轉爐經濟爐齡的分析與實踐

陳代明

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

0 引言

隨著轉爐襯磚耐火材料質量的提高、轉爐少渣冶煉技術的應用以及濺渣護爐工藝和技術的不斷完善，目前國內各鋼廠轉爐爐齡逐步提高，最高爐齡提高至10 000 爐以上。轉爐爐齡是各鋼鐵企業重要的技術經濟指標，能體現該企業的轉爐冶煉和爐體維護工藝技術的水平。但在目前鋼鐵產品供大于求的宏觀形勢下，各鋼鐵企業間競爭十分激烈，除了在品種、規格、質量和服務上競爭，更重要的是在成本上的競爭。事實證明，過分追求高爐齡會造生產成本的升高，影響企業的總體經濟效益。從技術經濟的角度來分析爐齡與成本的關系，發現爐齡的高低與最佳生產成本是有一個平衡點的，這個點對應的爐齡我們習慣稱之為經濟爐齡。目前經濟爐齡生產模式開始被各大鋼廠認可，目前國內一般經濟爐齡約12 000 爐[1]，但各鋼鐵企業由于爐子大小、使用材料不同、產品和質量要求不同、爐體維護工藝水平不同，其經濟爐齡的水平也各有不同。

1 轉爐經濟爐齡生產模式的意義

目前隨著轉爐襯磚耐材質量的提高、濺渣護爐工藝技術的不斷完善以及轉爐冶煉工藝的的優化，國內各鋼廠爐齡達到10 000 爐以上已經不是技術難題。高的爐齡可以提高轉爐的生產效率，攤薄爐襯磚耐材的成本，增加鋼的產量，但隨著爐齡的不斷提高，新的問題逐漸顯現。

1.1 轉爐噸鋼耐材成本不降反升

高的爐齡在前期可以使得噸鋼爐襯成本有所降低，但在爐役中后期，由于爐襯磚侵蝕嚴重，造成補爐和濺渣護爐頻次增加、單次補爐和濺渣的材料消耗加大，補爐成本增加。而轉爐爐齡的提高必須是以提高轉爐的綜合經濟指標為前提，使轉爐煉鋼的效益最大化。所以從綜合經濟效益方面考慮，轉爐是需要考慮綜合經濟爐齡問題的。

1.2 復吹比例降低、復吹效果變差

隨著爐齡的不斷的增加，復吹元件堵塞和損壞都比較嚴重，底吹攪拌作用減弱，使得鋼中碳氧濃度積也是不斷增加。在終點碳相同的情況下, 碳氧濃度積高，則鋼中氧隨之增高。鋼中氧的增高：一方面會增加脫氧劑的消耗量，增加鋼的成本；另一方面降低了鋼水的純凈度，影響到了鋼的質量，制約了高質量、高附加值產品的生產。由此造成高爐齡所產生的效益被抵消，所以從復吹效果方面考慮，也是需要考慮綜合經濟爐齡問題。

1.3 中后期轉爐生產效率明顯下降

中后期由于轉爐護爐頻次和護爐時間的延長，轉爐的生產效率明顯下降，影響到了轉爐正常產能的發揮。另外高質量、高附加值產品的生產，對生產節奏控制的要求比較嚴，而高頻次長時間的補爐和濺渣護爐會影響到品種鋼的生產組織。同時過高的爐齡還會造成煉鋼廠計劃檢修的組織比較困難。因此從生產效率、生產組織以及計劃檢修角度考慮，也是需要考慮綜合經濟爐齡問題。

2 實現轉爐最佳齡的方法和途徑

2.1 強化轉爐砌爐管理

轉爐爐襯耐材質量、爐襯結構和砌爐質量對轉爐整個爐役期的爐襯壽命起著至關重要的作用。爐襯的兩個大面是整個爐襯損壞最嚴重的部分，主要是倒爐時高溫、過氧化鋼水和爐渣的侵蝕，廢鋼加入的沖擊和兌鐵的沖刷所致。因此在設計和砌筑此部位時要特別關注：一是要采用抗侵蝕性好、強度高的襯磚砌筑；二是按照工藝要求嚴把筑爐質量；三是適當增加此部位的襯磚厚度，彌補此部位侵蝕過快問題。

