轉爐經濟爐齡探討

李明陽，馮超，胡凡金

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

轉爐經濟爐齡探討

李明陽，馮超，胡凡金

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南250101）

通過對爐襯浸蝕機理及爐齡影響因素的分析，認為轉爐存在一個綜合消耗成本最低的爐齡或爐齡段，即經濟爐齡。但在經濟爐齡的選擇和確定時，需根據企業具體情況綜合考慮生產成本、產品質量、生產組織等因素，選擇一個適合本企業的最佳經濟爐齡。

轉爐；經濟爐齡；浸蝕機理；耐材消耗；成本

轉爐爐齡是煉鋼生產的一項重要經濟技術指標，直接影響到煉鋼生產的成本及生產組織，甚至產品質量。一般情況下提高轉爐爐齡可增加產量，提高生產率，降低轉爐爐襯消耗。但隨著爐齡的增加，轉爐維護消耗將會增加，維護時間也會增加，綜合成本隨之增加。由于爐襯成本隨著爐齡增加而降低，因此耐材綜合消耗成本將會隨著爐齡增加先降低，降到一定程度后，隨著維護消耗的增加而成本逐漸升高，即轉爐存在一個爐齡或爐齡段，在此爐齡或爐齡段，爐役期內噸鋼綜合消耗成本最低，即最經濟。本研究從爐襯浸蝕機理、耐材消耗、生產操作等方面分析探討轉爐的最佳經濟爐齡。

1　轉爐爐襯的浸蝕機理

轉爐冶煉是在高溫條件下的一系列物理、化學反應過程，在這個過程中爐襯受到一系列強烈的機械、物理、化學作用而浸蝕［1-4］。

1）機械沖擊浸蝕。加廢鋼、兌鐵水等操作都是直接對著轉爐大面爐襯，對大面爐襯產生強烈的沖擊、磨損、沖刷，是爐襯耐材浸蝕的主要因素。

2）物理作用。冶煉過程中爐內氣流對爐壁、爐帽等耐材的沖刷，鋼水、爐渣對爐襯的熔解、沖刷以及冶煉過程中高溫反應對爐襯的熔損等物理浸蝕。

3）化學作用。目前轉爐內襯的工作層一般由鎂碳磚砌筑，鎂碳磚中含有一定量的石墨碳，與熔渣的潤濕性差，可阻礙熔渣向磚體內的滲透；導熱性較好，能大幅提高襯磚的抗熱振性，使得鎂碳磚爐襯壽命較長。但轉爐爐內為強氧化性氣氛，在冶煉過程中高溫氧化性氣體會氧化脫除磚中部分碳，致使磚體結構松動脆化，在煙氣、流體沖刷下流失而被蝕損。

鎂碳磚首先受到爐渣中FeO、供入的O2、爐氣中CO2等氧化物氧化，其反應式為：

上述反應使鎂碳磚工作表面形成脫碳層而蝕損；同時，由于磚中碳被氧化脫除會形成孔隙，熔渣從孔隙或裂紋的縫隙滲入，與MgO反應生成CMS （CaO·MgO·SiO2）、C3MS2（3CaO·MgO·2SiO2）等低熔點固溶體，致使爐襯加速熔損。

2　轉爐爐齡的影響因素分析

影響轉爐爐齡因素較多，首先是耐材質量對爐齡的影響；其次是生產操作和維護對爐齡的影響。

2.1耐材的影響

主體要素是以國家司法機關、行政機關為主的全社會力量。要求發動組織和全社會的人關心和參與治理犯罪。［5］科技是總體國家安全觀重點涉及的領域，高新技術犯罪將會給國家安全造成巨大隱患。只有動員全社會的力量才能切實有力的預防此類犯罪，使危害國家安全者無處藏身，危害國家安全的行為無法得逞。［6］踐行總體國家安全觀有利于凝聚預防人工智能犯罪的磅礴力量，構筑起多元主體參與的犯罪預防體系。眾人拾柴火焰高，相關主體應積極行動起來，為構筑起多元主體參與的犯罪預防體系添磚加瓦。

堿性轉爐爐齡從最初的幾百爐逐步提高到數千爐，甚至上萬爐，除了得益于各種爐襯維護技術的使用外，更重要的是耐火材料質量的不斷提高。堿性轉爐最初采用鎂白云石磚作爐襯耐材，而鎂白云石磚熱穩定性差，結構不密實，轉爐爐內溫度波動較大，工作環境惡劣，爐襯在各種物理、化學作用下易剝落損壞，爐齡一般只有幾百爐；隨著耐材技術的不斷發展，20世紀90年代出現了鎂碳磚爐襯耐材，使得轉爐爐齡由幾百爐提升到3 000爐以上，爐齡出現了質的飛躍［3-5］。

