120 t轉爐經濟爐齡爐襯維護工藝優化

寧知常

（山鋼股份濟南分公司 煉鋼廠，山東 濟南250101）

120 t轉爐經濟爐齡爐襯維護工藝優化

寧知常

（山鋼股份濟南分公司 煉鋼廠，山東 濟南250101）

通過爐渣成分的控制，采取反復間歇式吹入高壓氮氣的濺渣護爐技術，優化濺渣護爐模式；采用鐵塊渣補的方式護爐；優化轉爐底吹系統和留渣操作，降低了終點碳氧積，降低了終點渣樣中（TFe）含量，減少了渣中的金屬損失，提高了金屬收得率。經濟爐齡的爐襯維護工藝降低了石灰、鎂質熔劑、耐材等消耗，噸鋼約節省費用1.728元/t。

轉爐；爐襯維護；經濟爐齡；濺渣護爐

1 前言

目前，國內外鋼材市場普遍不景氣，國內鋼鐵主業更是持續虧損，煉鋼廠不得不重新審視過去的工藝、方法、措施。過去，轉爐爐齡一直是重要的技術經濟指標，但是爐役后期，爐況維護的成本高，煙道、下料口等水冷設備經常漏水，給安全帶來了一定的隱患。鑒于目前生產任務不重，提出了經濟爐齡的概念［1］，“高爐齡不一定高效益”開始被大家接受。經濟爐齡在10 000爐左右，耐火材料實施噸鋼整體承包，這就極大降低了鎂球、輕燒白云石等耐火材料的消耗，又能保證較好的底吹效果，控制爐襯內型，最大程度發揮復吹轉爐的冶金效果，同時頂底復吹工藝對品種鋼尤其是低碳鋼種的生產提供了有力保障。

2 工藝優化實施內容

2.1 濺渣護爐模式的優化

2.1.1 爐渣成分控制

采用濺渣護爐技術，冶煉過程中對爐渣調整的目的是為了減少爐渣對爐襯的化學侵蝕，在不影響脫磷、脫硫反應進行的條件下，合理控制終渣MgO含量，使終渣滿足濺渣護爐的要求。終渣成分決定了爐渣的耐火度和黏度。影響終渣耐火度的主要成分是MgO、TFe和堿度（CaO/SiO2）。堿度和氧化鐵含量是由原料和鋼種決定的，其中氧化鐵變化范圍較大（取決于終點拉碳程度）。為使濺渣層有足夠的耐火度，主要措施是調整渣中MgO含量。

工藝規程規定：終渣MgO控制在8.0%～12%范圍內，堿度控制在3.0～3.5。大部分情況下，采用直接濺渣法，出鋼后不調渣，個別高溫鋼或后吹鋼（鋼水終點[C]＜0.04%）采用鎂球改質劑調渣后再濺渣。爐渣實際典型成分見表1。

表1 濺渣護爐終渣成分

對表1爐渣的巖相分析可知，渣中以C2S、C3S為主相，同時含有較多的MgO細晶及未熔的MgO顆粒，因此爐渣的特點是：堿度（CaO/SiO2）較高，（MgO）含量較高，均達到了飽和；TFe含量變化較大。

冶煉過程中，根據鐵水成分、溫度、鐵水比例及自動化模型計算結果，合理控制石灰、白云石、鎂球等的加入數量，保證爐渣成分［2］。終點拉后吹、FeO含量高、流動性高時，再通過改質劑調渣，增加渣中（MgO）含量，降低渣中TFe含量，從而保證了濺渣護爐效果。

2.1.2 減緩熔池部位爐襯侵蝕的濺渣方法

采用間歇式開氮氣“浪涌”濺渣護爐技術［3］，其特征是，濺渣完畢，具有一定黏度、耐火度的終渣，經過氧槍高槍位反復間歇式吹入高壓氮氣后，爐渣受到氮氣的擠壓和沖擊，呈波浪形被排擠到熔池周圍，敷著在熔池爐襯上，形成“濺渣層”，有效保護了爐襯，延緩了熔池的侵蝕速度。本方法無需增加專用設備，無需延長補爐時間，無需增加勞動強度和噴補料消耗，可有效延緩熔池的侵蝕速度，而且不影響煉鋼生產節奏，不增加生產成本，使轉爐爐襯各部位均衡侵蝕，盡量保持爐襯壽命同步。

高槍位是指，濺渣完畢后，將氧槍操作模式由“生產模式”切換為“檢修模式”，將氧槍槍位降至較正常濺渣槍位高1～1.5 m的位置；“反復間歇式吹入高壓氮氣”是指，在“手動”控制模式下打開濺渣氮氣切斷閥，利用開閥瞬間氮氣壓力高、流量大、對爐渣沖擊排擠作用大的特點，持續吹氮氣5～10 s后關閉氮氣快速切斷閥，并調整氧槍至合適位置，間隔4～8 s后重新開閥吹濺；重復開關氮氣切斷閥操作4～6次。

