前言
自90年代初美国LTV钢公司印弟安纳港厂开发了溅渣护炉技术以来，被世界各转炉炼钢厂效仿，转炉炉龄逐年提高，许多钢厂炼钢炉龄己突破10000炉，甚至超过了30000炉。承钢炼钢厂于1994年引进了此项技术，是国内溅渣护炉技术应用最早的企业，采用该技术后，炼钢炉龄有了明显提高，但是由于承钢独特的钒钛资源，生产采用双联工艺，即一座转炉提钒，另外三座转炉炼钢，半钢炼钢存在酸性成渣物质少，热量不足等诸多不利因素，渣系组成不合理。含钒钛的终渣，无论是高铁型还是低铁型渣，由于铁酸盐相比例高或V2O5存在大大降低C2S+ C3S熔点，其熔化性温度低，直接作为溅渣层，即使能够溅上炉衬，寿命也不会高，溅渣护炉效果差。承钢炼钢炉龄始终徘徊在3000~5000炉的水平，与承钢资源相近的攀钢近年来与北科大合作，在改善炼钢熔渣方面做了深入研究和实践，使得炼钢炉龄最高达到了10048炉，世界上钒钛铁水冶炼转炉炉龄亦未打破此项记录。
随着承钢连铸高效化改造的完成，转炉作业率低、炉机不匹配等不利因素严重制约了炼钢生产。此外，为了提高钢产量，2002年将炉衬在原有基础上减薄了75mm，对提高炼钢炉龄增加了较大难度。
为了解决以上问题，通过多次论证研究，采取了多项技术措施和管理措施，使得炼钢炉龄取得了历史性突破，2003年4月，2#转炉炉役结束，转炉炼钢炉龄首次达到10123炉；2003年10月，1#转炉炉役结束，炼钢炉龄达到17461炉，2004年平均炼钢炉龄完成11392炉，创造了顶吹转炉冶炼含钒钛铁水转炉炉龄的世界记录。长寿炉龄的实现，较好地解决了炉机不匹配等问题，相关技术经济指标明显提高。
2 提高转炉炉龄的措施
2.1 采用独特砌筑工艺
转炉修砌质量直接影响到炉龄的高低，是提高炼钢炉龄的基础。炼钢厂2#炉炉底采用MT10碳砖，渣线，耳轴和熔池部位采用MT18镁碳砖，其余部位采用MT14镁碳砖综合砌筑方式，并自行研制开创了无接缝砌筑工艺。通过合理的砖形设计，确保砖缝小于1.5mm，针对国内制砖机压力提高，镁碳砖强度得到有效保证的现状，采用大砖砌炉，砖缝减少。
2.2 推行一次拉成出钢操作
转炉炼钢过程中，熔渣TFe成分侵入镁碳砖，伴随着温度及炉气气氛变化，使方镁石晶体脱离砖体流入熔渣，损坏砖衬。因此，转炉吹炼终点氧化性，决定着对炉衬侵蚀的强弱。承钢采用半钢炼钢，半钢中[Si]、[Ti]为痕迹，虽经使用低品位SiC补热措施，但是受到炉渣碱度、冶金效果等影响，低品位SiC加入量受到限制，渣中∑FeO含量高，平均大于20%，终点氧化性较强。原工艺采用高拉补吹操作，倒炉后需再次点吹出钢，这样倒炉次数较多，炉衬必将受到高温钢水和较强氧化性炉渣的浸泡侵蚀，且温度损失较大。后采用一次拉(碳)成出钢操作法，避免了以上不利因素影响。同时，由于温度损失减小，终点拉碳值提高，又采用Mn- Si合金代替高碳Fe- Mn脱氧合金化，使低合金钢终点碳允许值由≤0.10%上升至≤0.20%出钢，∑FeO较原工艺降低了3.93 %，炉衬侵蚀明显减弱。
2.3 降低出钢温度
出钢温度与炉衬寿命密切相关，过高的钢水温度不仅提高了炉渣过热度增，大高温钢渣对炉衬的机械冲刷，而且增强炉渣氧化性，既加速了化学侵蚀，又减弱了炉衬在高温下承受机械冲撞等外力的能力，使溅渣层过旱的侵蚀贻尽，甚至可能使炉衬表面软化和熔融，对炉衬砖造成很大危害。承钢在降低出钢温度方面主要采取了如下措施：
