轉(zhuǎn)爐“爐底快補(bǔ)”應(yīng)用實(shí)踐

羅源奎¹  呂凱輝²

（福建泉州安溪三安鋼鐵有限公司煉鋼廠，福建，泉州 362411）

（福建泉州安溪三安鋼鐵有限公司生產(chǎn)能源管理部，福建，泉州 362411）

摘要：福建三安鋼鐵有限公司煉鋼廠鋼水中w（O）較高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐爐底侵蝕嚴(yán)重，爐底維護(hù)次數(shù)多、時(shí)間長(zhǎng)、耐材費(fèi)用高、轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率低。在爐底維護(hù)上采用快補(bǔ)操作，每次爐底維護(hù)時(shí)間從原來(lái)的120 min縮短至目前的7min，有效提高了鋼水連澆性，杜絕了連鑄停澆現(xiàn)象，在相同技術(shù)冶煉條件下，爐底的耐材消耗得到大幅度降低，噸鋼耐材消耗從0.51kg降到0.24kg。

關(guān)鍵詞：爐底侵蝕；爐底快補(bǔ)；氧含量；耐材消耗

The "bottom fill" Application

Luo yuankui¹，Lv Kaihui²

(Fujian Quanzhou steel plant, Anxi iron and Steel Co., Ltd. Fujian three, Quanzhou 362411)

(Department of energy production management of Fujian Quanzhou Anxi three iron & Steel Co., Fujian, Quanzhou 362411)

Abstract: in molten steel w steelmaking plant of Fujian Sanan Iron & Steel Co. Ltd (O) is high, resulting in serious erosion of converter bottom, bottom maintenance times, long time, refractory high cost, low operation efficiency of converter. The operation in the bottom maintenance by fast repair, each bottom maintenance time from the original 120 min reduced to the current 7min, effectively improve the molten steel continuous casting, continuous casting stop to eliminate the phenomenon, in the condition of the same smelting technology, the furnace refractory consumption has been greatly reduced, refractory consumption per ton decreased from 0.51kg to 0.24kg.

Keywords: hearth erosion; bottom fill; oxygen content; refractory consumption

轉(zhuǎn)爐爐底是轉(zhuǎn)爐爐體主要組成部分，它在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中始終處于高溫、負(fù)重狀態(tài)，三安煉鋼廠使用為氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,是可拆卸爐底的轉(zhuǎn)爐，爐帽與爐身的外殼是一個(gè)整體，爐底與爐身用螺栓固定，爐底維護(hù)的好壞直接影響到鋼水質(zhì)量、冶煉成本及人身、設(shè)備安全。

三安煉鋼廠年產(chǎn)粗鋼260 萬(wàn)t，主要設(shè)備有3座50 t轉(zhuǎn)爐、R7m弧160 mm×160 mm 四機(jī)四流連鑄機(jī)3臺(tái)。由于三安煉鋼廠所煉的鋼水74%都屬于低碳、低磷、氧化性強(qiáng)的鋼種，要求終點(diǎn)ω（C）≤0.06%，ω（P）≤0.03%，出鋼溫度1640～1660℃，造成鋼水中ω（O）較高，達(dá)到（600～950）×10^-6，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐爐底侵蝕情況嚴(yán)重，2015年5月份煉鋼滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐爐底維護(hù)時(shí)間高達(dá)3467min，爐底維護(hù)耐材消耗為0.51kg/t鋼，生產(chǎn)組織不理想轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率為 90.17%。

1 存在的問(wèn)題

鐵水產(chǎn)量受高爐爐料質(zhì)量、爐內(nèi)順行、產(chǎn)量計(jì)劃及市場(chǎng)情況影響波動(dòng)較大（見(jiàn)表1）。當(dāng)高爐鐵水量偏高時(shí)，煉鋼廠只有提高生產(chǎn)節(jié)奏、減少護(hù)爐時(shí)間，才能達(dá)到鐵水進(jìn)出平衡，有更多時(shí)間來(lái)落實(shí)設(shè)備檢修、維護(hù)，進(jìn)而提高各設(shè)備點(diǎn)、巡、檢力度，加大隱患排查能力，減少設(shè)備故障，確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 生產(chǎn)節(jié)奏測(cè)算

