菱鎂礦補爐工藝在大型轉爐爐襯維護中的應用

賈建明

（河鋼宣鋼二鋼軋廠，河北 宣化075100）

轉爐前大面和爐底是轉爐的重要部位，經常受到鐵水、倒爐鋼渣液體的沖刷侵蝕和廢鋼的機械撞擊。使用菱鎂礦替代部分生鐵塊補爐后，菱鎂礦含高熔點的礦物質，耐火度高，提高了渣補的結構強度和抗沖刷能力，每次補爐大約20 min左右就能粘好，高熔點物質在附著轉爐爐襯長達10~16 h，節約了生產時間，給公司單爐機生產創造了有利條件。

高爐的連續生產導致轉爐生產壓力較大，轉爐必須適應高爐的生產節奏，這樣轉爐檢修、補爐的機動時間較短，轉爐維護也需要很大成本，如果長時間不對爐襯進行修補，將影響轉爐的穩定生產，且會給后期爐役爐況的維護帶來困難增加負擔。

1 菱鎂礦補爐的工作原理

轉爐爐襯由絕熱層、永久層和工作層組成。工作層因與高溫金屬液體、熔渣直接接觸，工作環境惡劣，所以工作層全部砌筑耐高溫，熱穩定性好的鎂炭磚[1]。

轉爐在吹煉過程中，爐內在高溫條件下進行著復雜、激烈的物理化學反應和機械運動。鎂炭磚工作表面的碳首先受到氧化性熔渣，氧化亞鐵等氧化物、冶煉時的氧、爐氣中一氧化碳，等氧化性氣體氧化作用，以及高溫下碳還原氧化鎂，使鎂炭磚工作表面形成脫碳層。爐襯磚的工作表面由于碳的氧化脫除，鎂碳磚組織結構遭破壞，在金屬液和高溫氣體的流動沖刷下流失而被蝕損；同時，由于碳的脫除所形成的孔隙，熔渣從孔隙滲入，并與MgO反應生成低熔點CaO·MgO·SiO2礦物質粘附在爐襯上，由于轉爐在冶煉時爐襯內發生反復性的氧化—脫碳—高溫金屬液和氣體沖刷，轉爐內襯逐漸融損，流失于爐渣中，就這樣爐襯一步一步被蝕損。

1.1 菱鎂礦的物理性質對補爐的影響

鎂質礦石因其具有高熔點、耐高溫侵蝕、不易氧化、又不與鋼水反應的特點，其相對密度大約在2.9~3.1 g/cm3之間，而爐渣的相對密度大約在2.7 g/cm3左右，當把菱鎂礦倒入轉爐前大面時，菱鎂礦可以完全浸泡在爐渣中，此作條件完全符合生鐵塊渣補的基本原理。

同時由于菱鎂礦的比重低于生鐵塊的相對密度（大約0.3 g/cm3）左右，菱鎂礦在液態爐渣中會自動逐漸均勻分布在轉爐前大面，而生鐵塊的倒入轉爐前大面后，由于生鐵塊比重大，倒入轉爐后形狀不會改變，所以菱鎂礦彌補了生鐵塊補爐不夠完全的地方，對維護爐型起到了重要作用。

1.2 菱鎂礦的化學性質對維護爐襯的影響

菱鎂礦的主要化學成分是MgO，是MgCO3和CaCO3的復鹽，礦石中MgO含量越高，耐火度越高；當其遇到高溫熔渣時分解為CaO和MgO的反應層[2]，其化學反應如式（1）所示。

它們與熔渣反應生成高溫結合相，提高了渣補的結構強度和抗沖刷能力，由于出鋼后爐渣的溫度還很高，基本在1 450～1 550℃之間，菱鎂礦在1 450～1 800℃煅燒，CO2氣體完全溢出，MgO形成方鎂石結晶致密結合塊體，耐火度達到3 000℃以上；MgCO3、CaCO3的分解溫度為627℃，因此，菱鎂礦石加入到爐內完全滿足反應熱力學條件，其中一小部分菱鎂礦在爐內反應生成MgO和CO2氣體，生成的MgO溶解在爐渣中，提高了爐渣中MgO的含量，為濺渣護爐提供了高熔點的爐渣，濺后渣層可有效抗擊高溫鋼液的沖刷，保護爐襯抗侵蝕能力，延緩爐襯侵蝕速度，穩定爐況正常運行。