(1)加强生产组织，执行扁平化管理，炉长与机长直接联系，使生产组织更紧密、更科学，工作自主性更强；
(2)减少周转钢包，使三炉三机生产钢包使用个数控制在8个以下，同时完善钢包离线、在线烘烤措施，保证红包出钢率≥96%；
(3)铸机大、中包加包盖保温；实现钢水低过热度浇注，一般控制在15℃左右；陆续完成各个铸机的高效化改造，使拉钢周期缩短8~10分钟/包；
(4)转炉出钢口由∮108mm扩至∮130mm，缩短出钢时间，降低出钢温降；钢包保温层由轻质砖改为隔热板，使用钢包覆盖剂，降低镇静时间温降；
(5)自行设计，实现合金料在线烘烤;
(6)精心操作，减少计划外高温钢。
通过不断的努力，平均出钢温度己降至1667℃，较2001年和2002年分别降低22.11℃和9.34℃。
2.4 改造炼钢渣系
资料介绍：实验室实测结果表明，普通转炉终渣V2O5含量每增加1%，熔化性温度平均要下降27℃左右。不仅如此，含钒钛转炉终渣与普通终渣相比，其全熔化性温度比普通转炉渣低很多，初熔和全熔温度区间很小，如图1、图2所示。对含钒钛的终渣，在低铁渣中提高SiO2、MnO特别是MgO后，全熔温度提高十分明显；要想提高高铁渣的熔点，只有把氧化铁的含量降下来，再加氧化镁方能奏效。实验表明，调渣后的炉渣成分大致是：TFe：10~15%，MgO：10~12%，Mn0：3~5%效果较好。
图1 渣中TFe含量与熔化性温度关系
图2 熔化特性曲线
所以，根据我厂渣系特应该增加SiO2等酸性成渣物质含量较高的熟料调渣，降低终渣FeO同时提高终渣MgO和MnO含量。采取的主要措施如下：
(1)采用了调整半钢炼钢渣系的专利技术，使酸性氧化物达到25%以上并可代替萤石化渣同时达到调渣、改善渣系的目的。实测结果表明，承钢终渣由原来铁酸盐相占30%的渣系改变为了富含C2S+ C3S的渣系，其中C3S为35~45%，C2S为2~10%，达到了增加渣中高熔点相，减弱对炉衬侵蚀的作用。渣系改造前后终渣岩相对比见图3、图4。
图3 渣系改造前终渣岩相照片
图4 渣系改造后终渣岩相照片
(2)开吹及吹炼过程中加入足量白云石，溅渣使用含碳镁球调渣，出钢、倒炉过程加入少量镁质料，提高渣中MgO含量至11.46%以上并增加了挂渣量。
(3)实施一次拉成出钢，精心操作，降低FeO含量。出钢温度和渣中(FeO)的降低，降低了炉渣过热度，提高了炉渣的熔点和粘度，且倒炉次数大为减少。
(4)吹炼过程中加入Mn含量较高的复合渣球，使渣中(MnO)含量由原来的0.242%最低)——0.407%(最高)/0.34%(平均)提高至0.99%(最低)——1.61%(最高)/1.282%(平均)，效果明显。
(5)在加强对各岗位的现场指导与培训，规范操作的基础上，投资引进了精确的数据自动采集系统，促使溅渣护炉溅渣率和优质溅渣率分别达到99%和96%，较上个炉役分别提高59%和79%，溅渣效果明显改善。
2.5 改造炼钢氧枪
