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本钢１８０ｔ转炉炉衬维护实践

魏宝森

（本钢板材股份有限公司）

摘　要　结合本钢炼钢厂１８０ｔ转炉生产实践，从转炉炼钢工艺中的各种因素对炉衬的侵蚀机理入手，提出了完善的日常炉衬维护的具体措施，强化了溅渣护炉的应用技术，加强了炉衬的维护，提高了转炉经济炉龄，为炼钢生产节约了成本，创造了更大利益空间。

关键词　转炉　炉龄　炉衬　溅渣护炉

０　前言

近年来随着钢铁企业利润的普遍下跌，如何在炼钢生产中加强炉体维护，提高转炉炉衬的使用寿命对提高炼钢生产率、提高钢水质量、改善转炉炼钢品种结构以及降低耐火材料消耗、增加经济效益都具有十分重要的意义。

本钢炼钢厂自１９７４年投产以来，始终围绕着提高转炉炉龄这一课题积极开展科研工作。近几年来通过对转炉炉衬损坏的原因和机理的分析，采取了一系列新工艺新措施加强了对转炉炉衬的维护，使转炉炉龄得到大幅提高，并取得了巨大的经济效益。

１　转炉炉衬组成及砌筑方法

１．１　转炉炉衬的组成　　

转炉炉衬由绝热层、永久层和工作层组成。绝热层一般用多晶耐火纤维砌筑而成。永久层各部位用砖不完全一样，多用低档镁碳砖、或焦油白云石砖、或烧结镁砖砌筑。工作层直接与高温炉液以及熔渣接触，环境恶劣，全部由镁碳砖砌筑而成。

１．２　砌筑方法　　

在吹炼过程中，由于各部位工作条件不同所受侵蚀程度也不一样，为均衡整个炉衬砖的蚀损程度，延长炉衬的整体使用寿命我们采用综合砌炉法工艺［１］。炉衬的装料侧、出钢侧所受钢（铁）水的热冲击和冲刷较大受损严重；两侧耳轴部位除受吹炼过程的外，其表面无渣层覆盖，衬中碳极易被氧化，此处又不好修补蚀损严重；渣线部位与熔渣长时间接触，受 熔渣蚀损也极 为严重，这些部位均应采用ＭＴ１８Ａ镁碳砖，以保证具有良好的抗热震性和高温强度以及具有足够的耐热性。熔池部位、炉口部位、炉冒部位、炉底相对蚀损较轻，一般采用ＭＴ１８Ｂ镁碳砖砌筑。

ＭＴ１８Ａ、ＭＴ１８Ｂ镁碳砖的理化指标见表１。

１．３　砌筑要求

转炉炉衬的砌筑质量是炉龄的基础。在炉衬砌筑时必须遵循“靠紧、背实、填严”的原则，砖与砖尽量靠 紧，砖 缝 不 得 大 于１ｍｍ，上 下 缝 隙 不 大 于２ｍｍ，但必须预留一定的膨胀缝；缝与间隙要用不定形耐火材料填实、捣紧；绝热层与永久层之间，永久层与工作层之间要靠实，并用镁砂填严。炉底的砌筑还需保证其水平度；砌砖合门位置要选择得当，合门砖应使用调整砖或切削加工砖，并要顶紧，砖缝要层层错开，各段错落要均匀；出钢口应严格按技术规程安装、砌筑；炉底与炉身接缝要严密，以防漏钢。

２　转炉工作层镁碳砖的蚀损机理　　

转炉炉衬衬的损蚀就是工作层镁碳砖的损蚀。镁碳砖中含有相当数量的石墨碳，它与熔渣的沮湿性较差，阻碍着熔渣向砖体内的渗透，也正是由于镁碳砖的材料构成其存在以下损蚀机理：　　

镁碳砖存在着明显的三层结构，工作表面有１～３ｍｍ很薄的熔渣渗透层，也称反应层；与反应层相邻的是脱碳层，厚度为０．２～２ｍｍ，也称变质层；与变质层相邻的是原砖层。其各层化学成分与岩相组织各异。镁碳砖工作层的碳首先受到氧化性熔渣、供入的Ｏ２和炉气中ＣＯ２等氧化性气氛的氧化作用，以及高温下ＭｇＯ的还原作用，使镁碳砖工作层表面形成脱碳层。其反应式如下［１］：