鎂碳磚中由于含有一定量的石墨碳，使其具有優良的抗渣性、熱穩定性，高的耐火度和荷重軟化溫度，是一種優良的堿性轉爐爐襯耐火材料，它的出現使得轉爐爐襯壽命發生了革命性的變化。

2.2砌筑工藝的影響

轉爐生產過程中各部位受沖刷或浸蝕的情況不同，耐材蝕損程度不同。爐襯設計時應根據不同部位的蝕損機理，針對性地選擇不同性質的爐襯耐材及砌筑工藝（厚度），以達到爐襯蝕損均衡，提高爐襯整體使用壽命。

對于裝料側，生產過程中周期性地受廢鋼、鐵水撞擊、沖刷以及爐渣浸蝕，機械磨損較嚴重，應采用強度高、抗渣性好、抗熱震性好的鎂碳磚，如MT-12A（或MT-14A），爐襯的厚度也要適當增加，一般較出鋼側厚8%～10%；對于出鋼側，受熱震影響較小，但受鋼水的沖刷作用較強，常采用與裝料側相同級別的鎂碳磚，但其厚度可適當薄些；對于爐口、爐帽部位，由于溫度變化劇烈，受爐渣浸蝕較嚴重，應選用抗熱震性好、抗渣性強的鎂碳磚，如MT-10A（或MT-12A）；耳軸區兩側不易修補，且表面常無保護渣層覆蓋，磚中碳易被氧化，一般采用抗渣性優良的優質鎂碳磚，如MT-14A，并在磚體里添加一定量的抗氧化劑；渣線部位與爐渣長期接觸，受爐渣浸蝕較嚴重，需采用抗渣性質優良的優質鎂碳磚，如MT-18A；熔池部位主要與鋼水接觸，雖然鋼水對爐襯的浸蝕性較小，但在生產過程中熔池攪動強烈，鋼水對爐襯沖刷作用較強，但與其他部位相比，損壞還是相對較輕，可選用普通優質鎂碳磚，如MT-l4B［3-5］。

通過選用不同性質的爐襯耐火材料，采用不同厚度的砌筑工藝，可實現均衡爐襯，提高轉爐爐襯整體使用壽命，降低爐襯耐材消耗，降低生產成本。因此，爐襯在砌筑時應考慮采用均衡爐襯。

2.3操作維護的影響

渣中MgO主要是控制渣中［MgO］飽和度，阻止襯磚中MgO向渣中熔解。但渣中［MgO］對爐渣黏度影響較大，渣中［MgO］含量太大，爐渣過于黏稠，不利于冶煉操作。因此爐渣中的［MgO］應控制在合理范圍內，一般控制在8%～10%，既可阻止爐襯向爐渣中熔解，又不影響冶金效果。

2）出鋼溫度的影響。出鋼溫度越高，耐材蝕損越快。當出鋼溫度高于1 700℃時，由于臨近耐材的荷重軟化溫度，爐襯的熔損速度會急劇增加，且當爐溫＞1 700℃時反應會加劇，爐襯熔損也會加劇。因此，轉爐冶煉盡可能控制在1 700℃以下操作［5］。

3）濺渣護爐對爐齡的影響。濺渣護爐工藝是在轉爐出鋼后，通過氧槍采用氮氣將調節過黏度和性質的爐渣噴濺涂掛在爐壁上，形成一層類爐襯保護層，減緩冶煉過程對爐襯的浸蝕熔損。濺渣護爐是提高轉爐爐齡最有效的手段之一，可使轉爐爐齡從3 000爐左右提升至上萬爐，甚至數萬爐。但濺渣護爐效果依賴終渣性質、槍位控制、濺渣氮氣壓力控制等，爐渣太稀附著困難，甚者還會熔損爐襯；槍位或氮氣壓力不當，爐渣噴濺高度不足，濺渣不均勻等，都會導致護爐效果不佳。因此，濺渣護爐需保證合適的爐渣性質，確保易于附著燒結；控制合理的槍位和氮氣壓力，使爐渣均勻噴濺附著，提高保護效果。

3　經濟爐齡分析

3.1爐齡與耐材消耗的關系

耐材消耗指轉爐爐襯耐材消耗和為維護轉爐正常生產進行的爐體修補維護及濺渣護爐消耗。轉爐爐襯耐材使用量在砌爐時已確定，隨爐齡增加噸鋼消耗降低，150 t轉爐耐材消耗與爐齡基本關系如圖1所示。

