新型轉(zhuǎn)爐爐襯綜合砌筑的優(yōu)化研究

孫爭(zhēng)取

（山鋼集團(tuán)日照有限公司煉鋼部，山東 日照276800）

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐各部位的爐襯工作條件不同，因而蝕損速度和程度也各不相同。根據(jù)轉(zhuǎn)爐各部位的爐襯工作條件和蝕損原因不同，在同一座轉(zhuǎn)爐上采用多種材質(zhì)或結(jié)構(gòu)的耐火磚搭配砌筑稱為綜合砌筑。綜合砌爐可避免因局部蝕損嚴(yán)重而停爐，達(dá)到了均衡蝕損和延長(zhǎng)爐襯使用壽命的目的。爐襯的砌筑質(zhì)量對(duì)提高爐襯的壽命非常重要，轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯是由絕熱層、永久層和工作層組成。絕熱層一般用石棉板或耐火纖維砌筑；永久層是用焦油白云石磚或者低檔鎂碳磚砌筑；工作層都是用鎂碳磚砌筑。轉(zhuǎn)爐的工作層與高溫鋼水和熔渣直接接觸，受高溫熔渣的化學(xué)侵蝕，受鋼水、熔渣和爐氣的沖刷，還受到加廢鋼時(shí)的機(jī)械沖撞等，工作環(huán)境十分惡劣。在冶煉過程中由于各個(gè)部位工作條件不同，因而工作層各部位的蝕損情況也不一樣。針對(duì)這一情況，視其損壞程度砌筑不同的耐火磚，容易損壞的部位砌筑高檔鎂碳磚，損壞較輕的地方可以砌筑中檔或低檔鎂碳磚，這樣整個(gè)爐襯的蝕損情況較為均勻，這就是所謂的綜合砌爐。隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型綜合砌爐相比傳統(tǒng)的綜合砌筑更有優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)到爐襯蝕損均衡，提高轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯整體的使用壽命，有利于改善轉(zhuǎn)爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1 傳統(tǒng)綜合砌筑存在的問題

1）熔池圓弧過渡部位。傳統(tǒng)熔池圓弧過渡部位砌筑是在砌筑完畢最外層爐底鎂碳磚后進(jìn)行爐底搗打操作，用鎂碳質(zhì)搗打料對(duì)最外層爐底鎂碳磚下部與四周爐殼之間的三角區(qū)域用風(fēng)錘進(jìn)行搗打找平，爐底四周搗打結(jié)實(shí)以爐殼球冠高度為基準(zhǔn)進(jìn)行找平后，再砌第一層返平磚，砌筑時(shí)用水平儀逐塊找平，水平高度誤差控制在2 mm以內(nèi)。返平磚砌筑要求前面搗緊、背后靠實(shí)。砌完第一層返平磚后用風(fēng)錘對(duì)返平磚前部的搗打料搗實(shí)找平，以此為基準(zhǔn)砌筑至熔池第一層鎂碳磚，傳統(tǒng)綜合砌筑存在著：砌筑工藝復(fù)雜，每一層返平磚均需找平，影響砌爐效率；爐底磚受熱膨脹與返平磚自身質(zhì)量的雙重作用下，造成應(yīng)力集中，形成應(yīng)力集中點(diǎn)；返平磚與最外環(huán)爐底磚間存在磚縫，鋼水渦流將對(duì)該縫隙進(jìn)行強(qiáng)烈的沖刷，從而逐漸損毀磚體部分，再加上熱應(yīng)力作用，最終演變成“薄弱點(diǎn)”；在返平磚底部搗打料在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，易松散脫落，加上鋼水的靜壓力的作用下，易發(fā)生“漏鋼”事故等問題。

2）爐帽部位設(shè)計(jì)。爐帽這個(gè)部位是受熔渣侵蝕最嚴(yán)重的部位，同時(shí)還受溫度急變的影響和含塵廢氣的沖刷，故使用抗渣性強(qiáng)和抗熱震性好的鎂碳磚。傳統(tǒng)的爐帽磚由鎂碳磚和鎂磚組成，存在著：爐帽過渡沒有弧線，受煙氣沖刷較嚴(yán)重；爐帽過渡位置鎂碳磚尺寸較短，對(duì)上層鎂碳磚支撐力有限；爐帽鎂磚與鎂碳磚、鎂磚和爐殼之間空隙較大，易變松弛等主要問題。

3）底吹磚布置設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐底吹外環(huán)供氣磚的位置半徑比較大，如某鋼廠在工作面0.76D（D為熔池直徑）的圓周上分布，距轉(zhuǎn)爐三角區(qū)太近。正常情況下，三角區(qū)基本是鋼水?dāng)嚢璧拿^(qū)，鋼水流動(dòng)最不劇烈，鋼水對(duì)耐材的沖刷和侵蝕最輕。但是耳軸位于熔池上方，該部位是鋼水的沖刷區(qū)，又不易掛渣和修補(bǔ)。吹煉時(shí)鎂碳磚處于熔渣侵蝕狀態(tài)，是轉(zhuǎn)爐爐襯中薄弱的環(huán)節(jié)之一。但隨著爐齡增加，在底吹磚上部形成過厚或致密的渣層，阻礙底吹氣體進(jìn)入鋼水。在這種狀態(tài)下，底吹氣體會(huì)以爐底工作層和渣層之間的縫隙為通道，從三角區(qū)進(jìn)入鋼水，成為攪拌最劇烈的地方，增加三角區(qū)爐襯磚部位的侵蝕速度。極易出現(xiàn)：三角區(qū)侵蝕過快，增加了漏鋼的可能性；改變了底吹供氣模式，冶金效果差，同時(shí)增加了爐底維護(hù)難度；耳軸下方區(qū)域侵蝕嚴(yán)重，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)等現(xiàn)象。