2 菱鎂礦加入量的確定

根據轉爐采用生鐵塊渣補原理經驗得出結論：渣補生鐵塊過多，天車倒入過快有結堆現象難以鋪平，對爐型影響很大，不符合反應動力學原理，致使爐內反應空間不足，爐容比變小，吹煉過程難以控制，容易發生噴濺；渣補生鐵塊太少，渣補效果不太明顯，起不到護爐作用，所以渣補生鐵塊一般選擇4.5 t左右。

根據生鐵塊（相對密度約7 g/cm3）與菱鎂礦（相對密度約2.9~3.1 g/cm3）的相對密度和加入轉爐前大面形成的體積相等，計算菱鎂礦的加入量M如式（2）所示：

由于河鋼宣鋼二鋼軋廠現在菱鎂礦用編織袋包裝，每袋重量大約1 t左右，每次渣補加入2袋，使用也特別方便。

3 菱鎂礦補爐工藝的操作要點

1）根據生產節奏，利用中包到點時時間充裕情況下進行菱鎂礦補爐操作。

2）進行菱鎂礦補爐前的吹煉爐次，終點控制按照：w(C)≥0.08%，爐渣堿度為2.8～3.5；爐渣中w(MgO)為8%～10%。

3）確保終點一次拉爐成功，嚴禁調生料，鋼水全部出盡；為了保證渣面補爐后平整，爐渣致密度大，不進行濺渣操作；或根據實際情況靜置一段時間后，待菱鎂礦完全凝固鋪平燒結好，可搖起爐適當濺渣操作，使補爐效果更好。

4）將爐體搖至與爐臺夾角約50°，用廢鋼斗緩慢加入提前備好的1～2 t鎂質礦石，然后來回上下小幅度搖爐直至鎂質礦石完全平鋪前大面，靜置等待菱鎂礦完全凝固。

5）當終點溫度高于1 680℃或終點w(C)小于0.08%時，終渣w(FeO)高、黏度低，用廢鋼斗緩慢加入提前備好的1～2 t鎂質礦石，靜置10～15 min。然后起爐搖到零位，氧槍槍位降至2～3 m用氮氣吹掃1～2 min，完后再把轉爐搖平，讓其自然凝固。

6）渣補完吹煉第一爐鋼，要化好渣，過程溫度控制合適，出完鋼做好濺渣護爐工作，使得菱鎂礦補爐效果進一步得到鞏固。

4 菱鎂礦補爐工藝的優點

1）使用菱鎂礦替代部分生鐵塊補爐后，菱鎂礦含高熔點的礦物質，耐火度高，提高了渣補的結構強度和抗沖刷能力，菱鎂礦渣補大面較為平整，不存在凸出點，前大面耐侵蝕性明顯提高，爐渣平穩，爐渣中不易帶鋼，杜絕了倒爐時爐渣發泡現象，有利于降低鋼鐵料消耗。

2）一個中包周期只用生鐵塊補爐一次，用菱鎂礦補爐一次，一次補爐用1~2 t菱鎂礦，大約20 min左右就能粘好，高熔點物質在附著轉爐爐襯長達10~16 h，能替代兩次生鐵塊補爐約8~10 t，節約了生產時間，給公司單爐機生產創造了有利條件。

3）改造前渣補鐵塊的用量為每班4 t、每天3次，耐侵蝕時間為8 h。改造后為每班2 t鎂質礦石每天1次，耐侵蝕時間為10~16 h。另外還要在每天正常生產的時候渣補1次每次4 t，替代2次渣補用的生鐵塊8 t，每月除去正常維護爐襯的次數，菱鎂礦渣補占渣補爐次的權重為30%，渣補用的鐵塊的成本為每噸0.25萬元，該工藝年經濟效益為216萬元。