圖1　轉爐爐襯消耗與爐齡關系

轉爐噴補是轉爐維修最重要的手段，通過噴入一定濕度的耐材，對蝕損或脫落的爐襯進行修補，可保證正常安全生產，提高轉爐爐齡。噴補料的選擇需考慮燒結性，選擇與轉爐爐襯耐材潤濕性較好、易燒結、耐火度高的噴補料，以提高修補質量，降低噴補消耗和修補成本。濺渣護爐也是轉爐維護的重要手段，它將含飽和［MgO］的爐渣噴濺到爐襯上形成一層保護層，減緩爐襯蝕損。

一般新爐開爐500爐左右需進行濺渣護爐和噴補維修，初期一般2、3爐護爐1次，之后隨爐齡增加護爐頻次增加，后期則需每爐濺渣護爐。初期一般20～30爐噴補1次，后期3～5爐就需進行噴補維修，而且噴補維修的消耗和時間也增加。即隨著轉爐爐齡增加，噴補及濺渣維護消耗逐漸增加，但由于爐襯成本是隨爐齡增加而降低的，因此綜合消耗成本先降低，降到一定程度后，隨爐齡增加而逐漸增加，即存在一個綜合消耗最低的爐齡或爐齡段，在此爐齡或爐齡段內噸鋼綜合消耗成本最低，即最經濟。在當前條件下大中型轉爐經濟爐齡一般在5 000～8 000爐內［6-9］。

3.2爐齡與底吹效果的關系

轉爐底吹效果直接影響到鋼水質量及物料消耗，底吹效果好則爐內反應充分，鋼水成分均勻，碳氧積（C×O）小，鋼中［O］含量低，脫氧消耗及輔料消耗降低，鋼水質量好；反之，消耗增加，鋼水質量降低。目前轉爐底吹主要采用透氣磚方式，用N2或Ar作攪拌介質，一般冶煉3 000～4 000爐左右透氣磚就被堵塞得比較嚴重，底吹效果變得較差，碳氧積明顯增加。而透氣磚一般采用內裝形式，和轉爐爐襯一起砌筑，堵塞后沒法更換，后期冶煉操作困難。表1為不同底吹效果下的氧平衡值。

表1　不同底吹效果下的理論氧平衡值

從表1知，在鋼水終點［C］為0.04%條件下，碳氧積從0.002 5增加到0.003 0，鋼水中氧含量［O］增加125×10-6（0.012 5%）。若采用Al脫氧，Al收得率一般為60%，則噸鋼脫氧劑消耗增加0.235 kg/t。

因此，若轉爐底吹透氣元件質量或更換方式沒有質的變化，不能保證底吹壽命和爐齡同步，不能保證后期底吹效果時，不宜大幅提高轉爐爐齡。

3.3爐齡與產品質量的關系

隨著爐齡增加轉爐底吹效果會逐漸變差，爐內反應極不平衡，渣中FeO含量會增高，爐渣氧化性增強，鋼水［O］含量將增高，脫氧消耗會增加，脫氧生成的夾雜物會增多，鋼水質量將會降低。如在［C］為0.04%的條件下，鋼水中碳氧積從0.002 5增加到0.003 0，噸鋼會多生成約0.266 kg Al2O3夾雜物，若這些夾雜不能充分上浮去除，則會嚴重影響鋼水潔凈度，降低鋼水質量。

此外，由于各部位浸蝕情況不同，隨著爐齡增加爐型變化較大，常會出現吹煉死區等，造成反應不均衡，終點控制難度加大，常需要補吹等操作，造成鋼水過氧化或有害元素增加。如補吹會增加［N］含量等，影響鋼水質量。

因此，爐齡的選擇既需要考慮綜合成本，也需要考慮產品質量，而且還需要滿足生產組織和計劃檢修要求等。

4　結束語

經濟爐齡是一個綜合性經濟技術指標，受耐材質量、生產成本、生產組織、產品質量等因素的綜合影響，在選擇和確定時，需要綜合考慮各種因素，在合理范圍內選擇適合本企業的最佳經濟爐齡。在保證產品質量、生產組織順行的前提下，獲取最大的經濟效益。

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Abstrraacctt：Based on the analyzing of lining erosion mechanism and lining life influencing factors of BOF，it has been confirmed that there is a lining life pot or a lining life zone which running cost is the lowest，that is called economic lining life of BOF.But during choosing and determining the economic lining life of BOF，the running cost and product quality and production organization and so on must be comprehensively thought about to choosing a suitble economic lining life for your enterprise.

Key worrddss：basic oxygen furnace；economic lining life；erosion mechanism；refractory consumption；cost

Discussion about Economic Lining Life of BOF

LI Mingyang，FENG Chao，HU Fanjin
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF748.2

A

1004-4620（2016）03-0001-03

2016-01-11

李明陽，男，1981年生，2006年畢業于重慶大學冶金工程專業，碩士。現為山東省冶金設計院股份有限公司煉鋼室工程師，從事鋼鐵工藝設計與研究工作。