新型透氣性爐底修補料在煉鋼中的應用與實踐

郭小龍，丁立豐，朱 榮，丁國慧，孟德偉，陳 香

（1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000；2.北京科技大學 冶金與生態工程學院，北京 100083）

目前，頂底復吹轉爐鋼的產量占整個轉爐鋼產量的大部分，在國內外獲得了很大的發展[1-3]。轉爐爐底是轉爐爐體的重要組成部分，轉爐爐底在日常生產冶煉過程使用處于負重、高溫狀態，導致爐底侵蝕快。在爐役中后期，采用濺渣護爐方法保護爐襯的過程中造成底吹供氣元件堵塞，影響底吹效果。轉爐爐底是實現轉爐復合吹煉技術的核心部位[4]，全爐役底吹暢通、底吹供氣元件壽命與爐齡不同步等問題仍然是保證頂底復吹轉爐冶煉效果的關鍵性問題[5-6]。為此某鋼廠嘗試應用了一種新型透氣性爐底修補料，針對該新型轉爐爐底修補料現場工業試驗的應用技術數據和實踐效果進行了科學分析與評價，以期對今后的生產應用提供指導依據。

1 當前狀況及存在問題

1.1 當前狀況及生產要求

現有5座300 t大型轉爐、2座RH精煉爐、2座CAS精煉爐，1座LF精煉爐、4臺雙流板坯連鑄機，年產鋼量約860萬t，主要產品以汽車板用鋼、馬口鐵、家電板用鋼、高強鋼、管線鋼為主，其中汽車板用鋼、冷軋基料、家電板用鋼等冷軋品種鋼的產量占總產量的70%以上。這些品種對煉鋼工藝的要求非常苛刻，既要求轉爐低碳出鋼，又要求轉爐終點氧含量低，所以對轉爐煉鋼保持底吹裸露，維持底吹攪拌效果提出了更高的要求。

1.2 原有修補料應用問題

現有的技術中大多采用自流冷補料補護爐底的方法進行爐底維護，也有采用填充鎂碳耐火磚、生鐵塊與爐渣凝結、填充料燒結、噴吹氮氣使爐襯表面掛渣等方法，但上述方法均不能保證良好的底吹通透性以及鋼水成分的穩定控制，同時對燒結時間要求較高。普通的轉爐補護方法已不能滿足快節奏生產條件下爐底維護。

2 新型修補料的開發

2.1 新型修補料的要求與物理指標

新型修補料主要用于轉爐爐底、透氣磚、座磚和滑板磚等部位的冷熱修補。其技術要求是透氣性好、強度高、流動性好、易燒結。關鍵核心技術是顆粒級配和自反應、自燒結程度的控制，這樣才能獲得良好的透氣效果。因此，在設計修補料配方時，首先應考慮選擇級配合理的連續顆粒，通過調整各粒級配合的比例達到盡可能合理的填充密度來提高透氣性。

2.2 新型修補料設計方案

根據配料經驗，試驗以一級電熔鎂砂、中檔鎂砂和燒結尖晶石為主料，添加少量超微粉，采用瀝青+樹脂復合有機結合劑并添加促硬劑和防爆纖維。顆粒級配以調整布料中大顆粒1～3 mm和中粒徑0～1 mm鎂砂組成為主設計了4 組配方，并依次檢測配方的物理性能以觀察其變化規律并與普通補爐料進行對比。

2.3 新型修補料檢測結果

新型修補料的試驗配比和物理性能檢測結果見表1。

表1 新型修補料的試驗配比和物理性能

圖1為中粒徑顆粒加入量與現場使用較為關鍵的透氣度和高溫抗折強度關系。由圖1可得，隨著大粒徑加入量的減少，中粒徑加入量的增加，透氣度呈明顯下降趨勢，而高溫抗折強度變化不大，綜合考慮下選擇1號配方作為工業試驗的配方。

圖1 中粒徑顆粒加入量與透氣度和高溫抗折強度的關系

同時，對改進前的普通補爐料也進行了物理性能檢測和新型補爐料對比結果見圖2。從圖2可以看出，項目組開發的透氣新型補爐料和普通補爐料相比，高溫抗折強度由4.2 MPa 提升到了5.3 MPa，強化率為26.2%，透氣度方面提升了227%，可見新型爐底修補料具有良好的透氣性、流動性和高強度。經工業試驗試用后證明，補爐一次，使用壽命可達20～30 爐，透氣性完全能夠滿足轉爐爐底透氣元件修補工藝要求。跟蹤新型透氣性轉爐爐底修補料補爐后每爐爐底侵蝕情況，其性能保證可靠，滿足現場生產需求。