2.2 優化轉爐冶煉工藝

2.2.1 嚴格執行轉爐加料操作規程

加廢鋼之前在轉爐的大面上鋪一層活性白灰，然后加入輕薄料廢鋼，最后加入大塊重廢，避免重型廢鋼直接砸在襯磚上，減少廢鋼對襯磚的危害。同時加入的白灰和廢鋼在襯磚表面形成一層保護層，可以減少兌鐵時，鐵水對加料側襯磚的沖刷造成的危害。

2.2.2 及時造好初期渣

冶煉開始后，鐵水中Si、Mn、Fe 等物質第一時間與氧發生反應，反應過程生成大量酸性物質。此時，轉爐爐渣偏酸性，前期應及時加入適量的白云石和熟石灰等堿性造渣劑，及時化渣提高爐渣堿度，保障渣線附近襯磚免受或減少熔渣侵蝕造成的損失。

2.2.3 出鋼前調整好終點渣的理化性能

出鋼前避免加入大量的含鐵物料降溫料，特別是鐵礦石等含TFeO 成分較多的物料，會嚴重降低爐渣黏度，不利于濺渣護爐的效果。如果終點渣黏度較低時，通過加入一些造渣劑增加爐渣MgO 含量，降低爐渣TFe 含量，從而保證后續濺渣操作有效的保護轉爐爐襯。終點渣最基本的要求是：堿度3.0～3.4%，MgO 含量 9～12%，TFe 含量 10～15%。另外生產過程中，盡量減少CaF2等對爐襯侵蝕損壞嚴重的造渣料使用。

2.2.4 提高冶煉終點碳、溫、磷命中率

提高煉鋼工的操作水平，提高冶煉終點碳、溫、磷命中率，減少鋼水過氧化和過高溫頻次。在保證脫磷效果的前提下提，盡可能提高渣中MgO 含量、降低FeO 含量，將襯磚的侵蝕程度降至最低。合理控制出鋼操作：終點出鋼前盡量少用降溫輔料，如果需要時可以適量加入石灰石、白云石、鐵礦石以及各種返礦作為降溫輔料；輕燒白云石是作為濺渣護爐調渣劑用，而生白云石僅作為調溫用，要結合爐渣狀況和渣成份分析，動態調整輕燒白云石加入量；控制螢石用量，噸鋼不大于3 kg；要避免溫度大于1 700 ℃出鋼情況，減少對爐襯的侵蝕[2]。

2.3 優化轉爐襯磚噴補操作

（1）爐帽、耳軸采取半干法噴補料進行噴補維護，爐帽凹陷或掉料時可組織投補或倒料堆補；靠近耳軸部位渣線可采取噴補維護，出現凹坑使用留渣加磚方式補護，局部凹坑可使用自流料或其他散料；出鋼時間比新出鋼口縮短50%以上時，出鋼口要進行整體更換，保證圓流出鋼。

（2）選用高質量的補爐料，縮短補爐時間，延長補爐料的使用壽命，有效提高轉爐作業率及鋼產量。

（3）補爐周期、補護方式、補爐材料、補爐料量、燒結時間等必須嚴格執行相關操作規程。針對爐況差、爐襯薄弱的特殊時期，同一爐座要求低碳鋼連續冶煉不超過三爐[3]。

（4）爐襯受損部位在進行噴補作業時，噴補料厚度要求不小于50 mm，并不小于10 min 的時間使其與轉爐襯磚完全熔合。鎂質噴補料含水20%左右，用0.4 MPa 的壓縮空氣噴射至局部爐襯受損部位。

2.4 提高濺渣護爐的質量

出鋼后濺渣操作階段，氧槍在轉爐內吹入1.2 MPa 的高壓氮氣，具有一定黏度和堿度的終點爐渣受到高速、高壓的氮氣沖擊，被沖刷到轉爐內部各個方位爐襯上并均勻敷著形成“濺渣層”，起到保護爐襯，延緩爐襯侵蝕速度的功效。

