提高轉(zhuǎn)爐護(hù)爐效果的實(shí)踐

王 哲，晏 武，張忠福，李 毅，付有彭，孫海坤，張李鵬，張彥龍

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照276800）

1 轉(zhuǎn)爐耐材鎂碳磚損壞機(jī)制

1.1 鎂碳磚中碳氧化侵蝕

鎂碳磚中含有一定數(shù)量的碳，使得其與熔渣的潤(rùn)濕角較大，其潤(rùn)濕性比較差，這樣阻礙著熔渣向磚體內(nèi)的滲透，根據(jù)觀察，鎂碳磚殘磚表面較光滑，附著一層0～5 mm的渣層。用肉眼是很難看到熔渣在鎂碳磚表面的滲透出與脫碳層，只有在顯微鏡下才可觀察到滲透層與脫碳層的存在。

鎂碳磚在工作過(guò)程中，工作表層的碳受到熔渣中FeO、Fe2O3等氧化物及O2、CO2等氧化性氣體的氧化作用以及高溫條件下鎂碳磚內(nèi)MgO的還原反應(yīng)使得鎂碳磚工作層形成脫碳層，其反應(yīng)如下所示。

在電子顯微鏡下觀察鎂碳磚殘磚表面時(shí)，發(fā)現(xiàn)脫碳層有金屬鐵粒，這從側(cè)面證明碳被FeO氧化。鎂碳磚磚體的工作表面由于碳的氧化，使得磚體組織結(jié)構(gòu)松動(dòng)不完整，形成小氣孔，磚體在爐渣的沖刷下而侵蝕。

1.2 鎂碳磚與爐渣的化學(xué)反應(yīng)侵蝕

當(dāng)鎂碳磚與堿度低、TFe含量低的爐渣接觸時(shí)，爐渣中的鈣、硅、鐵等元素會(huì)侵入到鎂碳磚表層，與鎂碳磚中方鎂石反應(yīng)生成CMS（CaO·MgO·SiO2）和C3MS2（3CaO·MgO·2SiO2）等低熔點(diǎn)的礦物。起初這種液相礦物比較黏稠，暫時(shí)留在方鎂石晶粒的表面，起到阻礙爐渣的進(jìn)一步侵蝕。但是隨著反應(yīng)的繼續(xù)，溫度不斷升高，低熔點(diǎn)化合物不斷增加，液相礦物黏度不斷降低，直至不能黏結(jié)在方鎂石晶粒表面，引起方鎂石的侵蝕和鎂砂的解體，因而方鎂石晶粒分離浮游而進(jìn)入熔渣中，磚體熔損也就形成。

1.3 爐渣與方鎂石間的固溶反應(yīng)

鎂碳磚與堿度高、TFe含量高的熔渣接觸時(shí)，鐵以FeO的形式侵入磚體，與方鎂石晶粒形成固溶體，也稱(chēng)鎂浮氏體。當(dāng)FeO固溶量超過(guò)一定限度后，就會(huì)形成鎂鐵型礦物、鎂浮氏體與鎂鐵礦物共存。由于FeO的侵入，伴隨著溫度與爐氣氣氛的變化，鎂浮氏體與鎂鐵礦物相互的轉(zhuǎn)化，其體積亦發(fā)生變化，從而產(chǎn)生微細(xì)裂紋，此時(shí)熔渣中硅、鈣等成分侵入方鎂石晶粒，使方鎂石晶體脫落磚體而流入熔渣中。

2 影響轉(zhuǎn)爐爐襯壽命的主要因素及相應(yīng)對(duì)策

2.1 鎂碳磚的侵蝕

從鎂碳磚的損壞機(jī)制可以看出，主要是以下幾種因素主導(dǎo)著鎂碳磚的侵蝕：

1）爐渣的溫度。溫度越高，侵蝕越嚴(yán)重。

2）爐渣的堿度。堿度越高，越有利于爐襯的維護(hù)。

3）渣中TFe含量。TFe越高，侵蝕越嚴(yán)重。

4）渣中MgO含量。MgO越高，越有利于爐襯的維護(hù)。

根據(jù)目前轉(zhuǎn)爐工場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，第1）條中的溫度是基本沒(méi)有空間可以去降低，目前生產(chǎn)的主要鋼種是低碳鋼和汽車(chē)鋼，考慮到終點(diǎn)溫度對(duì)精煉的影響和綜合成本（轉(zhuǎn)爐降低的溫度和精煉處理時(shí)間的電耗），目前轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度1 648℃是合適現(xiàn)在的生產(chǎn)情況的。

