轉爐高效維護爐襯工藝研究與實踐

崔 猛

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

轉爐爐齡是鋼鐵企業一項重要的技術經濟指標，它體現了企業的轉爐冶煉和爐體維護工藝技術水平。隨著轉爐襯磚耐火材料質量的提高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都得到了大幅提升。天津市新天鋼聯合特鋼有限公司（以下簡稱聯合特鋼）擁有3 座120 t 轉爐，主要生產鋼種有普碳鋼、低合金鋼等，隨著生產節奏的不斷加快，轉爐爐齡一直在15 000 爐左右徘徊，轉爐爐襯維護已成為限制生產的環節之一。在目前高強度冶煉節奏下，如何快速且高效護爐，改進護爐技術，實現轉爐爐齡的大幅提升，成為一項重要技術研究內容[1]。

聯合特鋼利用轉爐測厚技術，通過對轉爐爐襯損傷的定量化監測與跟蹤，確立了一種以高效濺渣護爐為主的爐襯維護方案。本文對該高效濺渣護爐方案的主要內容進行詳述，對該方案技術優勢和實施效果進行了分析總結。

1 轉爐爐襯侵蝕現狀及機理分析

1.1 轉爐爐襯侵蝕現狀定量化監測

傳統依靠煉鋼工肉眼對爐襯受損程度進行經驗性判斷，誤差較大。誤判的結果會帶來兩個問題：一是爐襯侵蝕較深、爐襯變薄時，一旦誤判及易造成爐體漏鋼；二是因人工判斷不準，補爐料過量投入，造成爐襯某些部位過厚，影響了轉爐爐容比，對操作也帶來一些負面影響。為了解決上述問題，在轉爐生產間歇使用激光爐襯測厚儀進行爐襯測量，代替憑著經驗感覺籠統判斷爐襯受損變化的方式，實現爐襯侵蝕部位的量化測量。同時利用測厚儀研究整個爐役內，爐襯侵蝕部位演變過程，分析影響轉爐爐襯壽命的主要因素[2]。

1.2 轉爐爐襯侵蝕情況跟蹤

轉爐原始爐襯厚700 mm，利用測厚儀跟蹤轉爐整個生產周期內爐襯的主要侵蝕部位以及侵蝕部厚度的演變過程，為轉爐爐襯侵蝕情況分析提供依據。

（1）爐役初期。整體內部爐型較好，侵蝕部位主要集中在爐底和爐壁，侵蝕相對均勻，爐襯厚度在600～700 mm；爐體上部少量侵蝕，厚度維持在650～700 mm，爐體內腔形狀與轉爐鋼殼一致，爐渣掛渣情況良好。

（2）爐役中期。轉爐內襯侵蝕最嚴重的部位是轉爐耳軸方向的剖面。耳軸是轉爐傾動的軸線，在轉爐吹煉時，高溫鋼液和爐渣發生劇烈反應，高壓氧氣流股吹起爐渣，耳軸部位的侵蝕最為嚴重，此時耳軸部位內襯厚度為500～600 mm。

（3）爐役后期。轉爐爐襯整體侵蝕較為嚴重，爐體渣線薄弱部位為轉爐軸線方向30～60°、300～330°、120～150°、210～240°。侵蝕的主要原因是：轉爐倒爐取樣造成的渣、鋼對爐襯的化學侵蝕和沖刷；出鋼過程中，1 600 ℃以上高氧化性爐渣長時間對渣線的化學侵蝕和沖刷。在渣、鋼侵蝕和沖刷用下，此時爐襯厚度在350～400 mm。

1.3 轉爐爐襯侵蝕原理分析

轉爐爐體是由鎂碳質襯磚砌筑而成，由于爐襯直接與爐內1 200 ℃以上的液態渣、鋼接觸，不斷受到渣、鋼的侵蝕及機械沖刷作用，造成轉爐爐襯侵蝕變薄。另外由于鐵水成分和重量波動、廢鋼來源與組成的變化、渣料成分及質量的不穩定、爐型的可控性以及鋼種變換性等諸多因素共同影響，加速了轉爐爐襯的侵蝕進程[3]。

