120 t雙水口LF精煉鋼包生產(chǎn)實(shí)踐

李明軍

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 271104）

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠目前擁有兩條10機(jī)10 流小方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線，采用雙中間包澆注模式。為了滿足爐機(jī)匹配的生產(chǎn)要求，選用雙水口雙透氣磚鋼包設(shè)計(jì)。投產(chǎn)初期受生產(chǎn)組織、轉(zhuǎn)爐操作、精煉工藝等影響，連鑄工序澆注溫度高，導(dǎo)致精煉出站溫度高，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制差，終點(diǎn)碳低、鋼水過(guò)氧化爐次多，鋼包內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重；加之由于設(shè)備故障原因，連鑄工序異常停機(jī)，導(dǎo)致鋼水長(zhǎng)時(shí)間停留在鋼包內(nèi)，嚴(yán)重降低鋼包使用壽命。

由于鋼包內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重，渣線部位掉磚現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，鋼包包殼發(fā)紅，穿包隱患極大，已影響鋼包的安全使用，制約生產(chǎn)穩(wěn)定順行。如何在全LF 精煉條件下提升鋼包安全運(yùn)行系數(shù)，對(duì)雙水口全精煉鋼包壽命提升進(jìn)行了研究。

2 影響鋼包壽命的因素

鋼包其初始作用是承接轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉完的鋼水，把鋼水運(yùn)送到精煉工序進(jìn)行處理或連鑄工序進(jìn)行澆注。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼包作為鋼水二次冶煉反應(yīng)的容器，又增加了如下功能：加熱、真空脫氣（脫氫、脫氧）和去除夾雜；合金化、均勻成分和溫度；造渣（脫硫）等功能。隨著爐外精煉技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)鋼包內(nèi)襯的材質(zhì)、壽命要求也越來(lái)越苛刻。

目前分公司煉鋼廠鋼包內(nèi)襯設(shè)計(jì)為復(fù)合砌筑鋼包，渣線部位使用鎂碳磚砌筑，因?yàn)殒V碳磚在耐火度、抗侵蝕性和抗熱震性等性能要求方面表現(xiàn)穩(wěn)定良好。通過(guò)對(duì)下線包況進(jìn)行觀察，鋼包渣線部位、包底沖擊區(qū)出現(xiàn)明顯侵蝕，且渣線部位侵蝕最為嚴(yán)重，對(duì)鋼包壽命的影響最大。

2.1 渣線鎂碳磚的侵蝕分析

對(duì)于渣線鎂碳磚的損毀機(jī)理已有眾多學(xué)者進(jìn)行了深入研究，得出鎂碳磚的侵蝕過(guò)程為：氧化→脫碳→疏松→侵蝕→沖刷→脫落→損毀［1］。鋼包在精煉過(guò)程中，渣線鎂碳磚所含碳與熔渣中的氧化鐵以及氧化鎂于高溫下發(fā)生反應(yīng)，在鎂碳磚表面形成脫碳層。由于碳的氧化脫除，鎂碳磚內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，使磚體組織疏松脆化，在鋼液的沖刷下侵蝕加劇。同時(shí)，由于磚體結(jié)構(gòu)疏松，爐渣通過(guò)脫碳層向內(nèi)部滲透，與鎂砂顆粒發(fā)生反應(yīng)［2］，使鎂碳磚不斷由里向外氧化分解，并且伴隨著結(jié)構(gòu)剝落，然后被鋼渣沖刷掉，逐漸侵蝕使磚層厚度變薄。

2.2 包底的侵蝕分析

由于鋼水溫度高，精煉通電功率大，過(guò)程攪拌強(qiáng)烈，對(duì)鋼包內(nèi)襯耐火材料的沖刷更為嚴(yán)重。特別是包底工作層與高溫鋼水接觸時(shí)間最長(zhǎng)，承受的鋼水靜壓力最大，工作環(huán)境更惡劣。包底使用澆注料打結(jié)而成，隨著包齡的提升，包底沖擊區(qū)部位因鋼水沖刷侵蝕出現(xiàn)凹坑，存在較大安全隱患，同時(shí)影響鋼水的澆注利用率。

2.3 爐渣堿度

在精煉過(guò)程中，當(dāng)加入的石灰量較少時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t渣堿度較低，呈弱酸性。而鎂碳磚為堿性耐火材料，兩者在高溫條件下易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成鎂碳磚的分解。堿度降低，爐渣變稀，在底吹攪拌過(guò)程中加劇鋼包渣線部位的沖刷侵蝕。

爐渣中的CaO、SiO2通過(guò)脫碳層進(jìn)入至方鎂石晶粒周?chē)?，與MgO 發(fā)生反應(yīng)，生成CMS、C2MS3等低熔點(diǎn)化合物，在這些低熔點(diǎn)化合物的作用下，方鎂石晶粒進(jìn)入渣中，造成鎂碳磚磚體結(jié)構(gòu)疏松而逐步發(fā)生熔損［3］。

2.4 精煉過(guò)程控制

由于生產(chǎn)節(jié)奏影響，大部分爐次精煉周期過(guò)短，化渣不良；加之對(duì)超高功率電極的使用缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一味追求大電壓高功率快速提溫，埋弧效果差，弧流直接作用于鎂碳磚，造成鋼包渣線部位侵蝕明顯，渣線掉磚時(shí)有發(fā)生。對(duì)前期下線鋼包包況觀察，包壁渣線鎂碳磚上孔洞較多，經(jīng)分析是由于精煉通電過(guò)程中爐渣埋不住弧或埋弧效果差，電弧光熱輻射所致。