那么只能從堿度、TFe含量、MgO含量上著手做調(diào)整，而堿度和TFe含量都影響著MgO含量，先從MgO著手考慮。

2.2 調(diào)整渣中MgO含量

2.2.1 MgO飽和溶解度

日本鋼鐵協(xié)會(huì)提供的轉(zhuǎn)爐渣中MgO的飽和公式（這是一個(gè)根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到的計(jì)算公式，用于擬和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而得）：

從經(jīng)驗(yàn)公式中可看出：隨著溫度升高，MgO飽和溶解度會(huì)升高；隨著TFe含量升高，MgO飽和溶解度會(huì)升高；隨著堿度升高，MgO飽和溶解度會(huì)降低。

根據(jù)轉(zhuǎn)爐工場(chǎng)4月份的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 4月份生產(chǎn)數(shù)據(jù)

在這種情況下計(jì)算的MgO飽和溶解度為8.23。

要保證轉(zhuǎn)爐耐材能比較好的受到保護(hù)，一般需要將渣中w（MgO）含量做到比飽和溶解度大1%～2%，即我們需要將渣中w（MgO）含量做到8.23+（1～2）=9.23～10.23，或者是降低MgO飽和溶解度。

首先想辦法降低MgO飽和溶解度，需要想辦法降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，降低轉(zhuǎn)爐渣中TFe含量，提高堿度來(lái)降低渣中MgO飽和溶解度，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中情況，受生產(chǎn)節(jié)奏和鋼種因素影響，轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度沒(méi)有降低空間。而氧化鈣和氧化鎂都是堿性氧化物，堿度高氧化鎂飽和度降低，但堿度影響較小，氧化鐵對(duì)氧化鎂溶解度影響較大，并且結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，轉(zhuǎn)爐工場(chǎng)主要生產(chǎn)的是低碳低磷鋼種，按目前的堿度（R=3.542）可以做到比較穩(wěn)定的成分控制，也就是說(shuō)堿度滿足目前的生產(chǎn)需求，即使提升堿度，會(huì)增加轉(zhuǎn)爐石灰或者生白的單耗，并且相應(yīng)增加渣量，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)指標(biāo)是不利的，所以增加堿度不能大幅度增加。綜上得出的結(jié)論：根據(jù)目前的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)需求，需要做的是降低渣中TFe含量來(lái)降低渣中MgO飽和溶解度。

2.2.2 降低渣中TFe含量的建議

1）延長(zhǎng)拉碳時(shí)間，冶煉終點(diǎn)前降槍?zhuān)€(wěn)定爐口火焰，降低渣面，便于冶煉終點(diǎn)的判斷和出鋼操作的順利進(jìn)行，視為拉碳。延長(zhǎng)冶煉終點(diǎn)的拉碳時(shí)間，即提前降槍?zhuān)山档徒K渣的全鐵含量。

2）減少過(guò)氧化頻次和補(bǔ)吹次數(shù)，優(yōu)化靜態(tài)模型。根據(jù)鐵水硅含量不同，及時(shí)調(diào)整廢鋼比和轉(zhuǎn)爐溶劑的加入量和時(shí)機(jī)，保證下TSC的命中率，為動(dòng)態(tài)拉碳創(chuàng)造好條件，保證動(dòng)態(tài)拉碳命中率，減少終點(diǎn)氧過(guò)高頻次，和減少終點(diǎn)碳高、溫度低造成的補(bǔ)吹頻次。

3）轉(zhuǎn)爐底吹后攪技術(shù)能大幅度降低渣中TFe含量。

4）動(dòng)態(tài)加礦不能多，動(dòng)態(tài)礦加入太多收得率低，造成渣中TFe含量高。

5）減少掃爐口次數(shù)，掃爐口明顯能增加終渣TFe含量，但是掃爐口有利于爐型的維護(hù)，要控制掃爐口的頻率，目前掃爐口的頻率太高。

以上措施中，按照實(shí)施難度從難到易排列：

1）受入爐的鐵水條件和廢鋼條件限制，當(dāng)前廢鋼比高，鐵水溫度低，難以實(shí)現(xiàn)。

2）通過(guò)改變TSC下槍時(shí)間點(diǎn)，措施可實(shí)現(xiàn)，TSC目標(biāo)碳：0.40%～0.55%。

3）減少掃爐口頻次，由每爐都吹掃改為每3～4爐吹掃一次。

4）通過(guò)維護(hù)二級(jí)模型，精準(zhǔn)計(jì)算熱平衡，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)全部加料，動(dòng)態(tài)加料量≤2 kg/t。