2.2 鐵塊渣補護爐

利用鐵塊將轉爐渣快速凍結在需要墊補的部位，由于鐵塊與爐渣的粘合性，使墊補的部位在搖爐過程中多次掛渣。使用轉爐鐵塊渣補法時，確認轉爐渣面需要墊補的部位后，補爐的前一爐調好爐渣，達到補爐的爐渣要求。爐內留渣5～6 t，將提前準備好的鐵塊（3 t左右）均勻地倒入轉爐內倒渣面侵蝕嚴重的部位，將轉爐在45°～100°之間來回搖幾次，使得鐵塊完全侵入爐渣內，利用鐵塊吸收爐渣的熱量，使爐渣與鐵塊冷卻凝固在一起，起到保護爐襯的作用。操作步驟及要點如下：

1）提前一爐把爐渣堿度控制在3.3以上，渣中（MgO）含量控制在10%左右，出鋼溫度控制在1 640～1 650℃，轉爐終點氧控制在350×10-6以下。

2）渣補用鐵塊要求干燥、無雜物，防止往爐內倒鐵塊時引起安全事故和外來雜物影響補爐效果。

3）補爐前一爐鋼水出凈，爐渣避免過氧化性，以提高爐渣的耐侵蝕性能，確保補爐效果。

4）補爐時鐵塊用量控制在3 t左右，鐵塊補爐部位控制在熔池的上方，防止吹煉過程鐵塊熔化影響鋼水終點成分。

5）倒入鐵塊時，先將轉爐搖到50°，加鐵塊的同時往下搖動爐子，避免鐵塊堆積在一起，倒入鐵塊后，轉爐在45～100°之間來回搖幾次，使得鐵塊完全侵入爐渣內，放入鐵塊后，立刻將爐子搖平（90°左右）。

6）鐵塊補爐的時間控制在45～55 min。

7）補爐第1爐，加強過程控制，避免過程返干，終點溫度控制在1 650℃以下，出鋼后做好濺渣護爐工作。

8）出于安全考慮，鐵塊渣補爐第1爐出鋼時，爐口前方不得有人通行，嚴禁觀察爐況和補爐效果。

2.3 轉爐底吹系統的優化

根據底吹自動化生產控制系統工藝需求，對底吹PLC程序進行優化設計，對相關PLC進行數據采集，得到底吹所需工藝數據。通過底吹流量模型進行模擬計算，得出符合鋼種需要的底吹流量模式。利用MP7.2上位監控軟件編制上位HMI操作畫面，對底吹流量模式進行選擇操作，實現底吹功能的優化，進一步提高底吹冶金效果。

1）優化底吹PLC程序，撰寫程序設計規格說明書。通過Concep軟件開發、設計底吹PLC程序，完成L1級基礎自動化控制功能，實現底吹功能的優化，達到設計預期目標。

2）編制、優化上位監控畫面（HMI）的設計。根據底吹工藝流程要求，通過Monitor Pro 7.2上位監控軟件設計出符合底吹工藝流程的上位監控畫面（HMI），通過對上位監控畫面的操作，實現底吹流量模式的調整。

3）根據底吹工藝流程和數學模型建立底吹流量控制模型。根據實際出鋼量、副槍測出的實際熔池液位及渣中（FeO）含量變化，結合吹煉過程各元素反應規律及反應特點，調整完善底吹流量模式參數值。

4）配合轉爐濺渣護爐制度，合理選用底吹曲線，控制爐底高度及形狀，保證底吹良好的應用效果。

5）優化、完善自動化煉鋼模型的數據采集、信息傳遞，提高煉鋼終點溫度、[C]含量的雙命中率，提高自動化煉鋼水平。

6）根據不同鋼種終點控制要求（終點[C]含量的控制），選取相應鋼種對應的后期流量曲線。

7）啟動“后攪”模式，尤其是低碳鋼種，以進一步促進C-O反應，降低碳氧積，提高鋼水質量。

8）進一步優化底吹模型的各個參數，提高底吹元件的壽命，更進一步完善自動化煉鋼模型的自學習功能。

2.4 留渣操作的優化與完善

2.4.1 留渣噴濺原因和預防機理

轉爐終渣中含有一定量FeO，這種終渣留待下一爐，在兌入鐵水時，必會同時發生以下反應：

根據經驗，當終渣中（FeO）高于20%時，式（1）、（2）反應激烈，會瞬間產生大量的氣體附帶爐渣、鐵水沖出，易造成爆發性噴濺事故。要防止噴濺，最直接的辦法是控制爐中氣體，杜絕或減緩式（1）、式（2）的反應。

1）通過工藝操作降低終渣（FeO）含量，根據供氧時間、爐口火焰等情況，可以通過掌握壓槍時間、控制拉碳、降低爐渣氧化性和TSC（測溫、取樣、定碳）后少加或者不加礦石等措施來實現。頂底復吹轉爐相對頂吹轉爐，可有效降低終渣（FeO）含量。

