冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝研究與實踐

潘 軍，鄧南陽，趙 濱，劉 威，楊 勇

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業部，安徽 馬鞍山 243000)

馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業部(以下簡稱馬鋼股份公司長材事業部)現有4座公稱容量65 t頂底復吹轉爐，在冶煉低碳低磷品種鋼時，因其終渣氧化性強，對轉爐爐襯，尤其是出鋼面爐襯侵蝕異常嚴重，導致鋼面爐襯不平整，鋼水出不凈，進而造成濺渣時間長、爐溫下降、氧槍粘鋼、增加噴濺幾率以及鐵損嚴重等惡性循環問題。傳統的補爐砂補爐和濕法噴補雖然在出鋼面爐襯維護方面起到了一定的積極作用，但因其補爐效果與補爐砂質量、搖爐角度控制和烘烤時間長短有直接關系，使得補爐效果不穩定。

通過對轉爐出鋼面爐襯侵蝕機理分析，并結合現場實際，馬鋼股份公司長材事業部對冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝進行理論研究與生產實踐，在保證作業安全和補爐效果的前提下，有效降低了補鋼面頻次和耐材成本，提高了轉爐作業率。

1 冷卻轉爐終渣護爐工藝原理

轉爐終渣既能夠熔損爐襯，同時又能起到耐火材料的作用。高溫爐渣具有良好的流動性，能夠將爐襯侵蝕部位很好地修補平整。由于高溫爐渣與爐襯界面存在溫度差，利用出鋼后爐渣中高熔點物質，如2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等相互擴散，同類礦物重結晶的原理，使高溫爐渣冷卻凝固在爐襯部位與爐襯成為一個整體[1-2]，從而起到耐火材料的作用，達到護爐的效果。

2 試驗條件

現場試驗在馬鋼股份公司長材事業部4座公稱容量為65 t頂底復吹轉爐上進行，吹煉氧槍為4孔噴頭，供氧強度為3.2～3.5 Nm3/(t·min)，3支雙環縫式供氣元件底槍，底吹強度為0.02～0.04 Nm3/(t·min)，冶煉鐵水成分及平均溫度見表1，轉爐主要造渣料技術指標見表2。

表1 入爐鐵水成分(質量分數)和溫度

表2 轉爐主要造渣料技術指標

3 試驗結果及討論

對現場50爐采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝的數據進行分析，以研究留渣量、爐渣物性參數、冷卻時間、生產工藝控制要點與護爐效果的影響關系。

3.1 留渣量控制

合理的轉爐留渣量是冶煉過程是否順暢、濺渣效果是否良好的關鍵前提條件之一，轉爐合理留渣量經驗公式為[3]：

Qs=0.301Wn

式中：Qs-轉爐合理留渣量，t；

W-轉爐公稱容量，t；

n-經驗系數，n=0.583～0.650。

由上式可以計算出馬鋼股份公司長材事業部65 t轉爐合理留渣量為3.58～4.54 t。為提高冷卻終渣修補出鋼面爐襯工藝護爐效果，留渣量在經驗公式計算結果的基礎上，可適當增加，留渣量應控制在60～75 kg/t為宜。

3.2 爐渣物性參數控制

3.2.1 爐渣堿度控制

從MgO-CaO-SiO2三元相圖中看出[4]，在不同堿度條件下，三元相圖有不同的組合和不同的共晶溫度，具體見表3。

表3 堿度、相組合及對應共晶溫度

由表3可以看出，在不同堿度的條件下，共晶物不同，對應共晶溫度也不同，且共晶溫度與堿度呈正相關。因此，適當提高終渣堿度有利于提高其耐侵蝕能力。但終渣堿度過高，冶煉過程易“返干”，勢必要增加渣中的(FeO)含量以促進化渣，爐渣中以FeO為主的RO相以鐵酸鈣低熔點物質存在，又會降低終渣的耐侵蝕能力。因此，計劃采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝的爐次，終渣堿度應控制在3.0～3.5為宜。

3.2.2 爐渣(MgO)含量控制

在一定堿度和(FeO)含量的條件下，爐渣熔點與終渣(MgO)含量關系[5]，如圖1所示。

由圖1可以看出，當終渣(MgO)含量在6%～8%時，爐渣熔點與終渣(MgO)含量呈負相關；當終渣(MgO)含量大于8%時，爐渣熔點與終渣(MgO)含量呈正相關。但終渣(MgO)含量超過10%以后，會使爐渣全堿度上升，爐渣熔點提高明顯，影響化渣和脫磷效果。因此，為了保證冶煉過程的平穩性，終渣(MgO)含量應控制在8%～10%為宜。