ＦｅＯ＋Ｃ→ＣＯ↑＋Ｆｅ（１）

ＣＯ２＋Ｃ→ＣＯ↑（２）

ＭｇＯ＋Ｃ→Ｍｇ＋ＣＯ↑（３）

砖体的工作层表面由于碳的氧化脱除，组织松动脆化，在炉液的流动冲刷下流失而被蚀损；同时，由于碳的脱出所形成的空隙，或者镁砂颗粒产生微细裂纹，熔渣从空隙和裂纹的缝隙渗入，并与ＭｇＯ反应生成低熔点ＣＭＳ（ＣａＯ·ＭｇＯ·ＳｉＯ２）、Ｃ３ＭＳ２（３ＣａＯ·ＭｇＯ·２ＳｉＯ２）、ＣａＯ·Ｆｅ２Ｏ３·ＦｅＯ及ＭｇＯ·Ｆｅ２Ｏ３固溶体等矿物。经过氧化－脱碳－冲蚀不断的作用过程，最终镁砂颗粒飘移流失于熔渣之中，镁碳砖就是这样被蚕食损坏的。

３　转炉炉衬的损坏因素

转炉从加废钢兑铁开始，整个吹炼过程中进行着极其复杂、激烈的物理化学反应。炉衬承受着机械冲蚀和高温等各种恶劣条件的影响，在使用过程中炉衬受到损坏的主要因素有以下几方面。

３．１　机械作用

由于废钢块度尺寸及重量不尽合理，在加废钢操作中，大块重料废钢以及棱角较尖锐的精料废钢对炉体装料侧大面冲击严重，加之兑铁操作时高温铁水的冲刷极易造成大面损蚀。吹炼过程中炉内溶液随着氧气射流的冲击流动对炉衬的冲刷磨损也极为严重。

３．２　高温作用

转炉炉衬需承受１　６００℃以上甚至１　７００℃的高温环境，炉衬受热时会产生巨大的膨胀应力。尤其是反应区的高温作用会使炉衬表面软化、熔融，造成炉衬损伤。

３．３　化学侵蚀　　

转炉吹炼过程中，炉内进行着极其激烈又复杂的物理化学反应，炉衬承受着由这些反应而产生的高温炉渣与炉气对炉衬的氧化还原等化学侵蚀作用，损蚀严重。

３．４　炉衬剥落　　

在炼钢过程中，炉内溶液温度是变化的，从开始时装入１　２５０～１　４００℃的铁水逐渐升高至１　６７０℃乃至１　７００℃，出钢结束后，炉内温度又再次降低。在吹炼过程中，还会根据工艺要求加入降温料进行温度的调整，炉内温度的急冷急热会引起炉衬的层层脱落，并且会引起炉衬砖本身矿物组成分解进而出现层裂等现象［２］。　　

综上所述，这些因素的单独作用，或综合作用都会导致炉衬砖的损坏。

４　转炉炉衬的维护措施

４．１　转炉冶炼工艺的优化

４．１．１　优化转炉装入制度

为减少对炉衬的机械冲击和磨损，所加废钢必须有合理的的块度尺寸并且执行正确的加入顺序，保证小块轻料废钢先加入大块重料废钢后加入，若废钢块度较大，棱角尖锐，也可视生产节奏情况，投料垫护前大面再加废钢。在装入量方面，要根据钢包大小情况以及铁水信息和废钢的状况及时调整装入量和废钢匹配，减少因剩钢或终点温度不够而引起的过吹现象等造成的炉衬损蚀。