圖2 新型補爐料和普通補爐料的物理性能對比

3 工業應用分析

3.1 新型修補料工業試驗的說明

（1）轉爐濺渣結束后，進行倒渣，倒渣角度180°。

（2）轉爐爐前采用天車吊運專用加補爐料料斗，根據爐底情況加入2～3 t新型修補料。

（3）修補料加入后進行前后±45°搖爐2次，將補爐料均勻鋪在爐底上。

（4）將轉爐放置0°，轉爐下電燒結40 min 后，便可正常生產冶煉。

3.2 爐底透氣情況

普通轉爐自流冷補料使用壽命平均在12爐左右，改進的新型爐底修補料燒結時間短，高溫抗折強度高，使用壽命大幅升高。新型爐底修補料使用壽命試驗情況如表2所示：

如圖3和圖4為在補爐冶煉17爐和18爐后的底吹孔情況，補爐后第17爐新型透氣性轉爐爐底修補料均未完全脫落，其耐侵蝕性能較好，保證爐底厚度，為底吹孔的通透性提供了條件。使用新型爐底修補料結果表明，底吹孔堵塞現象得到明顯控制，同時保證了冶煉過程底吹攪拌效果。

表2 新型透氣性修補料試驗情況

圖3 補爐第17爐爐底情況

圖4 補爐第18爐爐底情況

3.3 修補前后碳氧積對比

圖5和圖6分別為試驗新型透氣性轉爐爐底修補料與原轉爐自流冷補料和高強快速補爐料補護爐底前后碳氧積變化對比。由圖5～圖6可得：原補爐料補爐后碳氧積與補爐前對比均增大，碳氧積升高0.000 21%～0.000 70%，增大范圍為12.15%～37.72%；試驗修補料補爐底前后碳氧積波動-0.000 20%～0.000 16%，變化范圍為-8.47%～8.30%，因此，試驗新型修補料補爐底后對碳氧積影響顯著降低。

圖5 原補爐料補爐底前后碳氧積對比

3.4 全爐役碳氧積分析

在2#脫碳轉爐第10 爐役全爐役應用原補爐料與第12 爐役全爐役應用新型透氣性爐底修補料進行對比。兩個爐役碳氧積變化曲線對比如圖7所示，因為應用新型補爐料后由于能夠保持更好的爐底厚度且保證了良好的底吹效果，第12 爐役優化后同爐齡碳氧積大幅度降低，且較原補爐料爐役碳氧積更加穩定。第12 爐役全爐役碳氧積為0.001 78，與第10 爐役全爐役平均碳氧積0.002 4 相比降低25.83%，在碳氧積優化方面實際應用效果顯著，更加有助于高端品種鋼的冶煉。

圖6 試驗修補料補爐底前后碳氧積對比

圖7 #脫碳轉爐底吹優化前后碳氧積對比

3.5 全爐爐襯厚度分析

圖8為不同爐役轉爐熔池爐襯厚度隨爐齡變化曲線圖，由圖8可以看出隨著爐齡地增大，不同部位熔池爐襯厚度不斷減薄，曲線所對應的斜率即為爐襯的侵蝕速度，由于采用不同補爐材料，因此呈現出不同的侵蝕速度。2#脫碳轉爐底吹優化前后爐底厚度控制對比如圖9所示，應用新型透氣性爐底修補料全爐役爐底厚度下降緩慢，抑制了鋼渣對于爐底的侵蝕速度，有助于底吹孔的裸露，保證了爐役中后期良好的底吹效果。

圖8 #脫碳轉底吹優化前后熔池厚度對比

圖9 脫碳轉爐底吹優化前后爐底厚度對比

2#脫碳轉爐底吹優化前后風口附渣層控制如圖10所示，優化后，風口附渣層基本上都控制在150 mm 以內，說明新型爐底修補料有助于底吹孔渣層的脫落，避免底吹孔的堵塞問題，有效保證了全爐役底吹裸露可見，保證良好的復吹效果。

圖10 #脫碳轉爐底吹優化前后風口附渣層控制

4 結 論

（1）開發的新型透氣性轉爐爐底修補料，具有良好的透氣性、流動性和高強度。經工業試驗試用后證明，補爐一次，使用壽命可達20～30 爐，高溫強度和透氣性完全均優于原修補料，完全能夠滿足轉爐爐底修補工藝要求；

（2）采用新型透氣性轉爐爐底修補料后，底吹孔堵塞現象得到明顯控制，保證了冶煉過程底吹攪拌效果。原補爐料補爐后碳氧積與補爐前對比，碳氧積升高0.000 21%～0.000 70%，增大范圍為12.15%～37.72%；試驗修補料補爐底前后碳氧積波動-0.00020%～0.000 16%，變化范圍為-8.47%～8.30%，試驗新型修補料補爐底后對碳氧積影響顯著降低。

（3）采用新型透氣性轉爐爐底修補料后，全爐役碳氧積為0.001 78，與原修補料爐役全爐役平均碳氧積0.002 4相比降低25.83%，通過全爐役碳氧積指標對比分析認為，采用新型爐底修補料代替現有修補料是可行的。

（4）應用新型透氣性爐底修補料全爐役爐底厚度下降緩慢，有助于底吹孔渣層的脫落，避免底吹孔的堵塞問題同時抑制了鋼渣對于爐底的侵蝕。