Table 1  Calculation of production rhythm

2 影響轉(zhuǎn)爐爐底的因素分析

2.1 終渣氧化性

   終渣氧化性與鋼水氧含量呈線型關(guān)系，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳越低，爐渣氧化性（FeO+MnO）越強(qiáng)，鋼水氧含量增加，特別是當(dāng)[C]≤0.05%后，碳氧關(guān)系如圖1所示（溶解氧）。

圖1 出鋼碳與鋼水氧含量的關(guān)系

Fig. 1 Relationship between carbon and oxygen content in liquid steel tapping

   煉鋼廠由于鋼種原因使終點(diǎn)氧含量過(guò)高，其中ω（C）≤0.06% 的冶煉爐數(shù)占總冶煉爐數(shù)比例的74%以上，造成轉(zhuǎn)爐爐底侵蝕情況嚴(yán)重。

2.2 槍位不理想

2.2.1 吹煉槍位：

①槍位過(guò)高，氧射流的沖擊面積大，沖擊深度減小，熔池?cái)嚢铚p弱，反應(yīng)速度減慢，熔池升溫速度也緩慢，渣中TFe含量增加，吹煉時(shí)間延長(zhǎng)^[1]，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

如：石灰生燒、過(guò)燒率較大或轉(zhuǎn)爐吹煉超標(biāo)（成分P高、S高）鐵水時(shí)，一般都采取“吊槍”化渣冶煉，槍位控制不當(dāng)就會(huì)造成渣中TFe含量增加，冶煉噴濺嚴(yán)重。

②槍位過(guò)低，沖擊面積小，沖擊深度加大，渣中TFe含量減少，不利化渣，易損壞爐底^[2]。

如：轉(zhuǎn)爐冶煉合格鐵水或需加快生產(chǎn)節(jié)奏時(shí)，采用壓槍操作。此方法易造成氧槍、汽化煙罩結(jié)冷鋼嚴(yán)重。

2.2.2 濺渣槍位：

①當(dāng)槍位較低時(shí)，氮?dú)鈱?duì)渣的沖擊面積小沖擊深度大，爐渣滴能量大可濺到爐口。相反當(dāng)槍位較高時(shí)，氮?dú)鈱?duì)渣的沖擊面積大沖擊深度小，爐渣濺到爐膛位置較低，易造成爐底上漲^[3]。

②濺渣護(hù)爐氣體壓力高于規(guī)定值或?yàn)R渣時(shí)氧槍槍位過(guò)低。造成氣體壓力高，爐底在濺渣后往往容易下降嚴(yán)重。

3 防止?fàn)t底侵蝕的措施

3.1 控制好終渣成份和溫度

（1）終渣成份

煉鋼廠鋼種原因使終點(diǎn)氧含量過(guò)高，其中ω（C）≤0.06% 的冶煉爐數(shù)占總冶煉爐數(shù)比例的74%左右。煉鋼廠要求爐渣堿度控制在2.5--3.0，MgO控制在9%以上，以便濺渣護(hù)爐。

（2）降低出鋼溫度

1）提高鋼包在線使用溫度：加強(qiáng)鋼包周轉(zhuǎn)及保溫效果，出臺(tái)相關(guān)規(guī)定制度，執(zhí)行3機(jī)7包周轉(zhuǎn)，確保在線周轉(zhuǎn)鋼包溫度達(dá)到1050℃以上。

2）做好保護(hù)澆鑄：做好鋼包、鋼水、中包的全程保溫工作，做好對(duì)蓋大包蓋、加覆蓋劑、套長(zhǎng)水口、低溫應(yīng)急處理等規(guī)范操作，確保生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。

3）優(yōu)化生產(chǎn)組織：優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝操作, 保證每爐鋼水成分都在內(nèi)控范圍，減少堵流等事故；加強(qiáng)鋼水銜接, 提高爐機(jī)匹配工作, 落實(shí)高拉速工作、提高放鋼正點(diǎn)率、合理控制待澆時(shí)間、合理控制中包過(guò)熱度；強(qiáng)化生產(chǎn)組織，減少各生產(chǎn)區(qū)域的堵流、重接、回爐事故。