４．１．２　优化造渣工艺

１）采用合理的加料制度。造渣采用多批次、少批量操作方法。由于在转炉开吹后，铁水中率先氧化的是Ｓｉ、Ｍｎ和Ｆｅ等化学元素，生成大量酸性氧化物，熔渣碱度较低，此时应根据铁水Ｓｉ含量加入全部或大部分轻烧白云石和头批石灰，及时补充炉内碱性氧化物ＭｇＯ、ＣａＯ含量，提高炉渣碱度，保护炉衬免受损失。而后合理调整枪位并配加造渣料，做到吹炼过程中温度均匀上升，减少“返干”时间，保证初期早化渣，过程化好渣，终点化透作黏渣。

２）选用合理的降温材料和助熔剂。杜绝萤石、铝矾土等对炉衬侵蚀较大的助熔剂的使用。采用铁皮球、铁矿石以及各种烧结返矿作为降温料和助熔剂，视过程化渣情况合理加入，保证炉渣快速熔化，改善炉渣返干现象，减少对炉衬的侵蚀。同时应尽量避免冶炼后期金属降温料的加入，避免带入大量ＴＦｅＯ而影响炉渣黏度。

４．１．３　优化炼钢过程控制

１）尽量提高终点碳含量。对于一些中碳钢以及高碳钢的冶炼，利用先进的副枪测量技术和转炉二级控制系统，本钢炼钢厂采用高拉碳的工艺措施，提高了终点碳含量，减少了增碳剂的加入量，同时使钢水中氧含量得到有效降低，从而降低终渣ＴＦｅ含量，保障了终渣黏度减轻了对炉衬砖的化学侵蚀，同时为溅渣护炉提供了良好的终渣条件。

２）合理控制出钢温度，减小高温钢对炉衬的损蚀。根据需求合理确定出钢温度，并通过调整铁水、废钢的匹配，以及过程降温料的合理加入控制钢水终点温度，尤其是避免１　７００℃以上高温钢的出现，减少对炉衬的侵蚀。

３）提高碳温命中率，减少补吹侵蚀。由于终点拉碳或温度控制失误，有时需要对钢水进行补吹操作以降低碳含量或提高钢水温度。但补吹会引起钢水过氧化，加剧对炉衬的侵蚀并影响终渣粘度进而影响溅渣护炉效果，因此应加强操作技能，提高碳温一次性命中率，减少补吹，从而避免对炉衬的侵蚀。

４．２　强化溅渣护炉工艺

４．２．１　溅渣护炉对终渣的要求

采用溅渣护炉技术，转炉造渣工艺不仅要保证脱磷、脱硫反应的进行，还要合理控制终渣粘度，使终渣适合于溅渣护炉的工艺要求。对熔渣成分的要求主要是碱度、ＴＦｅ和ＭｇＯ含量。实践证明，终渣碱度控制在２．８～３．２较好，ＭｇＯ含量一般控制在９％～１０％，ＴＦｅ含量控制在１２％ ～２０％为宜［３］。

转炉出钢后还可根据炉渣的温度和流动性决定加入适量改渣剂进行调渣。

４．２．２　选择合理的留渣量　　

根据炉渣温度、流动性及高压氮气压力情况决定溅渣操作的合理渣量，确保１．５ｍｉｎ内起渣，以达到溅好渣的目的。根据国内溅炉护炉和本钢的生产实践，合理的留渣量可根据下式求得［３］：

Ｑ＝０．３０１ｗｎ（４）

式中，Ｑ为转炉单炉留渣量，ｔ；ｗ为转炉公称吨位，ｔ；ｎ为系数，取值为０．５８３～０．６５０。

４．２．３　溅渣操作的枪位控制　　

溅渣时枪位控制要根据炉渣的流动性和所要溅的部位而定。一般调渣时氧枪枪位控制在８０～１００ｃｍ，主要以加速炉渣的冷却和稠化为目的，当炉渣稠化到一定程度起渣后，再根据起渣情况变枪操作，在生产中一般通过观察炉口渣粒的密集程度和大小来确定最佳溅渣枪位以达到最好的溅渣效果。

４．２．４　氮气的压力与流量　　

实践生产中各钢厂应根据自身转炉吨位大小合理控制的氮气压力与流量。本钢１８０ｔ转炉溅渣操作氮气流量控制在３５　０００～４０　０００Ｎｍ３／ｈ，并根据起渣情况进行适当调整。

