潘 軍 趙 濱 張文英 劉 威
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業(yè)部）
摘 要 為控制轉(zhuǎn)爐合理爐型和提高出鋼面爐襯使用壽命，分別研究了終渣堿度、渣中 w（MgO）以及渣中w（FeO）對終渣熔點的影響。 通過對固渣護爐爐次終渣成分的調(diào)整和固渣護爐過程操作的優(yōu)化，有效提高固渣護爐后轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯的使用壽命，降低護爐耐材成本。 實踐表明：轉(zhuǎn)爐終點 w（C）控制在0.08％～0.12％ ，終渣堿度控制在3.0～3.5，渣中 w（MgO）控制在6％～8％ ，渣中 w（FeO）控制在10％～15％ ，轉(zhuǎn)爐固渣護爐爐次出鋼面爐襯耐侵蝕性達到最佳，轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯每月維護頻次均值由28次下降至16次，噸鋼耐材用量降低20.27％ ，綜合效益顯著。
關(guān)鍵詞:頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐；爐渣熔點；出鋼面爐襯；爐渣成分；維護操作
0 前言
控制轉(zhuǎn)爐合理爐型應(yīng)從出鋼面爐襯維護開始，如果出鋼面爐襯維護不當(dāng)，將會導(dǎo)致濺渣時間長、氧槍易粘鋼和鐵損加劇等問題［1，2］。 近幾年來，國內(nèi)部分鋼企開展了轉(zhuǎn)爐終渣固渣護爐工業(yè)基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFB3401003） 應(yīng)用實踐。 例如，宣鋼煉鋼廠通過控制爐渣成分， 濺渣后將適量爐渣平鋪至前大面冷卻，達到護爐 的目的［3］；酒鋼通過調(diào)整轉(zhuǎn)爐終渣成分以及優(yōu)化 固渣護爐過程操作，提高了轉(zhuǎn)爐爐襯的耐侵蝕性， 轉(zhuǎn)爐的護爐耐材用量可以降低30％ ，轉(zhuǎn)爐的爐齡提高4000爐［4］。
馬鋼65t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐低碳低磷鋼種冶煉比例達到40％ ，因其終渣氧化性強，出鋼面爐襯磚熔損速度最高可達0.08 mm／ 爐。 雖然傳統(tǒng)補爐砂維護出鋼面爐襯手段在一定程度上緩解了爐襯磚侵蝕速率，但依然存在維護頻次高、補爐耐材用量大和維護效果不穩(wěn)定的問題。 為控制轉(zhuǎn)爐合理爐型和提高出鋼面爐襯使用壽命，馬鋼利用轉(zhuǎn)爐停爐檢修間隙，采取固渣護爐技術(shù)維護出鋼面爐襯，有效降低了出鋼面爐襯維護頻次和補爐耐材用量。
1 轉(zhuǎn)爐終渣固渣護爐原理
轉(zhuǎn)爐固渣護爐技術(shù)，就是在冷卻過程中利用爐渣中的2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等高熔點物質(zhì)相互擴散、同類礦物質(zhì)重新結(jié)晶的工藝原理［5，6］，通過控制搖爐角度將MgO 飽和甚至過飽和的爐渣平鋪至出鋼面爐襯需要維護部位，靜置冷卻，使爐渣與出鋼面爐襯凝結(jié)成一個整體附著在表面，起到保護出鋼面爐襯的作用。
2 工況條件
馬鋼長材一區(qū)主要裝備包括2 座 70t 鐵水倒罐站、2座70t單噴石灰粉脫硫站、4座65t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、4座吹氬合金微調(diào)站、2座70t LF鋼包精煉爐、2臺六機六流全弧形（150 ×150）mm斷 面方坯連鑄機和2臺異形坯連鑄機。 冶煉鋼種以 普通碳素鋼、螺紋鋼以及低合金結(jié)構(gòu)用鋼為主。
頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)、氧槍噴頭主要參數(shù)以及 主要造渣輔料技術(shù)指標分別見表1、表2和表3。
3 試驗結(jié)果及討論
針對合理爐型控制和固渣護爐后出鋼面爐襯的使用壽命問題，分別分析和研究了爐渣堿度、渣 中 w（MgO）以及 w（FeO）等爐渣物性參數(shù)對轉(zhuǎn)爐終渣熔點的影響，并在此基礎(chǔ)上分析了留渣量、出鋼面爐襯侵蝕程度與冷卻時間的關(guān)系，以期得出最佳控制工藝參數(shù)。
3.1 爐渣物性參數(shù)
3.1.1 爐渣堿度控制