4）降低設(shè)備故障：推進(jìn)精細(xì)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化操作，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的巡、點(diǎn)、檢、加油潤(rùn)滑工作，大力推行計(jì)劃?rùn)z修和預(yù)防性維修，提高設(shè)備保障能力，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少生產(chǎn)異常，為均衡高效生產(chǎn)提供有力支撐。

3.2 采用合理的冶煉與濺渣槍位

（1）冶煉槍位：

   保證爐底不被損壞的條件下，要有一定的沖擊深度^[4]。經(jīng)過(guò)摸索改進(jìn)，采取了前期低氧壓、低槍位操作，中后期根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整氧壓和槍位。因此，提高操作水平，控制合適的槍位、氧壓、脫C速度、過(guò)程溫度及爐渣(FeO)含量對(duì)抑制噴濺有著重要的作用^[4]。

1）槍位調(diào)節(jié)和控制堅(jiān)持早化渣、化透渣、不返干、不噴濺、均勻升溫、準(zhǔn)確控制終點(diǎn)的基本原則^[5]。

2）動(dòng)槍操作要少、準(zhǔn)、穩(wěn)。

3）脫硅脫磷期，氧槍槍位由高到低控制在2.1 ~ 1.7 m；脫碳升溫期，槍位遵循高-低-低原則控制在2.0 ~ 1.5 m。

  合理調(diào)整槍位，可以調(diào)節(jié)熔池液面和內(nèi)部的攪拌作用。如果短時(shí)間內(nèi)高、低槍位交替操作，還有利于消除爐液面上可能出現(xiàn)的“死角”，消除渣料成坨，加快成渣。

（2）濺渣槍位：

應(yīng)用濺渣護(hù)爐技術(shù)，濺渣時(shí)間控制在3min左右（確保爐渣濺干），采取前低后高的濺渣槍位控制。落實(shí)濺渣后爐渣不具備流動(dòng)性的原理，執(zhí)行部分留渣操作使?fàn)t底上漲或不被侵蝕。

3.3 發(fā)現(xiàn)爐底侵蝕超出規(guī)定范圍（爐底≥6.20m為超出范圍）的維護(hù)方式

（1）執(zhí)行爐爐加爐底灰。

   三安煉鋼廠是先加廢鋼后進(jìn)鐵水的操作步驟，在進(jìn)廢鋼前往爐內(nèi)加爐底灰（500kg石灰），使石灰沾在爐底上，可減少爐底侵蝕。

（2）傳統(tǒng)補(bǔ)爐底。

大面料2包補(bǔ)爐底要60分鐘（效果不理想，侵蝕快），大面料2包料+1t補(bǔ)爐磚補(bǔ)爐底需要120分鐘，正常可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求（見(jiàn)表2）。

表2 大面料補(bǔ)爐底跟蹤記錄

Table 2  the bottom track mending fabric

備注：取傳統(tǒng)補(bǔ)爐底時(shí)爐渣成分波動(dòng)較大的6次數(shù)據(jù)得出，傳統(tǒng)補(bǔ)爐底耐材數(shù)量平均1t大面料+1t補(bǔ)爐磚，大面料補(bǔ)爐時(shí)間120分鐘最佳，符合大面料補(bǔ)爐渣成分要求的效果平均冶煉爐數(shù)為151爐，不符合大面料補(bǔ)爐爐渣成分要求的效果差，平均冶煉爐數(shù)為38爐。

（3）使用爐底快補(bǔ)。

煉鋼廠通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，2012年利用生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)緩解了渣面護(hù)爐與生產(chǎn)之間的矛盾。生鐵塊渣補(bǔ)法：

