄弱部位。主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)爐爐襯兩個(gè)大面由于侵蝕嚴(yán)重，特別是兌鐵位置極易出現(xiàn)深坑，深坑最嚴(yán)重的部位是鋼液面出鋼口以下。同時(shí)受冶煉和濺渣護(hù)爐的影響，爐底深度變化過(guò)快也會(huì)對(duì)爐體維護(hù)產(chǎn)生不利影響。

3 高冶煉強(qiáng)度下轉(zhuǎn)爐爐襯維護(hù)措施

3.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

3.1.1 裝入制度優(yōu)化

通過(guò)調(diào)整廢鋼、鐵水的裝入順序可以有效減少入爐料對(duì)爐襯的機(jī)械沖擊和磨損。目前聯(lián)合特鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐處于先裝入廢鋼后兌鐵水加料方式，廢鋼以鋼筋壓塊為主，占比達(dá)到80%以上，廢鋼加入方式采用抓鋼機(jī)分批次逐塊加入。采用該加料方式可以有效減少同時(shí)加入大量廢鋼對(duì)爐襯的機(jī)械沖擊，且可以有效避免鐵水對(duì)爐襯的機(jī)械沖刷。在裝入爐料結(jié)構(gòu)上，要依據(jù)不同爐齡階段以及鐵水成分及時(shí)調(diào)整廢鋼裝入配比，減少因終點(diǎn)溫度不合格引起的后吹現(xiàn)象。

3.1.2 冶煉過(guò)程控制優(yōu)化

（1）合理控制出鋼溫度。為減少冶煉終點(diǎn)溫度過(guò)高對(duì)爐襯的侵蝕，要求提前掌握鐵水成分、溫度等情況，根據(jù)不同的鐵水條件調(diào)整搭配的冷料加入量，實(shí)現(xiàn)對(duì)冶煉終點(diǎn)的控制，達(dá)到終點(diǎn)溫度、成分雙命中。

（2）提高終點(diǎn)命中率，減少補(bǔ)吹次數(shù)及時(shí)間。終點(diǎn)補(bǔ)吹會(huì)加劇鋼水過(guò)氧化，在加劇爐襯侵蝕的同時(shí)，還會(huì)因終渣TFe含量升高，影響濺渣護(hù)爐效果。通過(guò)制定合理的槍位制度，提高冶煉終點(diǎn)控制操作水平，可減少終點(diǎn)補(bǔ)吹次數(shù)、避免爐襯加劇侵蝕。

（3）減少鋼水爐內(nèi)停留時(shí)間。轉(zhuǎn)爐出鋼采用爐前不倒?fàn)t出鋼工藝，即終點(diǎn)吹煉結(jié)束后，轉(zhuǎn)爐直接搖至爐后進(jìn)行出鋼操作，取消了原爐前倒?fàn)t、測(cè)溫、取樣工作，在加快生產(chǎn)節(jié)奏的同時(shí)，有效縮短了高溫、高氧化性鋼水在爐內(nèi)的停留時(shí)間，將鋼水對(duì)爐襯的侵蝕作用進(jìn)一步減少。目前聯(lián)合特鋼不倒?fàn)t出鋼工藝執(zhí)行率達(dá)到95%以上。

（4）增大出鋼口直徑。出鋼口直徑由原有的φ180mm增大到φ210mm，縮短出鋼時(shí)間1min以上，縮短了鋼水在爐內(nèi)的停留時(shí)間。

3.2 改進(jìn)濺渣護(hù)爐工藝

3.2.1 終渣成分控制

實(shí)踐證明，轉(zhuǎn)爐終渣堿度控制在2.2～3.2范圍內(nèi)，MgO含量控制在6～10%范圍內(nèi)，TFe含量控制在10～20%范圍內(nèi)[3]，可以有效降低終渣對(duì)爐襯的侵蝕作用。聯(lián)合特鋼煉鋼廠嚴(yán)格規(guī)范終點(diǎn)壓槍時(shí)間，降低終渣TFe含量，終點(diǎn)壓槍時(shí)間達(dá)到1min以上。轉(zhuǎn)爐終渣成分控制參見(jiàn)表1。

表1 轉(zhuǎn)爐終渣控制成分

3.2.2 濺渣控制

（1）調(diào)整濺渣氮?dú)鈮毫?。為縮短輔助時(shí)間，加快轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)為了保證濺渣效果，將濺渣氮?dú)鈮毫?.0MPa調(diào)高至1.2MPa。

（2）控制濺渣渣量。渣量過(guò)大，液渣稠化時(shí)間增長(zhǎng)，渣粒形成較慢，不利于快節(jié)奏生產(chǎn)條件下的濺渣護(hù)爐。聯(lián)合特鋼煉鋼廠通過(guò)優(yōu)化渣料結(jié)構(gòu)，選用合適的搭配比例，減少了總的渣料加入量，將渣料消耗由原有的120kg/t控制到現(xiàn)有的90kg/t。

（3）調(diào)整濺渣槍位。為縮短濺渣時(shí)間，濺渣槍位采用低-高-低控制。首先采用低槍位加速爐渣冷卻和稠化，達(dá)到快速成渣的目的，之后抬高槍位進(jìn)行濺渣。在濺渣過(guò)程中，根據(jù)爐口渣粒情況再緩慢降槍，實(shí)現(xiàn)由熔池到爐身渣層均勻覆蓋。圖2為濺渣槍位控制示意圖。

圖2 濺渣槍位控制示意圖

3.3 優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)組織

采用轉(zhuǎn)爐→LF精煉→連鑄的生產(chǎn)組織模式，可以明顯降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。LF精煉爐采用電弧加熱的方式對(duì)鋼水進(jìn)行升溫，因此可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)節(jié)奏最大限度利用精煉爐升溫優(yōu)勢(shì)，減少因轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度過(guò)高造成的爐襯及濺渣層侵蝕。在該組織模式下，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度可控制在1620℃以下。

3.4 加強(qiáng)爐襯監(jiān)測(cè)

使用爐襯測(cè)厚儀對(duì)各處爐襯厚度情況進(jìn)行不定期監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)測(cè)厚數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地開(kāi)展補(bǔ)爐工作，在維持原有爐型結(jié)構(gòu)的同時(shí)，可有效避免爐役后期漏爐事故的發(fā)生。圖3為爐襯測(cè)厚圖。

圖3 爐襯測(cè)厚圖

4 結(jié)語(yǔ)

聯(lián)合特鋼煉鋼廠在對(duì)轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕原理進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，制定了一系列轉(zhuǎn)爐高冶煉強(qiáng)度下?tīng)t體強(qiáng)化維護(hù)措施。通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，改進(jìn)濺渣護(hù)爐工藝、優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)組織、加強(qiáng)爐襯監(jiān)測(cè)等工藝改進(jìn)措施的實(shí)施，轉(zhuǎn)爐高冶煉強(qiáng)度下?tīng)t體壽命顯著提高。

在轉(zhuǎn)爐冶煉周期達(dá)到25.91min的前提下，聯(lián)合特鋼2號(hào)轉(zhuǎn)爐爐齡達(dá)到33980爐，創(chuàng)造了聯(lián)合特鋼成立以來(lái)最長(zhǎng)爐齡記錄，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又進(jìn)一步為轉(zhuǎn)爐縮短冶煉周期、提高產(chǎn)能創(chuàng)造了有利條件。目前看，轉(zhuǎn)爐高冶煉強(qiáng)度下?tīng)t體維護(hù)的研究將是聯(lián)合特鋼煉鋼廠一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。