2 轉爐濺渣護爐工藝研究

2.1 濺渣護爐的基本原理

濺渣護爐的基本原理：在轉爐冶煉過程中，加入輕燒白云石和輕燒鎂球等含MgO 的渣料，使轉爐渣中MgO 含量達到7～8%，增加爐渣粘度和爐襯抗沖刷性能，在出鋼后采用氧槍噴吹高壓氮氣，降低爐渣溫度，并利用氣體的沖擊能量將留在爐內的爐渣濺起附著在轉爐內襯上，形成爐渣保護層，以抵御下爐次煉鋼過程中渣、鋼對爐襯的侵蝕，保護轉爐爐襯，提高轉爐爐齡。因此，需要對影響轉爐濺渣護爐效果的因素進行分析，并對濺渣護爐工藝進行冷態模擬實驗。

2.2 影響濺渣護爐效果的因素分析

2.2.1 頂槍槍位對濺渣的影響

通過實驗室模擬，研究不同槍位對濺渣效果的影響。在渣量8 t、采用16°噴射角氧槍濺渣時，研究槍位分別為1 m、1.75 m 和2.5 m 時不同頂吹壓力下爐壁濺渣狀況。

（1）槍位不變時，隨著頂吹壓力的升高（氣體流量增大），渣濺到爐壁的最高高度升高。

（2）在頂吹壓力為0.3 MPa 和0.4 MPa 時，1 m、1.75 m 和2.5 m 三個槍位的濺渣高度和濺渣量均相差不大，說明壓力較低時，頂槍氣流對渣池沖擊力較弱，濺渣效果區別不大。

（3）當頂吹壓力增大至0.5 MPa 左右時，可以較明顯地看出1 m、1.75 m 和2.5 m 三個槍位的濺渣高度出現明顯變化，即槍位越高，爐壁濺渣高度越高。2.2.2 爐渣渣量對濺渣的影響

濺渣護爐過程中，爐壁濺渣高度和效果與熔池渣量和頂槍壓力密切相關。因此，實驗研究了采用16°噴槍夾角、槍位為2 m 時，渣量為5 t 和8 t 時熔池在不同頂槍壓力下的濺渣狀況。

（1）頂槍壓力為0.3 MPa 時，渣量對濺渣影響不明顯。

（2）當頂槍壓力升高到0.4 MPa 時，8 t 渣量比5 t 渣量爐壁濺渣高度稍高。

（3） 當頂槍壓力升高到0.5 MPa 時，8 t 渣量爐壁濺渣高度明顯升高。

綜上所述，當頂槍壓力足夠大時，熔池中適當大渣量有利于濺渣。

2.2.3 爐渣粘度對濺渣的影響

濺渣護爐過程中，爐渣的流動性隨著爐渣溫度變化而變化，溫度較高時，溫度變化對爐渣粘度影響不明顯，而在某一溫度區間，隨著爐渣溫度降低，爐渣粘度增大，流動性變差。本實驗中研究了爐渣粘度為1.4 Pa·s 和0.6 Pa·s 時，渣量8 t 槍位2 m時爐壁在不同頂槍壓力下的濺渣狀況。

（1）頂槍壓力為0.3 MPa 時，粘度變化對濺渣影響不明顯；

（2）隨著壓力的升高到0.4 MPa 時，爐渣粘度為0.6 Pa·s 時比1.4 Pa·s 渣時爐壁濺渣高度稍高；

（3）當增加頂槍壓力到0.5 MPa 時，爐渣粘度為0.6 Pa·s 時爐壁濺渣高度明顯升高，說明頂吹壓力較小時，濺渣主要因素為壓力，頂吹壓力較大時，爐渣粘度對濺渣有影響。

濺渣過程中，應保證爐爐渣粘度不能太大，有利于濺渣。

2.2.4 頂槍氮氣壓力對濺渣的影響

通過以上對濺渣過程中槍位，渣量，渣粘度和氧槍噴孔角度的研究可以發現，濺渣過程中首先要滿足壓力要求，當氮氣供氣壓力足夠時，射流才具有足夠大的沖擊能量，從而使形成的液滴具備較大的初動能。實驗得出，當頂槍氮氣壓力為0.3 MPa時，其它參數變化（槍位，壓力，渣粘度）對濺渣影響較小，只有頂槍壓力升高時，其它參數的影響才變為濺渣的主要影響因素。