4）爐底磚厚度設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)爐爐底厚度對(duì)轉(zhuǎn)爐全爐役相當(dāng)重要，既要保證良好的底吹透氣效果，又要保證合理的安全厚度，爐底長(zhǎng)期承受吹煉時(shí)鋼水、熔渣劇烈的沖刷、磨損等侵蝕，這是該部位鎂碳磚損毀的主要原因，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)爐底鎂碳磚700～900 mm厚左右，到爐役后期，為保證爐底安全，往往關(guān)閉底吹透氣磚，這樣造成鋼水脫碳不均勻，碳氧積較高，生產(chǎn)成本較高。

2 新型轉(zhuǎn)爐爐襯綜合砌筑的優(yōu)化

2.1 熔池圓弧過渡部位

轉(zhuǎn)爐爐底和熔池侵蝕速率較快，是轉(zhuǎn)爐的薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)熔池的侵蝕程度直接影響轉(zhuǎn)爐爐齡。在熔池部位采用MT-16A的鎂碳磚，碳含量增加和抗氧化劑的加入，提高了鎂碳磚的高溫強(qiáng)度、抗渣侵蝕性和抗熱震穩(wěn)定性。爐底與爐身的連接部分采用圓弧砌筑，可以有效增加此部位的工作厚度，通可以爐底和熔池之間沒有接縫，減少了鋼水的滲透和侵蝕，過渡部位受熱均勻不會(huì)出現(xiàn)高溫點(diǎn)，內(nèi)弧磚表面無過氧化現(xiàn)象，外弧無明顯熱應(yīng)力集中點(diǎn)，同時(shí)由于砌筑形式更加具有科學(xué)性，此部位的侵蝕速率會(huì)更加均勻，使用過程中有利于保證內(nèi)襯的整體性，提高使用壽命，新型轉(zhuǎn)爐熔池圓弧過渡部位具體見圖1。

2.2 爐帽部位設(shè)計(jì)

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，爐帽磚存在以下優(yōu)勢(shì)：

1）爐帽磚成線性設(shè)計(jì)，高溫?zé)煔鉀_刷和鋼渣噴濺在爐帽位置受到阻力較小，減少冶煉過程的沖刷和侵蝕。

2）爐身和爐帽過渡區(qū)域均勻過渡，鎂碳磚重力傳遞良好。

3）爐帽鎂碳磚為異形設(shè)計(jì)，減少爐帽鎂磚與鎂碳磚、鎂磚和爐殼空隙，爐帽部位磚型整體較好。新型轉(zhuǎn)爐爐襯爐帽部位設(shè)計(jì)具體見圖2。

2.3 底吹磚布置設(shè)計(jì)

圖1 新型轉(zhuǎn)爐熔池圓弧過渡部位

圖2 新型轉(zhuǎn)爐爐襯爐帽部位設(shè)計(jì)（mm）

針對(duì)傳統(tǒng)底吹磚布置設(shè)計(jì)存在的問題，對(duì)底吹磚布置進(jìn)行優(yōu)化，底吹元件位置應(yīng)盡量避免布置在頂吹氧槍的沖擊圓范圍附近，防止造成頂、底吹沖擊能量相互抵消，影響攪拌效果；底吹元件位置應(yīng)是易于通過濺渣及吹掃爐底等工藝，保持良好底吹元件蘑菇頭的形態(tài)；底吹供氣元件應(yīng)盡量布置于一環(huán)磚的環(huán)中心位置處，以減少切磚量，便于轉(zhuǎn)爐爐底砌筑；避免底吹透氣元件布置在副槍的下方，以減少副槍粘渣，影響測(cè)量[1]。另外考慮加料在爐底透氣磚區(qū)域的影響，將底吹磚布置分別在轉(zhuǎn)爐熔池直徑0.48D、0.32D上，新型轉(zhuǎn)爐爐襯底吹磚布置設(shè)計(jì)具體見圖3。

圖3 新型轉(zhuǎn)爐爐襯底吹磚布置設(shè)計(jì)

2.4 爐底磚設(shè)計(jì)

針對(duì)轉(zhuǎn)爐爐底傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題，為提高爐底長(zhǎng)期承受吹煉時(shí)鋼水、熔渣劇烈的沖刷、磨損等侵蝕，將爐底鎂碳磚設(shè)計(jì)為1 300 mm厚左右，既保證新轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐重心對(duì)傾動(dòng)系統(tǒng)的要求也滿足轉(zhuǎn)爐全爐役良好底吹要求。

3 結(jié)論

1）新型轉(zhuǎn)爐綜合砌筑的優(yōu)化，保證了轉(zhuǎn)爐爐帽、圓弧過渡、透氣磚、爐底等區(qū)域均衡侵蝕，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐型的良好控制，特別是耳軸下部和熔池區(qū)域不存在明顯的凹陷區(qū)域，為轉(zhuǎn)爐安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

2）新型轉(zhuǎn)爐綜合砌筑的優(yōu)化，提高了轉(zhuǎn)爐各部位耐侵蝕的能力，其中新轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)2 500爐后熔池鎂碳磚長(zhǎng)度損耗0.04 mm/爐，達(dá)到較好水平。

3）新型轉(zhuǎn)爐綜合砌筑的優(yōu)化，設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，技術(shù)先進(jìn)成熟，使用效果良好，降低了噸鋼耐材消耗，保證了復(fù)吹冶金效果。

[1]焦興利，毛鳴，佟溥翹.300 t轉(zhuǎn)爐底吹位置優(yōu)化及其效果[J].煉鋼，2009（3）：5-7.