3 關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用

3.1 鋼包內(nèi)襯復(fù)合砌筑技術(shù)

依據(jù)鋼包不同區(qū)域侵蝕情況，合理設(shè)計(jì)鋼包內(nèi)襯復(fù)合砌筑結(jié)構(gòu)：針對(duì)渣線侵蝕較嚴(yán)重的部位，更換以電熔鎂砂和大結(jié)晶鎂砂為主原料的渣線鎂碳磚；針對(duì)包底沖擊區(qū)沖刷侵蝕出坑的情況，在沖擊區(qū)部位增設(shè)“迎鋼臺(tái)”；針對(duì)包口料不耐沖刷侵蝕的情況，使用剛玉料封包沿（見(jiàn)圖1）。

圖1 雙水口鋼包內(nèi)襯復(fù)合設(shè)計(jì)情況

針對(duì)侵蝕最嚴(yán)重的渣線部位選用了兩種砌筑方法：

①永久層渣線部位高鋁質(zhì)澆注料換用剛玉質(zhì)澆注料，由于剛玉更耐侵蝕的特性，即使渣線鎂碳磚被侵蝕掉，當(dāng)爐也不會(huì)造成穿包危險(xiǎn)。②渣線部位使用雙渣線磚進(jìn)行復(fù)合砌筑，當(dāng)工作層鎂碳磚侵蝕掉落后，還有安全層鎂碳磚，利于驗(yàn)包人員及時(shí)作出研判。

3.2 精煉噴粉調(diào)渣技術(shù)

通過(guò)噴吹白云石粉和焦末，改善精煉冶煉過(guò)程爐渣成分和氧化性，減少精煉過(guò)程爐渣對(duì)鋼包內(nèi)襯侵蝕。

在精煉爐蓋增上環(huán)形噴粉裝置（見(jiàn)圖2），噴粉裝置為環(huán)形中空鋼管，安裝在精煉爐蓋下方，距爐蓋外側(cè)300 mm，與鋼包相對(duì)面有若干間距直徑為15 mm的噴吹孔，噴吹孔中心線與垂直線角度為偏向爐蓋中心15°，此角度在噴吹時(shí)可有效將噴粉噴至電極外側(cè)爐渣表面50～100 mm 處，使噴粉與爐渣快速融合，改善爐渣成分和氧化性。

圖2 環(huán)形噴粉裝置

待轉(zhuǎn)爐出鋼完畢鋼包進(jìn)站后，根據(jù)爐轉(zhuǎn)爐終渣指標(biāo)、渣量選擇精煉過(guò)程白云石粉面噴吹模型，噴吹模型主要根據(jù)轉(zhuǎn)爐終渣指標(biāo)情況和出鋼后鋼包內(nèi)爐渣量，確定白云石粉面和焦末噴吹數(shù)量，噴吹后可使鋼包內(nèi)爐渣成分和氧化性等指標(biāo)（爐渣中MgO和FeO）在保證精煉效果同時(shí)減緩對(duì)鋼包內(nèi)襯的侵蝕。

3.3 電極濺渣補(bǔ)包技術(shù)

借用轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)原理，通過(guò)電極弧流作用，將MgO含量達(dá)到飽和或過(guò)飽和的終點(diǎn)渣濺到包壁上，通過(guò)后續(xù)鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中爐渣冷卻、凝固，在鋼包內(nèi)襯表面上形成一層高熔點(diǎn)的熔渣層，并與包壁內(nèi)襯很好地黏結(jié)附著。濺起爐渣層耐蝕性較好，同時(shí)可抑制渣線磚表面的氧化脫碳，又能減輕高溫渣對(duì)渣線磚的侵蝕沖刷，從而保護(hù)鋼包內(nèi)襯，提高鋼包使用壽命。

參考CaO、Al2O3、SiO2三元渣系相圖并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爐渣實(shí)際化驗(yàn)結(jié)果，要求爐渣中氧化鎂含量需達(dá)到8%以上，爐渣具備一定的流動(dòng)性和黏稠度。爐渣稀薄濺不起來(lái)，爐渣過(guò)于黏稠無(wú)法很好地粘結(jié)附著。在鋼水溫度、成分滿足要求準(zhǔn)備進(jìn)行軟吹后出站的情況下，調(diào)整底吹氣源流量保持液面平穩(wěn)，選用低電壓、高弧流進(jìn)行短弧操作，將爐渣濺到鋼包內(nèi)襯上，在鋼包內(nèi)襯形成一定厚度的渣層，延長(zhǎng)鋼包內(nèi)襯壽命。

4 應(yīng)用效果

（1）雙水口全精煉鋼包壽命大幅提升。一次包齡由35.9次提高到53.7次，渣線磚殘厚滿足安全使用要求，鋼包安全運(yùn)行系數(shù)顯著提升。

（2）烘烤煤氣消耗明顯降低。鋼包壽命提升后，鋼包頻繁上下線的頻次大幅減少，項(xiàng)目實(shí)施前烘包煤氣消耗量在25 m3/t，目前在15 m3/t左右。

（3）大包注余量明顯減少。由于對(duì)鋼包內(nèi)襯砌筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，水口側(cè)包底低于透氣磚側(cè)，利于鋼水流淌，減少包底出坑存鋼情況。項(xiàng)目實(shí)施前大包注余量基本在350 kg/爐左右，目前控制在220 kg/爐左右。

（4）轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有效降低。鋼包壽命提升，減少了異常鋼包投入，紅包周轉(zhuǎn)率提高，過(guò)程溫降降低。