大廢鋼比生產(chǎn)模式下鋼包耐火材料的侵蝕及影響分析

肖同達 李慕耘 孔勇江 胡 波 徐國濤

1）寶鋼股份武鋼有限責(zé)任公司煉鋼廠 湖北武漢 430080

2）寶鋼股份中央研究院 湖北武漢 430080

鋼鐵行業(yè)的CO2排放約占全球CO2排放的7%。為實現(xiàn)碳達峰，減少碳排放，鋼鐵行業(yè)必須走“低碳化”發(fā)展道路。與高爐-轉(zhuǎn)爐長流程相比，全廢鋼-電爐短流程工藝噸鋼可減少CO2排放量1.45 t，每提高1%廢鋼比，噸鋼CO2排放量降低22.36 kg。因此，降低鐵耗，提高廢鋼比成為目前轉(zhuǎn)爐低碳冶煉的發(fā)展方向。煉鋼廠通過鐵水直兌，廢鋼加熱，多方式加廢鋼等來增加廢鋼量。陳亞團等［1］對提高廢鋼比的方案進行了介紹，通過提高入爐溫度、減少過程溫降、外加增熱劑等方式來創(chuàng)造熱量條件，對高爐系統(tǒng)加廢鋼、鐵包及鋼包加廢鋼等技術(shù)方案進行了投資預(yù)算，對高廢鋼比工作如何開展提出了建議。杜金磊等［2］的研究表明：通過高爐出鐵溝及鐵水包加廢鋼，廢鋼比由17.4%提升到23.3%，廢鋼比提升未對轉(zhuǎn)爐冶煉鋼水質(zhì)量造成明顯影響。轉(zhuǎn)爐工序兌鐵水之前加廢鋼，廢鋼比較低，鐵耗較高，加入形式單一；采用廢鋼加熱、鐵水直兌、多方式加廢鋼等形成了大廢鋼比的新生產(chǎn)模式。

在本文中，針對武鋼有限責(zé)任公司煉鋼廠三煉鋼300 t鋼包加廢鋼后的工藝變化，對鋼包用耐火材料的侵蝕及影響因素進行了分析和探討。

1 300 t鋼包加廢鋼的工藝變化

1.1 鐵水直兌

降低KR工序過程溫降，減少扒渣過程鐵損，部分鋼種工藝路徑優(yōu)化，鐵水到鋼廠后不經(jīng)KR脫硫，直接往轉(zhuǎn)爐內(nèi)兌鐵水。鋼水在鋼包工序完成脫硫，成分合格后進入連鑄工序。

1.2 改變廢鋼加入方式

根據(jù)設(shè)備工藝特點，廢鋼加入方式同步優(yōu)化，采取了魚雷罐、爐后平臺、鋼包等加廢鋼的新模式。爐后平臺通過鏟車加入，鋼包工序加入時采用升降式廢鋼槽和行車吊箱。2020年噸鋼廢鋼加入量由0.12 t增加到0.25 t，鐵鋼比由0.99降低到0.85。

1.3 鋼包加熱比例增加

煉鋼工藝變化導(dǎo)致鋼包加熱比例增加20%，鋼包底吹氬氣流量增加29.6%，加熱時間增加1倍。煉鋼工藝變化導(dǎo)致渣線磚穿漏事件時有發(fā)生，包壁磚殘厚不足，供氣磚壽命降低。

2 煉鋼工藝變化對鋼包用耐火材料的影響

2.1 工藝變化對渣線磚的影響

2.1.1 渣線磚穿漏頻次增加

大廢鋼比生產(chǎn)模式之前渣線磚壽命為53.9次，按2個周期（50次）組織生產(chǎn)，壽命達到3個周期的比例為10%。大廢鋼比模式之后，渣線磚平均壽命51.1次，部分鋼包渣線磚只能使用1個周期。渣線磚低于安全殘厚（60 mm）的鋼包個數(shù)逐月增加，渣線磚穿漏頻次達到每月1.5次，影響生產(chǎn)順行。

2.1.2 控制措施

（1）局部渣線磚材質(zhì)優(yōu)化：渣線磚穿漏位置主要在供氣磚上方的鋼渣界面處，對應(yīng)21～22環(huán)縫位置。為此，對該位置渣線磚材質(zhì)［3-4］進行優(yōu)化，渣線鎂碳磚選用大結(jié)晶電熔鎂砂、高純鱗片石墨，控制CaO／SiO2比例，降低B2O3含量。

（2）鋼包精細(xì)化管理：鋼包加熱比例增加，加熱時間延長是渣線磚穿漏的重要原因。為此，對鋼包加熱時間進行折算，鋼包每加熱36 min，渣線磚使用記錄額外增加1次；鋼包渣線磚累計55次時，已達到渣線磚壽命末期，殘厚偏薄，該鋼包后續(xù)只能用于氬站或真空處理鋼種，避免進入鋼包工序，降低鋼包加熱對渣線磚壽命的影響。

（3）渣線磚殘厚確認(rèn)：鋼渣界面處侵蝕最快，殘厚大于130 mm時可以繼續(xù)使用，殘厚小于130 mm時渣線磚整環(huán)拆除；鋼渣界面下方渣線磚侵蝕稍慢，根據(jù)殘厚是否大于130 mm決定拆除范圍（13～20環(huán)）。采取措施后，杜絕了渣線磚穿漏事件，滿足兩個周期（50次）使用要求。