通過上述分析，得出濺渣護爐的指導性操作條件，壓力是濺渣成功的基礎，有條件的情況下要適當提高頂槍氮氣壓力，適當增加留渣量，爐渣粘度不宜過大。

3 高效維護爐襯的其他配套措施

3.1 縮短轉爐冶煉周期

減少爐襯侵蝕的一項重要工作是縮短冶煉周期。周期縮短后，鋼水及爐渣在爐內時間隨之減少，即鋼水及爐渣對于爐襯的侵蝕時間縮短，所以縮短冶煉周期對于降低爐襯侵蝕起著積極作用。通過優化供氧參數、調整裝入制度等措施，使轉爐吹煉周期由35.25 min 降低到平均23.43 min，高溫金屬液對爐襯的侵蝕明顯降低。

3.2 提高轉爐不倒爐出鋼率

常規轉爐操作需進行測溫取樣操作，可導致轉爐爐襯前大面的沖刷侵蝕。聯合特鋼通過優化鐵水入爐條件（尤其是P 含量，控制至0.010%以下）、嚴把采購的石灰、輕燒白云石等輔料質量、冶煉過程供氧控制工藝優化等手段，已實現轉爐不倒爐出鋼率達到98%以上，生產穩定性強，此舉可大幅減少轉爐爐襯前大面的侵蝕。

3.3 控制轉爐終點溫度

鋼水溫度也是影響轉爐爐襯侵蝕的重要原因之一。高溫鋼水對于爐襯侵蝕危害較大，所以，聯合特鋼一直在控制高溫出鋼，以杜絕高溫鋼水對爐襯的侵蝕。通過加快鋼包周轉，提高鋼包烘烤效果、提升過精煉占比，促使轉爐具備出鋼溫度由1 650 ℃降低至1 625 ℃，鋼水對爐襯的侵蝕減小。

3.4 保證濺渣效果

結合實驗結果，對現行的轉爐濺渣護爐工藝進行優化，確定了聯合特鋼轉爐濺渣護爐的主要工藝參數。包括：初始留渣量、槍位、爐身傾斜角度、頂吹氣體壓力和爐渣粘度等，保障了濺渣護爐效果。

3.5 豐富補爐手段

3.5.1 高溫快補

高溫快補是在轉爐出鋼結束，濺渣護爐后，將爐渣倒凈，然后迅速加入油砂，由于油砂加入量較少，且爐內溫度較高，可加快燒結速度，可實現快速補爐操作，目前轉爐的重點侵蝕部位，主要采用此模式，在冶煉節奏銜接間隙，無計劃補爐，以達到維護爐襯的目的。

3.5.2 生鐵塊、石灰石補爐

在出鋼結束后，通過生鐵降溫效果，將生鐵加入爐內，與高氧化鎂的爐渣結合迅速粘結，達到補爐效果，大量試驗證明，該補爐模式能夠使生鐵與爐襯牢固粘結，可以滿足補爐要求。生鐵塊補爐模式下，由于生鐵粒度較大，爐內終點渣量有限，必然有不能完全粘結的情況，為改善此狀況，通過大量試驗數據積累，優化加入數量及時機，制定了快速補爐加入方案，根據爐襯實際情況，每次加入1.5～3噸生鐵，在出鋼結束后直接加入爐內，燒結十分鐘后進行濺渣護爐操作，此時生鐵塊已經牢固的與爐襯粘結，補爐效果顯著[4]。

石灰石塊補爐工藝與生鐵塊補爐工藝基本相同，每次加入300 kg 左右石灰石。

4 結語

聯合特鋼利用測厚儀對轉爐全爐役內爐襯演變過程進行測量和跟蹤，對轉爐整個爐役爐襯的主要侵蝕部位以及侵蝕規律進行了統計分析，確立以濺渣護爐為主、優化轉爐冶煉操作和補爐為輔的爐襯高效維護方案，并從頂槍槍位、頂槍壓力熔池渣量和爐渣粘度對濺渣護爐效果的影響進行了研究。

生產實踐證明，通過頂槍槍位和壓力優化，適度調整爐渣渣量和粘度，優化轉爐冶煉操作和補爐等措施，轉爐濺渣和護爐效果明顯提升，聯合特鋼轉爐爐齡由15 000 爐提升至30 000 爐以上，可基本實現全爐役不進行大的補爐作業。