４．２．５　溅渣时间　　

溅渣操作时间一般根据具体生产节奏以及终渣状况和氮气情况合理控制，如氮气充足，生产节奏允许可适当延长溅渣时间；如氮气不足，溅渣流量应小一些，确保溅渣时间和效果。本钢炼钢厂一般将溅渣时间控制４ｍｉｎ～４ｍｉｎ３０ｓ。

本钢溅渣作用工艺参数见表２。

４．３　加强日常炉体维护

４．３．１　补炉技术的应用

转炉转料侧即前大面部位在装料过程中受废钢和铁水机械冲刷严重，出钢侧即后大面在出钢过程中受高温高氧化性钢液以及熔渣的化学侵蚀严重，易于损坏。针对此现象，一般采用补炉的方式对转炉两侧大面进行及时修补。目前所采用的补炉料为自流式镁质补炉料，这种补炉料的特点是铺展性好，烧结时间短，耐冲刷性高，使用耐久性长。在生产中，一般根据转炉前后大面具体损蚀情况，动态调整补炉位置，将适量补炉料由废钢斗将倒入炉内，本钢１８０ｔ转炉补炉料用量一般为１．５～２ｔ。将转炉倾动到适当角度，使补炉料充分展开，摊平，转炉停止倾动视炉衬损蚀情况和生产节奏烧结３０～５０ｍｉｎ。补炉结束后应用１档缓慢将炉体摇起，如补装料侧即前大面还应回零投料，垫护前大面，以免废钢和铁水将补炉料冲刷掉。

４．３．２　喷补技术的应用

喷补技术适用于转炉炉衬有局部损坏又不宜用补炉料修补时，如耳轴部位损坏。其工作原理为对局部蚀损严重的部位集中喷射耐火材料，使其与炉衬砖烧结为一体，进而完成对炉衬的修复。喷补技术分为干法喷补、半干法喷补和火焰喷补三类，其中本钢炼钢厂采用半干法喷补技术。

１）喷补料的组成。喷补料由耐火材料、化学结合剂、增塑剂和少量水组成［２］。其中耐火材料选用冶金镁砂，冶金镁砂的组成和要求见表３。化学结合剂可用固体水玻璃，即硅酸盐（Ｎａ２Ｏ·ｎＳｉＯ２）、也可用络酸盐、磷酸盐等。此外还可以加入适量羧甲基纤维素。

２）喷补工艺：将适量镁质喷补料（一般为０．６～１．０ｔ）加水２０％～２５％在喷补机的枪内混合均匀，用工作压力为０．２～０．３ＭＰａ压缩空气作为运载气体，将 混 匀 的 喷 补 料 喷 射 至 表 面 温 度 为８００～１　０００℃的炉衬受损部位，形成厚度为３０～５０ｍｍ的喷补层，并烧结不小于１０ｍｉｎ的时间使其与炉衬砖烧结为一体，进而完成对炉衬的修复。

５　结语　　

综上所述，转炉炉衬的科学砌筑方法和砌筑质量是炉龄的基础。兑铁加废钢对炉衬的冲刷和机械磨损；吹炼过程中钢水、炉渣以及炉气对炉衬的机械冲刷；炉渣、炉气对炉衬的化学侵蚀以及温度变化是炉衬损坏的主要因素。本钢炼钢厂通过优化冶炼工艺，强化溅渣护炉技术的应用，并注重日常炉体维护，将补炉和喷补技术相结合，加强了对转炉炉衬的维护，使本钢转炉炉龄得到了有效提高并取得了巨大的经济效益。

参考文献

１　李　勇，陈树林等．转炉炉衬粉化原因及对策．耐火材料，２００８（５）：３８９－３９１．

２　吕　亚，杨晓奇等．安钢１５０ｔ转炉中后期炉衬的维护实践．江西冶金，２００９（４）：１４－１７．

３　王雅贞，李承祚等．转炉炼钢问答．北京；冶金工业出版社，２００５：１７－１８．