2.2 工藝變化對包壁磚影響

2.2.1 殘厚變薄

三煉鋼鋼包壁磚1～12環(huán)由剛玉質(zhì)預(yù)制塊磚濕砌而成，包齡220次。大廢鋼比模式之后，壁磚殘厚逐月降低，平均由74 mm降低到68 mm。部分鋼包壁磚殘厚低于50 mm的安全值，且不同部位侵蝕速率不一致；如：9＃鋼包包齡147爐，南邊倒渣面1／4周長區(qū)域壁磚殘厚45 mm，侵蝕速率每爐1.1 mm；北邊殘厚83 mm，侵蝕速率每爐0.8 mm；二者均高于每爐0.5 mm的正常值。

2.2.2 控制措施

（1）倒渣面壁磚局部加厚：澆鑄后余渣傾翻過程中，倒渣面壁磚與鋼渣發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)［5］，導(dǎo)致壁磚侵蝕速度加快。因此，將倒渣面周長3.5 m范圍的1～12環(huán)壁磚厚度由170 mm增加到200 mm。

（2）轉(zhuǎn)爐出鋼時鋼包位置精準(zhǔn)控制：鋼包與轉(zhuǎn)爐出鋼口位置不對應(yīng)，出鋼鋼流沖刷壁磚，導(dǎo)致局部異常侵蝕。因此，出鋼過程中鋼包車動態(tài)調(diào)整，確保鋼流在鋼包沖擊板正上方。

（3）壁磚定期維護：針對鋼包倒渣面異常侵蝕，采取打圍、貼補、修補、全抹工藝進行維護。包齡50次后，每次下線對南邊包壁進行修補，同時檢查其他部位壁磚，對凹陷部位進行修補；包齡75次后，包壁南側(cè)進行貼補，貼補范圍為南側(cè)倒渣面至東南面；包齡75、125、200次時南3環(huán)打圍修補；包齡100、175次時，包壁全面修補。采取上述措施后，倒渣面壁磚大面積挖補得到控制，包齡平均220爐，壁磚殘厚75 mm，滿足50 mm的安全殘厚使用要求。

2.3 工藝變化對供氣磚的影響

2.3.1 供氣磚壽命降低

三煉鋼鋼包底部有兩塊供氣磚，安裝位置在半徑的1／2處，沿直徑方向?qū)ΨQ分布，供氣磚連線與耳軸連線夾角45°。供氣磚結(jié)構(gòu)有芯板復(fù)合式、彌散式及狹縫式，不同結(jié)構(gòu)供氣磚均滿足使用要求。大廢鋼比模式后，供氣磚壽命由24.1次降低到22.2次，殘厚由213.6 mm降低到182.7 mm。

2.3.2 控制措施

（1）供氣磚材質(zhì)優(yōu)化：針對芯板式及狹縫式供氣磚，通過制定高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求及定期抽檢，對板狀剛玉等主要原料的質(zhì)量進行優(yōu)化，提高原料質(zhì)量，優(yōu)化基質(zhì)組成，控制水泥加入量，提高供氣磚抗侵蝕性和抗氧氣清吹能力，使供氣磚具有更好的熱體積穩(wěn)定性和良好的抗熱震性。因彌散式供氣磚不耐清吹引起了燒損［6-7］，為此，增加了彌散塊的體積密度和質(zhì)量，單塊質(zhì)量提高5%，相應(yīng)的彌散塊顯氣孔率降低，減少了使用過程中的滲鋼問題。

（2）供氣磚狹縫寬度優(yōu)化：300 t鋼包供氣磚狹縫寬度＞0.2 mm時，鋼水滲透深度達15～20 mm，狹縫堵塞造成底吹失敗，表面難清理；當(dāng)狹縫寬度＜0.1 mm時，底吹氣量小，達不到二次精煉目的［8-10］。根據(jù)現(xiàn)場運行參數(shù)計算，改變供氣磚結(jié)構(gòu)，狹縫寬度由0.2 mm優(yōu)化到0.17 mm，供氣磚狹縫滲鋼問題得到控制。

（3）供氣磚維護工藝優(yōu)化：供氣磚使用前10次時采用選擇性清燒：當(dāng)爐精煉工序為氬站或鋼包時，供氣磚表面不清燒；當(dāng)爐精煉工序為真空時則清燒。增加氮氣清吹工序，鋼包上熱修臺架后馬上接氮氣軟管，將狹縫內(nèi)鋼渣吹出，并觀察氮氣流量。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，當(dāng)?shù)獨饬髁繛?0～60 m3·h-1時，判定透氣磚滿足使用要求；不在流量范圍內(nèi)，則接天然氣觀察火焰實際情況；氮氣流量低于20 m3·h-1，判定供氣磚存在堵塞現(xiàn)象；氮氣流量高于60 m3·h-1，判定供氣磚存在串氣或管道漏氣的可能。

制定相應(yīng)的對策和實施相應(yīng)的措施后，鋼包供氣磚底吹成功率由95%提高到97.5%，供氣磚使用次數(shù)由22.4爐提高到24.3爐，

3 結(jié)論

（1）通過鐵水直兌、廢鋼烘烤、多方式加廢鋼等工藝變化來增加廢鋼加入量，使鐵鋼比由0.99降低到0.85，鋼包加熱比例由35%提高到55%。

（2）通過渣線磚材質(zhì)優(yōu)化、鋼包周轉(zhuǎn)精細(xì)化管理、殘厚確認(rèn)等控制措施，杜絕渣線磚穿漏事件，渣線磚平均壽命提高到54.1次，滿足兩個周期的使用要求。

（3）通過壁磚局部加厚、出鋼時鋼包位置精準(zhǔn)控制、壁磚定期維護，倒渣面大面積挖補現(xiàn)象得到控制，包齡穩(wěn)定220爐，壁磚平均殘厚75 mm，滿足安全殘厚要求。

（4）通過狹縫寬度、維護方式優(yōu)化，供氣磚壽命由22.4爐提高到24.3爐。