3.2.3 爐渣(FeO)含量控制

轉爐終渣(FeO)含量對補爐效果的影響主要表現在[6]：一方面，渣中FeO易與CaO、MgO、SiO2、Cr2O3等形成低熔點的共晶化合物，降低了爐渣的熔點，影響其耐侵蝕能力；另一方面，渣中FeO含量過高，加速了爐襯磚脫碳層形成，有利于爐渣向爐襯中滲透，從而加劇了爐襯的蝕損。選取50爐次采用冷卻終渣修補出鋼面爐襯工藝，爐渣物性參數與補爐效果進行對比分析，見表4。

表4 爐渣物性參數與補爐效果對比

由表4可以看出，終渣堿度控制在3.0～3.5，終渣(MgO)含量控制在8%～10%條件下，冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯護爐效果主要取決于終渣(FeO)含量，當終渣(FeO)含量超過20%以后，爐渣耐侵蝕能力下降明顯。因此，從現場實際運用效果來看，終渣(FeO)含量應控制在15%～20%為宜。

3.3 冷卻時間控制

根據留渣量和終渣黏度確定冷卻時間，若終渣黏度低，流動性較好，出鋼完畢后，可通過氧槍吹入氮氣，降低爐渣過熱度，適當增加爐渣黏度，以減少冷卻時間。留渣量與冷卻時間對應關系，見表5。

表5 留渣量與冷卻時間對應關系

由表5可以看出，冷卻時間與留渣量呈正相關，為確保出鋼面爐襯修補效果，留渣量應控制在≥45 kg/t，對應的冷卻時間≥360 min。

3.4 過程操作

采用冷卻轉爐終渣對出鋼面爐襯侵蝕部位進行修補，使爐渣粘附在爐襯上代替補爐砂護爐，其控制要點和操作步驟具體如下：

3.4.1 補爐計劃申報

轉爐鋼面爐襯侵蝕嚴重需要修補時，由當班作業長根據產量計劃向生產調度室申報補爐計劃，并提前獲知補爐爐次，以便轉爐終點控制。

3.4.2 轉爐終點控制

補爐爐次轉爐終點鋼水 [C]≥0.08%，出鋼溫度1640～1660 ℃，轉爐終渣堿度R:3.0～3.5，爐渣中(MgO)百分含量:8%～10%，渣中(FeO)百分含量:15%～20%。

3.4.3 轉爐留渣量控制

計劃利用轉爐終渣修補鋼面爐襯爐次，要求鋼水必須出凈，倒渣角度比正常冶煉爐次提高1°～2°，參考留渣量控制在60～75 kg/t。

3.4.4 修補出鋼面爐襯操作

出鋼完畢，濺渣時間控制在1～2 min，以適當降低爐渣溫度，增加爐渣黏度。濺渣完畢，爐長根據鋼面侵蝕部位，選擇合適的搖爐角度，以轉爐終渣平鋪至出鋼面爐襯所需修補部位為宜。平鋪完畢后，轉爐停電，靜置冷卻時間≥480 min。

3.4.5 補爐第1爐安全操作

補爐第1爐冶煉結束倒爐測溫取樣前，轉爐向出鋼側和倒渣側10°，反復晃爐2-3次，待轉爐搖至測溫取樣位置穩定后，再進行測溫取樣操作。出鋼時，爐口正前方嚴禁人和作業車輛通行。

4 應用效果分析

4.1 補爐時間對比

馬鋼股份公司長材事業部65 t轉爐傳統補爐砂補鋼面燒結時間工藝要求為：一袋砂(重量400 kg)燒結時間≥30 min；兩袋砂(重量800 kg)燒結時間≥45 min；3袋砂(重量1200 kg)≥60 min。而采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝冷卻時間與留渣量呈正相關(如表5所示)，至少需要360 min。因此，正常冶煉生產過程中，因其冷卻時間較長，不建議采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝護爐，但可與轉爐停爐檢修同步，以減少對生產的影響。

4.2 環境效益及耐材成本對比

采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝因其不需要補爐砂耐材投入，該工藝實施后的綜合效益主要體現在避免環境污染和節約補爐耐材成本兩個方面。圖2為采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝前后噸鋼耐材用量對比。

圖2 2018年與2019年噸鋼耐材用量對比

由圖2可以看出，在年鋼產量基本相當的條件下，采用冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝后，2019年與2018年相比，噸鋼耐材用量下降了0.11 kg/t，年可節約耐材成本150萬元。

5 結論

(1)通過對轉爐終渣成分的控制和過程操作的優化，冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝得以實現，在降低補鋼面頻次和耐材成本的同時，有效提高了轉爐爐襯耐侵蝕能力和轉爐作業率。

(2)由于冷卻轉爐終渣修補出鋼面爐襯工藝冷卻時間較長，高產模式下，考慮爐機匹配矛盾，該工藝應用比例將受到一定程度的限制，但可與轉爐長時間停爐檢修同步，以減少對生產的影響。

(3)該工藝在馬鋼股份公司長材事業部65 t頂底復吹轉爐上成功應用，轉爐噸鋼耐材下降了0.11 kg/t，年可節約耐材成本150萬元，取得了良好的經濟和環境效益，具有較好的推廣應用前景。