爐渣堿度直接影響渣中高熔點物質(zhì)的析出量。 由MgO－CaO－SiO2 三元相圖可得知［7］，爐渣的堿度不同，相組合以及熔化溫度也不相同。
爐渣堿度與爐渣熔點的對應(yīng)關(guān)系如圖 １ 所示。
由圖1可知，隨著爐渣堿度增加，爐渣熔點逐漸升高。 爐渣堿度過高，轉(zhuǎn)爐吹煉過程化渣困難， 為促進化渣并防止回磷，必然增加渣中 w（FeO），低熔點CaFe2O4 物相增多，又會降低爐渣的熔點［8］。 因此，轉(zhuǎn)爐固渣護爐爐次的爐渣堿度應(yīng)控 制在3.0～3.5為宜。
3.1.2 爐渣 w（MgO）控制
適當(dāng)提高渣中 w（MgO）可減少低熔點物質(zhì)形成數(shù)量，提高爐渣熔點［9］。 當(dāng)爐渣堿度為3.0 ～3.5、w（FeO）為10％ ～15％ 時，爐渣中 w（MgO）與 爐渣熔點的關(guān)系曲線如圖 ２ 所示。
由圖 ２ 可知，當(dāng)爐渣 w（MgO）≤６％ 時，隨著爐渣w（MgO）增加，爐渣熔點逐漸降低；當(dāng)爐渣中w（MgO）﹥ ６％ 時，隨著爐渣 w（MgO）增加，爐渣 熔點逐漸升高。
只有當(dāng)爐渣中ｗ（MgO） 大于過飽和溶解度時，才會析出MgO固體。渣中MgO過飽和溶解 度計算公式見式（1）［10］。
w（MgO）飽和＝0.04（T－1650）＋0.28w（TFe）－２R＋9.5 （1）
式中：ｗ（MgO） 飽和—爐渣中的MgO 飽和溶解度／ ％ ；T—轉(zhuǎn)爐的吹煉終點溫度／ ℃ ；w（TFe）—爐渣中的全鐵質(zhì)量分數(shù) ／ ％ ；R—爐渣的二元堿度， R＝ ｗ（CaO） ／ w（SiO2）。
由式（1）可知，渣中MgO過飽和溶解度主要受轉(zhuǎn)爐終點溫度、爐渣堿度、渣中 w（TFe） 的影響。依據(jù)馬鋼現(xiàn)場實際情況，可以計算得出終渣MgO飽和溶解度為 ７． ８２％ 。 綜合考慮爐渣MgO質(zhì)量分數(shù)對爐渣熔點的影響以及終渣MgO飽和溶解度，爐渣MgO 質(zhì)量分數(shù)應(yīng)控制在6％～8％。
3.1.3 爐渣w（FeO）控制
爐渣熔化溫度Tm與爐渣主要成分、二元堿度R之間的關(guān)系式見式（2）［11］。
Tm ＝1738.41＋2.63w（MgO）－19.71w（TFe）＋ 1.08R （2）
式中：Tm—爐渣熔化溫度／ ℃ ；w（MgO）—爐渣中的（MgO）質(zhì)量分數(shù)／ ％；w（TFe）—渣中的全鐵質(zhì)量分數(shù) ／ ％ ；R—爐渣的二元堿度，堿度取值 R ＝ w（CaO） ／ ｗ（SiO2）。
由式（2）可知，爐渣熔化溫度 Tm受到渣中全 鐵質(zhì)量分數(shù)的影響較大，受渣中MgO質(zhì)量分數(shù)和爐渣堿度影響較小。 渣中全鐵質(zhì)量分數(shù)與轉(zhuǎn)爐終點的碳質(zhì)量分數(shù)有直接影響，尤其是在轉(zhuǎn)爐冶煉 低碳低磷鋼種時，渣中的全鐵質(zhì)量分數(shù)的波動更大。
爐渣堿度在3.0～3.5、MgO質(zhì)量分數(shù)范圍在6％～8％ 時，爐渣FeO質(zhì)量分數(shù)與爐渣熔點的關(guān)系曲線見圖 ３。
由圖 ３ 中可以得知，爐渣熔點隨爐渣FeO質(zhì)量分數(shù)的增加而逐漸降低。 當(dāng)爐渣FeO質(zhì)量分數(shù)在10％～15％ 范圍時，爐渣熔點仍在1430 ℃ 以上，并有利于轉(zhuǎn)爐吹煉過程化渣。
因此，綜合考慮渣中FeO質(zhì)量分數(shù)對爐渣熔點的影響以及現(xiàn) 場冶煉實際情況，終渣FeO質(zhì)量分數(shù)應(yīng)控制在10％ ～15％ 。
3.2 冷卻時間冷卻時間
與留渣量有關(guān)，而留渣量又與出鋼面爐襯侵蝕程度有關(guān)。 根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯侵蝕程度確定留渣量，并根據(jù)留渣量確定冷卻時間，三者之間對應(yīng)關(guān)系見表4。
由表4可以看出，與新爐襯標準值相比，隨著出鋼面爐襯侵蝕程度加劇，留渣量、冷卻時間也隨之增加。 因此，固渣護爐技術(shù)的實施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活選擇，以減少爐機匹配矛盾以及對生產(chǎn)組織的影響。
3.3 過程操作
3.3.1 終點控制