溅渣护炉依靠氮气射流作为动力，冲击炉渣使其溅到炉衬内表面形成溅渣层。氮气流股击穿熔池之后剩余的能量越大，溅渣量和溅渣高度都将增加。把喷孔出口马赫数Ma提高到2.0~2.3，可以提高射流的出口速度，使单位体积内的氮气具有更高的能量。顶吹气体射流搅拌能还与喷孔夹角密切相关，喷孔倾角小，射流的搅拌能大，喷孔倾角大时，喷出的射流与熔渣接触面积大。而对每个溅起的渣滴来说形成的冲击力小，其反射流与水平夹角小，对炉衬溅补面积小，因此应有一个合适的倾角。同时，为达到提高供氧强度，改善对熔池搅拌效果，缩短冶炼周期，使吹炼过程更平稳的目的，对氧枪进行了改造，改造前后喷头参数见表1。
四孔氧枪的使用，提高了氮气流股对熔渣的穿透能力和对熔渣的冲击能量，杜绝了采用付孔射流速度低、哀减溅渣动能的不利因素，溅渣护炉效果明显改善。
2.6 应用整体可更换式出钢口
购置了专用出钢口扩孔机，并用∮130mm整体可更换式出钢口代替原来∮108mm钢管修补出钢口。应用整体可更换式出钢口，能够有效的将出钢口位置固定，改变了以往因出钢口侵蚀上移导致炉壳及出钢口周围炉衬变形的状况，维持了良好的炉形。
2.7 实施计划补炉
炉役中后期不可避免的会出现补炉操作，但必须达到最佳效果。本次实施计划补炉，对转炉炉况执行打分管理制度。各班溅渣、护炉效果由分厂相关管理人员共同打分，打分结果当目公布考核，使各班、各岗均负起责任。
2.8 提高铁水和石灰质量
铁水和石灰质量对转炉冶炼至关重要，通过不懈努力，我厂铁水、石灰质量有了较大提高，石灰CaO%达90%以上，活性度≥300ml，生过烧率＜10%；优化了铁水预处理工艺，对[S]≥0.060%的铁水进行了良好的脱硫处理，转炉负担减轻。
近年，铁水成分及灰耗见表2。
表2 铁水成分和灰耗
|
项目 |
铁水
Si+Ti(%) |
铁水
S(%) |
铁水
P(%) |
灰耗
(㎏/t) |
萤石单耗
(㎏/t) |
|
2001年 |
0.56 |
0.053 |
0.103 |
93.1 |
5.69 |
|
2002年 |
0.726 |
0.047 |
0.062 |
61.53 |
3.42 |
|
2003年 |
0.534 |
0.040 |
0.046 |
56.49 |
3.411 |
|
2004年 |
0.528 |
0.036 |
0.047 |
55.14 |
3.190 |
3 效果
3.1 炉龄
2004年与2002年比较，转炉平均炼钢炉龄提高了6655炉，达到11392炉。目前，最高炼钢炉龄己突破17000炉，有望突破20000炉。
3.2 成本及技术指标
转炉消耗耐材成本较2002年下降了2.53元/t，节约了大量补炉时间及炉役时间，相关技术经济指标明显提高，达到了均衡生产的目的。
4 存在问题
(1)随着转炉炉龄的不断提高，对转炉设备寿命的要求也越来越高。目前仍存在如烟道漏水频繁使炉衬风化等不利因素影响，需尽快研究解决。
(2)对于半钢炼钢，有必要研究一种具有综合能力的造渣剂，以使炉龄更加长寿、经济。
5 结束语
通过改进砌炉工艺，提高修砌质量；执行一次拉成出钢操作；降低出钢温度；改造渣系，提高溅渣护炉效果；严格管理等一系列措施的实施，解决了冶炼含钒钛铁水转炉炉龄低的问题，实现了含钒钛铁水双联工艺冶炼下的高炉龄、低消耗、均衡生产的目的。
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