5）維護(hù)底吹原件，制定底吹工藝制度，初步實(shí)現(xiàn)底吹時(shí)間30～40 s，可有效降低渣中全鐵2%～3%。

2.2.3 渣中MgO含量

以下是現(xiàn)場(chǎng)中4—5月份的生產(chǎn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1、圖2、圖3）。

圖1 終渣w（FeO）和w（MgO）的關(guān)系

圖2 堿度和w(MgO)的關(guān)系

圖3 終渣w(TFe)和堿度的關(guān)系

圖1表明降低TFe含量能提高渣中渣中MgO的含量，并且渣中的TFe影響渣中MgO的程度很大，影響很明顯；圖2表明堿度提高能增加渣中MgO的含量；而圖3表明渣中TFe含量能影響堿度的大??；也就是說(shuō)降低TFe含量能有效降低渣中MgO的含量，也會(huì)提高渣中堿度，而提高堿度會(huì)小幅度提高渣中MgO的含量。

從現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中來(lái)看，有效的降低渣中TFe含量能有效提高渣中MgO的含量。降低渣中TFe含量的措施在上文中已有，不再做詳述。

2.2.4 渣中MgO的來(lái)源

從別的鋼廠的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鞍鋼第二煉鋼廠180 t轉(zhuǎn)爐每爐濺渣層的蝕損可增加渣中w（MgO）達(dá)2%～3%；活性白灰等其他原材料可增加渣中w（MgO）約1%；補(bǔ)爐第1爐冶煉，濺渣層的蝕損和補(bǔ)爐料脫落可增加渣中w（MgO）達(dá)4%～6%。若要爐渣中的MgO達(dá)到飽和狀態(tài)，需要冶煉過(guò)程進(jìn)行配鎂操作來(lái)完成。

從轉(zhuǎn)爐工場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，現(xiàn)在的物料和渣中指標(biāo)如表2。

表2 4月和5月生產(chǎn)數(shù)據(jù)

5月9日后，做出了物料調(diào)整，鎂球由原來(lái)1.67 kg/t增加到3.33 kg/t，從表2中可以看出，增加鎂球后，渣中MgO含量有明顯增加，增加了（7.94-7.60）%=0.34%。

此時(shí)計(jì)算的MgO的飽和溶解度為：7.97%，現(xiàn)有的w（MgO）為7.94%，還不能滿足現(xiàn)階段的護(hù)爐要求。

根據(jù)表3簡(jiǎn)單的從理論上粗略計(jì)算一下現(xiàn)階段的渣量和MgO的關(guān)系：

渣量=轉(zhuǎn)爐溶劑量+鐵水渣量=（28.33+25+1.67+3.33+28.33×50%）+13.33=87 kg/t

物料帶入的w（MgO）=19%×25+65%×3.33=6.94 kg/t（忽略石灰和石灰石）

此時(shí)渣中MgO的含量：6.94/87=7.98%，算出來(lái)的結(jié)果7.98%跟實(shí)際情況7.94%基本一致，具有一定參考性。

可以考慮從降低渣量、提高鎂球的使用量、提高濺渣層中MgO的含量來(lái)提高M(jìn)gO的渣中含量。

2.2.4.1 降低渣量的措施。

在保持足夠堿度（R＞3.5）的情況下，逐漸減少石灰和生白的使用量，盡量做到石灰不超過(guò)27 kg/t，生白云石不超過(guò)23 kg/t，鎂球的用量提高到4 kg/t，并且隨著頭批料全部加入。

表3 含MgO溶劑成分 %

此 時(shí) 渣 量=（26.67+23.33+4+31.67×50%）+13.33=83.17 kg/t

此時(shí)物料帶入w（MgO）的量=19%×23.33+65%×4≈7.04 kg/t

此時(shí)渣中w（MgO）=7.04/83.17≈8.46%。

經(jīng)過(guò)粗略計(jì)算，適當(dāng)減少石灰和生白，在鎂球現(xiàn)在加入量3 kg/t的基礎(chǔ)上增加到4 kg/t的加入量，渣中w（MgO）為8.46%。此時(shí)渣中MgO的飽和溶解度是7.97%，8.46%＞7.97%，基本可滿足保護(hù)爐襯的要求。