利用生鐵塊與爐渣的粘合性，通過(guò)加入1.8 t生鐵塊的方法使?fàn)t渣冷凝粘護(hù)爐技術(shù)的應(yīng)用，使墊補(bǔ)的部位在搖爐過(guò)程中多次掛渣，并利用生鐵塊抵擋加料過(guò)程中生鐵廢鋼及鐵水的沖擊，從而達(dá)到護(hù)爐的目的。使煉鋼耐材消耗下降0.35kg/t鋼，從而解決了護(hù)爐與生產(chǎn)之間的矛盾^[7]。2016年為穩(wěn)定爐前生產(chǎn)節(jié)奏，在原有的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，摸索出適合轉(zhuǎn)爐爐底快補(bǔ)的新技術(shù)。

4 爐底快補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用

4.1 爐底快補(bǔ)原理

   爐底快補(bǔ)的是利用高溫爐渣與貼補(bǔ)磚快速燒結(jié)，黏結(jié)在爐襯上，達(dá)到修補(bǔ)爐底的目的。出完鋼后的爐渣中具有高溫、高堿度、高氧化性等特點(diǎn)，而貼補(bǔ)磚主要由以下成分組成。特點(diǎn)：抗氧化性強(qiáng)，導(dǎo)熱性好等（見(jiàn)表3）。

表3 貼補(bǔ)磚成分

貼補(bǔ)磚成分表2

Table3 composition of supplement brick

4.2 高溫快補(bǔ)的試驗(yàn)跟蹤分析

   煉鋼廠根據(jù)爐渣的堿度、FeO、MgO等含量關(guān)系，通過(guò)大量的試驗(yàn)（見(jiàn)表4），摸索出適合轉(zhuǎn)爐爐底快補(bǔ)的新技術(shù)，并得出爐渣、耐火度FeO與MgO含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表4 高溫快補(bǔ)跟蹤記錄  

Table 4 fast track record of high temperature

備注：取快補(bǔ)爐底時(shí)爐渣成分波動(dòng)較大的8次數(shù)據(jù)得出，快補(bǔ)耐材數(shù)量平均1噸補(bǔ)爐磚，快補(bǔ)時(shí)間6-7分鐘最佳，符合快補(bǔ)爐渣成分要求的效果平均冶煉爐數(shù)為181爐， 不符合快補(bǔ)爐渣成分要求的效果差，平均冶煉爐數(shù)為為39爐。

多次試驗(yàn)表明：

堿度過(guò)高，爐渣流動(dòng)性下降，快補(bǔ)（傳統(tǒng)）效果都會(huì)受到影響。試驗(yàn)研究得出：在確保去磷、硫效果，堿度基本控制在2.5～3.0較理想。在堿度2.5～3.0時(shí)，爐渣相組合MgO、C₂S、C₃S，均是高熔點(diǎn)化合物，其共晶熔化溫度為1790℃。三安正常出鋼溫度在1640～1660℃左右，可以滿(mǎn)足快速補(bǔ)爐的要求。FeO低，爐渣流動(dòng)性差，不利于濺渣護(hù)爐；FeO高，爐渣熔點(diǎn)較低，快補(bǔ)后耐侵蝕性能差，控制終渣中FeO含量顯得尤為重要^[7-11]。

當(dāng)MgO含量較高時(shí)，MgO與FeO可形成連續(xù)的固熔體，MgO含量低時(shí)，氧化鐵就會(huì)與氧化鈣生成低熔點(diǎn)鐵酸鈣^[8]。實(shí)踐證明，要使濺渣層有足夠的耐火度，FeO和MgO對(duì)應(yīng)（見(jiàn)表5）。

表5 爐渣保證耐火度FeO與MgO含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

Table 5  the corresponding relationship between FeO and MgO content in slag

為保證快補(bǔ)的抗耐侵蝕能力，在一定R和ω( FeO )的條件下，當(dāng)ω(MgO) >8.0%時(shí)，增加了終渣中Mg O含量，可以提高終渣的熔點(diǎn)，但MgO過(guò)高會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)提高，影響轉(zhuǎn)爐化渣和脫磷效率。煉鋼廠終渣FeO含量平均為18%，所以對(duì)應(yīng)的MgO含量應(yīng)該在9%~10%^[5-11]。針對(duì)我廠平均MgO含量只有8.5%左右的情況，快速補(bǔ)爐的爐次增加鎂球的使用量，保證爐渣的耐火度。