（1）200 爐以下，根據爐況決定是否階段性濺渣；200 爐役后，開始濺渣護爐；200～500 爐，每兩爐濺渣一次；500 爐后，實施爐爐濺渣。

用氮控制在噸鋼300 Nm3/h 左右，同時按照新舊爐襯情況進行動態調整，新爐可以酌情減少濺渣氮氣用量，老爐可以酌情增加濺渣氮氣用量。

（3）爐內留鋼不許濺渣，低碳、高溫爐次必須調渣后進行濺渣。

2.5 強化轉爐底吹元件的維護

轉爐冶煉過程里，底吹惰性氣體的流量、壓力等通過動態模型來實時控制，可使底吹氣體更有效的保障鋼-渣界面平穩反應，從而控制各種噴濺事故發生，吹煉后期的終點碳氧濃度積也更接近理論的平衡值。另外，底吹在降低噸鋼生產成本和提高鋼種質量方面有著顯著的作用，同時也降低了生產事故隱患。各鋼廠對轉爐底吹工藝都制定了嚴格的操作制度，如《底吹自動化生產控制系統操作要求》、《大廢鋼比下轉爐復吹操作規程》等。

2.5.1 控制合理的爐底厚度

轉爐爐底上漲是造成底吹孔堵塞的主要原因。因此，防止爐底上漲是維護底吹元件暢通的必要條件。爐底厚度一般控制在800 mm～1 200 mm。

（1）爐底高于上限時，堿度控制趨于中下限、降低爐渣氧化鎂含量，必要時安排化爐底操作。化爐底可采用吹氧或加Si-Fe。

（2）爐底低于下限時，堿度控制趨于中上限、提高爐渣氧化鎂含量，低于600 mm 時組織使用自流料補護。

2.5.2 加強爐底槍的維護

（1）隨時觀察底槍狀況，發生堵塞時應及時在轉爐操作記錄上反映。

（2）積極貫徹爐襯底部掛渣操作，保護爐渣-金屬蘑菇頭盡量平穩的狀態。

（3）嚴格控制合理的出鋼溫度并減少爐內鋼水等待出鋼的時間。

（4）發生底吹元件堵塞時，吹煉過程中不得停止底部供氣，必要時組織實施氧氣吹掃。

（5）實時監測底吹系統的工作情況，特別是底吹流量異常報警時，鋼出后要及時檢查底吹系統管路狀態，處理好底吹系統異常情況后，才可以進行下一爐次的生產操作。

2.6 加強轉爐爐襯動態監控

（1）每日激光測量爐襯厚度一次，每周兩次對轉爐爐襯進行全面測量，其余時間測量爐底厚度。

（2）每班接班后組織測量鋼水液面一次，要求數據在轉爐操作記錄上反映。

（3）爐齡中、后期要求煉鋼工每爐出鋼后都要進行爐況檢查，并做記錄。

（4）爐況有明顯變化趨勢時，動態調整階段補護爐措施，穩定爐況，必要時下發特殊的護爐措施。

3 結語

通過對轉爐經濟爐齡生產模式意義的分析，明確了轉爐爐齡的提高必須是以提高轉爐的綜合經濟指標為前提，使轉爐煉鋼的效益和產能最大化從強化轉爐砌爐管理、優化轉爐冶煉工藝、優化轉爐襯磚噴補操作、提高濺渣護爐的質量、強化轉爐底吹元件的維護、加強轉爐爐襯動態監控等方面分析了提高轉爐經濟爐齡的措施。

通過上述措施的實施，可以有效降低轉爐冶煉和爐體維護成本，提高轉爐的生產效率和產能，尤其是轉爐復吹比例和復吹效果的提高，為優質和高附加值鋼的生產創造了條件。實施經濟爐齡生產模式，不但使轉爐整個爐役都可以保持良好的爐型同時還提高了轉爐耐材整個有效爐役期間的綜合壽命，有助于轉爐煉鋼實現低成本、高質量、高效率的生產模式。