物料單價(jià)：石灰為320元/t，生白云石為78元/t，輕燒鎂球?yàn)?45元/t，

增加物料成本：—320/1 000×1.67-78/1 000×1.67+445/1 000×0.30=0.36元/t，同時(shí)減少了渣量為87-83.17=3.8 kg/t，假設(shè)渣中w（TFe)為20%不變，則減少鋼鐵料消耗為：0.76 kg/t，等于節(jié)省了0.76×2.5=1.9元/t（鋼鐵料2.5元/（kg/t）），整體來(lái)說(shuō)節(jié)約成本為1.9+0.36=2.26元/t。

2.2.4.2 提高鎂球的使用量

在2.2.4.1中已講述，即在鎂球現(xiàn)在加入量3 kg/t的基礎(chǔ)上增加4 kg/t的加入量。

2.2.4.3 提高濺渣層中MgO含量

根據(jù)目前終渣（FeO）高，MgO含量低的問(wèn)題，需要在濺渣過(guò)程添加含碳和含鎂的材料來(lái)達(dá)到降低渣中TFe和提高M(jìn)gO含量的目的，根據(jù)目前調(diào)渣料的實(shí)際情況，有生白云石、高碳鎂球和輕燒鎂球三種物料（見(jiàn)下頁(yè)表4），由于終渣（FeO）高，渣系中的鈣硅化合物多為低熔點(diǎn)化合物，生白融化所需溫度高，濺渣時(shí)加入大量的生白導(dǎo)致?tīng)t渣沒(méi)有足夠溫度去融化生白，導(dǎo)致濺渣效果不良。此時(shí)該采取的措施為增加高碳鎂球的用量，同時(shí)放鋼快結(jié)束時(shí)往爐內(nèi)扔碳粉用來(lái)脫氧，降低渣中（FeO）含量，同時(shí)減少生白用量，增加高碳鎂球的用量，保證爐渣MgO含量。

表4 濺渣調(diào)渣料含量 kg/t

4月份轉(zhuǎn)爐工場(chǎng)試驗(yàn)放鋼后向爐內(nèi)加碳粉脫氧，因?yàn)樯椎募尤肓窟^(guò)多，導(dǎo)致熔渣沒(méi)有溫度，導(dǎo)致濺渣效果不理想，目前采取減少生白用量提高鎂球用量。通過(guò)試驗(yàn)效果來(lái)看，護(hù)爐效果明顯提升。

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有效措施：

3.1 降低渣中TFe含量的措施

1）減少過(guò)氧化頻次和補(bǔ)吹次數(shù)。優(yōu)化靜態(tài)模型，根據(jù)鐵水硅含量不同，及時(shí)調(diào)整廢鋼比和轉(zhuǎn)爐溶劑的加入量和時(shí)機(jī)，保證下TSC的命中率，為動(dòng)態(tài)拉碳創(chuàng)造好條件，保證動(dòng)態(tài)拉碳命中率，減少終點(diǎn)氧過(guò)高頻次，和減少終點(diǎn)碳高、溫度低造成的補(bǔ)吹頻次。

2）延長(zhǎng)拉碳時(shí)間。冶煉終點(diǎn)前降槍?zhuān)€(wěn)定爐口火焰，降低渣面，便于冶煉終點(diǎn)的判斷和出鋼操作的順利進(jìn)行，視為拉碳。延長(zhǎng)冶煉終點(diǎn)的拉碳時(shí)間，即提前降槍?zhuān)山档徒K渣的全鐵含量。

3）減少掃爐口次數(shù)。掃爐口明顯能增加終渣TFe含量，但是掃爐口有利于爐型的維護(hù)，要控制掃爐口的頻率，目前掃爐口的頻率太高。目前合適的吹掃頻次為3～4爐吹掃一次。

4）通過(guò)維護(hù)二級(jí)模型，精準(zhǔn)計(jì)算熱平衡，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)全部加料，動(dòng)態(tài)加料量≤2 kg/t。

5）維護(hù)底吹原件，制定底吹工藝制度，初步實(shí)現(xiàn)底吹時(shí)間30～40 s，可有效降低渣中w（TFe）為2%～3%。

3.2 降低渣量

改變?cè)辖Y(jié)構(gòu)，提高輕燒鎂球使用量，在鐵水含w（Si）在0.30%左右時(shí)建議每爐渣料：石灰（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤27 kg/t，生白質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤23g k/t，輕燒鎂球?yàn)? kg/t。

3.3 調(diào)整濺渣料

用低熔點(diǎn)物料和含碳物料，有效提高濺渣料融速率和提高降低渣中氧含量的效果，提升護(hù)爐效果明顯。