2）在濺渣護爐結束后，加入1 000 kg石灰，可以達到稀釋（FeO）濃度、稠化爐渣的目的；同時，也可降低爐渣的溫度，當爐渣溫度低于1 508℃時，從熱力學角度來說可以有效預防噴濺的發生。

2.4.2 留渣條件

1）鐵水成分Si不高于0.80%。Si高冶煉操作困難，終渣不易控制。

2）終點碳不低于0.06%。拉后吹終渣條件不好，如冶煉SPHC等低碳鋼時不適合留渣。

3）終點鐵水溫度不高于1 700℃。否則會直接導致終渣（FeO）、溫度波動。

4）新爐冶煉生產100爐后。100爐前以燒結爐襯為主，終渣可能不穩定。

3 優化效果

1）經過對濺渣護爐模式的優化，特別是采用了“間歇式濺渣工藝”，有效地維護了熔池，保證了在經濟爐齡內爐況的安全。在整個爐役運行期間，取得良好濺渣效果的同時，始終保持了底吹透氣元件具有良好的通氣狀態，從而保證了頂底復吹轉爐的冶金特性。在降低煉鋼成本和提高鋼質量方面意義重大，降成本顯著。

2）采用鐵塊渣補之前，通常采用“純渣補”和“補爐料補爐”兩種技術來延長爐襯壽命。補爐料補爐不僅增加耐材消耗，而且補爐第1爐轉爐爐渣化渣困難，鋼水夾雜物增加，鑄機時常發生絮流或報警事故。純渣補技術就是濺渣護爐后，留一部分爐渣在爐內，然后自然冷卻，雖能起到護爐的作用，但純渣補時間長，每次渣補需要6～8 h，嚴重影響轉爐生產效率。鐵塊補爐具有如下優點：降低耐材消耗，可以節約30%的補爐料，噸鋼降低0.65元/t；補爐第1爐不污染鋼液，可提高鋼水質量；補爐時間短（約50 min）。

3）底吹流量實現了動態模型控制［4］，改善了底吹氣體對熔池的攪拌作用，使得復吹時鋼—渣反應好，吹煉過程平穩，不易發生噴濺，吹煉終點碳氧濃度積更接近平衡值。對比優化前后的終點碳氧積水平，當爐齡為10 000爐左右時，在終點碳含量為0.07%、溫度1 650℃的條件下，優化前碳氧濃度積平均為0.002 76，優化后碳氧濃度積平均為0.002 64。檢測結果表明：在相同終點溫度和碳含量的條件下，優化后碳氧濃度積的平均值比優化前低0.000 12，優化前后碳氧濃度積對比（各30個樣本）見圖1。

圖1 優化前后碳氧濃度積對比

底吹系統優化前終點碳氧積為0.003 106。優化后：低流量為0.003 000；中流量為0.002 896；高流量為0.002 766。由于低碳鋼種比例的增加，吹煉終點碳氧積水平普遍升高，但優化后高流量系列吹煉終點碳氧積平均水平比優化前降低0.000 34。

4）通過實施經濟爐齡，保證轉爐復吹比，保持了良好的爐型，加強了熔池的攪拌力，使熔池內成分和溫度的不均勻性得到有效改善，碳氧反應更進一步接近平衡，避免了鋼水的過氧化。對終點渣樣成分分析對比發現，優化后終點渣樣中（TFe）含量下降0.98%，從而減少了渣中的金屬損失，提高了金屬收得率。

5）經濟爐齡的爐襯維護工藝降低了石灰、鎂質熔劑、耐材等消耗，噸鋼約節省費用1.728元/t。

［1］ 汪錫章，謝國宏.論寶鋼轉爐的經濟爐齡［J］.寶鋼技術，1997（2）：36-38.

［2］ 許剛，雷洪波，李驚鴻，等.轉爐煉鋼終點控制技術［J］.煉鋼，2011，27（1）：66-70.

［3］ 李小明，王冠甫，楊軍.轉爐濺渣護爐技術的發展及現狀［J］.鑄造技術，2007，28（8）：1 140-1 143.

［4］ 王超，袁守謙，楊雙平，等.冶金傳輸原理教學方法改革［J］.中國冶金教育，2009（4）：42-43.

Pro cess Optimization of Lining Maintenance of 120 t Converter in Economical Life

NING Zhichang
（The Steelmaking Plant of Jinan Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF713

B

1004-4620（2017）05-0021-03

2016-10-20；

2017-09-15

寧知常，男，1973年生，1995年畢業于山東冶金工業學校鋼鐵冶金專業；后進修北京科技大學冶金工程專業。現為山鋼股份濟南分公司煉鋼廠210 t轉爐區域責任工程師，從事煉鋼工藝技術工作。