造渣輔料應(yīng)依據(jù)鐵水硅質(zhì)量分數(shù)加入， 既要滿足轉(zhuǎn)爐吹煉過程脫磷對堿度的要求，又要滿足爐況維護對爐渣MgO質(zhì)量分數(shù)的要求。 不同鐵水硅質(zhì)量分數(shù)條件下造渣輔料加入量參考表5。轉(zhuǎn)爐終點碳質(zhì)量分數(shù)與終渣全鐵質(zhì)量分數(shù)對應(yīng)關(guān) 系如表6所示。 適用條件：鐵水60t，廢鋼12.5t， 總裝入量（72 ±0.5）t。
轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯固渣護爐爐次參照表5、表6控制造渣輔料用量以及轉(zhuǎn)爐終點C質(zhì)量分數(shù)，轉(zhuǎn)爐吹煉終點C質(zhì)量分數(shù)控制在0.08％～0.12％ ，終渣堿度控制在3.0～3.5，爐渣中MgO質(zhì)量分數(shù)控制在6％～8％ ，爐渣中FeO質(zhì)量分數(shù)范圍控制在10％～15％ 。
3.3.2 留渣量控制
根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯測厚數(shù)據(jù)，并與新爐襯標準值相比較，確定出鋼面爐襯侵蝕狀況，控制倒渣角度在84 °～86°，留渣量控制在4～5t。
3.3.3 維護操作
轉(zhuǎn)爐終渣平鋪出鋼面爐襯前，用濺渣護爐方式適當(dāng)降低爐渣溫度，提高爐渣黏度。 設(shè)定氮氣壓力1.3 ～1.5MPa，流量14000～16000ｍ３／h， 氧槍槍位800～1000mm，吹氮時間15～25s。 吹氮結(jié)束后選擇搖爐角度75° ～80°，將轉(zhuǎn)爐終渣平鋪整個出鋼面爐襯，靜置冷卻。
4 應(yīng)用分析
4.1 維護效果分析
以馬鋼2＃頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐為例，自2022年5月采用固渣護爐維護轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯技術(shù)以來， 到2022年12月底為止，不同部位爐襯的測厚數(shù)據(jù)結(jié)果見表7。
由表7可以看出，2022年5－12月轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯測厚數(shù)據(jù)平均值753mm，與新轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯厚度標準值786mm相比，誤差不到5％ ，遠小于10％ ，因此，固渣護爐技術(shù)完全滿足轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯維護的要求。
4.2 綜合效益分析
轉(zhuǎn)爐固渣護爐技術(shù)綜合效益主要體現(xiàn)在提高爐襯使用壽命、降低護爐耐材用量方面。 轉(zhuǎn)爐固渣護爐技術(shù)實施前、后綜合效益對比統(tǒng)計結(jié)果如表8所示。
由表8可以看出，將2022年與2021年同期相比，轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯維護頻次由28次／ 月下降至16次／ 月，噸鋼耐材用量也由0.74kg下降至0.59kg，降低20.27％ 。
5 結(jié) 論
（1）由于轉(zhuǎn)爐固渣護爐技術(shù)冷卻時間較長，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活應(yīng)用，以減少爐機匹配矛盾和對生產(chǎn)組織的影響。
（2）爐渣堿度、渣中MgO質(zhì)量分數(shù)以及FeO質(zhì)量分數(shù)對爐渣熔點具有直接的影響。 轉(zhuǎn)爐終點w（C） 控制在0.08％ ～0.12％ ，爐渣堿度控制在3.0 ～3.5，渣中MgO質(zhì)量分數(shù)控制在6％ ～8％ ，渣中FeO質(zhì)量分數(shù)控制在10％ ～15％ ，轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯耐侵蝕能力達到最佳。
（3）通過對爐渣成分的調(diào)整、過程操作的優(yōu)化以及轉(zhuǎn)爐固渣護爐技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯維護頻次由28次／ 月下降至16次／ 月，噸鋼耐材用量由0.74kg下降至0.59kg，降低20.27％ 。
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