案例｜150t转炉炉衬工作层的损坏及维护措施
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。
安钢第二炼轧厂150t转炉自2005年投产以来。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，使转炉维护成本大幅降低，取得了较大的经济效益。
1
转炉炉衬组成以及砌筑方法
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。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;缝与间隙要用不定性耐火材料填实、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。
1.3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。炉衬的装料侧、出钢侧所受钢(铁)水的热冲击和冲刷较大导致受损严重;两侧耳轴部位除受吹炼过程侵蚀外，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。
表1 MT18、MT18B镁碳砖的理化指标
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1mm～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0.2mm~2mm，也称变质层;与变质层相邻的是原砖层。镁碳砖工作层的碳首先受到氧化性熔渣TFe等氧化物、供入的O2、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。
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固溶体等矿物性。
3
转炉炉衬损坏因素分析
炉衬承受着高温和机械冲蚀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。
3.2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。
3.3高温作用
转炉炉衬需承受1600℃以上甚至1700℃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。
3.4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1250℃一1400℃的铁水逐渐升高至1650℃乃至1700℃，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。
综上所述，这些因素的单独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优化转炉冶炼工艺
①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块度尺寸并且执行正确的加入顺序。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。
②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，利用副枪测量技术和转炉二级控制系统，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，减轻了对炉衬砖的化学侵蚀，保障了终渣黏度，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1700℃以上高温钢的出现，减少对炉衬的侵蚀。
③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、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。采用铁皮球、铁矿石以及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，避免带人大量TFeO而影响炉渣黏度。
4.2强化溅渣护炉技术的应用
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为好，MgO般控制在9%～10%为好，TFe含量控制在12%～20%比较合适。转炉出钢后还可决定加入适量改渣剂进行调渣。
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。
③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。安钢150t转炉溅渣操作氮气流量控制在39000Nm3/h一44000Nm3/h，并根据起渣情况进行适当调整。
④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800mm一2500mm，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，在生产中我们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。
⑤溅渣时间
溅渣操作时间根据具体生产节奏以及终渣状况和氮气情况合理控制，如生产节奏允许可适当延长溅渣时间，确保溅渣效果。安钢第二炼轧厂一般将溅渣时间控制3min，溅渣作用工艺参数见表2。
表2 溅渣操作工艺参数
4.3加强日常炉体维护
转炉装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，采用补炉的方式对转炉两侧大面进行及时修补。在生产中，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，安钢150t转炉补炉料用量一般为1t～3t。将转炉倾动到适当角度，使补炉料充分展开，摊平烧结60min。
5
结论
1)随着炉衬维护技术的提高，转炉开始补炉炉龄由3000炉推迟到5000炉以后，大幅降低了维护成本。
2)炉衬维护频率降低，提高了转炉生产率，平均每天减少补炉时间约1h，增加了炼钢的有效时间，全年可多炼钢10万吨。
3)炉形明显好转，炉渣成分更适合于炼钢终点溅渣操作，减缓了炉衬工作层的侵蚀，各种事故减少，生产相当顺行。
来源：安阳钢铁股份有限公司