4.3 操作步驟

爐底快補(bǔ)爐次提前通知操作工，要適當(dāng)控制好堿度和渣中MgO的含量，以提高補(bǔ)爐效果。要求爐渣堿度控制在2.5--3.0，MgO控制在9%以上。

補(bǔ)爐磚要求干燥、干凈、塊度適當(dāng)，避免外來(lái)雜物影響補(bǔ)爐效果。

快補(bǔ)爐次要保證鋼水出完，爐渣要避免流動(dòng)性差和高氧化性，確保補(bǔ)爐效果。

快補(bǔ)磚用量控制在1t左右，塊度為50-100MM，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的補(bǔ)爐磚現(xiàn)有規(guī)格磚破碎成均勻小塊代替加入。

進(jìn)完補(bǔ)爐磚后應(yīng)將爐子搖正（垂直0°角）等待7 min左右，下槍濺渣，進(jìn)行正常操作。

快補(bǔ)后的前3爐要操作正常，避免爐渣過(guò)氧化現(xiàn)象，出鋼后做好濺渣護(hù)爐工作。

爐底快補(bǔ)爐次，安全防范上與傳統(tǒng)補(bǔ)爐底制度一致。

6 結(jié)語(yǔ)

1）生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用補(bǔ)爐磚在高溫下進(jìn)行快補(bǔ)技術(shù)對(duì)煉鋼廠效益顯著，每次爐底維護(hù)時(shí)間可從原來(lái)的120min降到目前的7min，提高了鋼水的連澆性，杜絕了連鑄停澆現(xiàn)象。

2）煉鋼滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)下使用爐底快補(bǔ)技術(shù)，轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率可提高到93.00%，同比增加2.83%。

3）在相同技術(shù)冶煉條件下，爐底的耐材消耗得到大幅度降低，從0.51kg/t鋼降到0.24kg/t鋼。

4）此方法也適用于爐底與渣面（鋼面）的接縫處，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)及護(hù)爐要求，可提高設(shè)備檢修維護(hù)率，有效提高了企業(yè)的產(chǎn)能釋放。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉瀏,余志祥,蕭忠敏，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展與展望[J];中國(guó)冶金;2001年01期17-23頁(yè)

[2] 劉云彩，MgO對(duì)爐渣黏度的影響[J];中國(guó)冶金;2016年01期2-5頁(yè)

[3] 羅源奎，呂凱輝 ，Q195鋼過(guò)氧化的危害及原因分析[J];中國(guó)冶金;2016年 01期 53-58頁(yè)

[4] 李占軍，劉功國(guó)，秦潔，齊建玲釩鈦礦轉(zhuǎn)底爐直接還原爐底上漲成因及對(duì)策[J]; 中國(guó)冶金;2015年 07期 37-39頁(yè)

[5] 丁長(zhǎng)江，周俐，提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳效果的探討[J];中國(guó)冶金;2015年 03期 30-32頁(yè)

[6] 劉威，李京社，楊宏博，唐海燕，楊樹(shù)峰供氧壓力對(duì)頂吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)流場(chǎng)影響數(shù)值模擬[J];中國(guó)冶金;2014年 12期 19-22頁(yè)

[7] 雷浩洪，轉(zhuǎn)爐“生鐵渣補(bǔ)”生產(chǎn)實(shí)踐[J];河北冶金;2013年第12期 75-78頁(yè)

[8] 郭上型,郭湛;鐵水預(yù)處理溫度下轉(zhuǎn)爐渣劑的熔化特性[J];鋼鐵研究;2004年03期第3期 1-3頁(yè)　

[9] 趙俊學(xué)，李小明等;轉(zhuǎn)爐渣中氧化磷對(duì)鐵水脫磷影響的研究[J];中國(guó)冶金;2008年10期 8-11頁(yè)

[10] 陸祖廉，從攀鋼、酒鋼看轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)技術(shù)和管理工作[J];鋼鐵;1989年05期68-71頁(yè)

[11] 酈秀萍、蔡九菊、殷瑞鈺、王鼎等，轉(zhuǎn)爐煉鋼工序最小能耗的研究[J];鋼鐵;2003年05期50-52頁(yè)