潘 軍 趙 濱 張文英 劉 威
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業部）
摘 要 為控制轉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整和固渣護爐過程操作的優化，有效提高固渣護爐后轉爐出鋼面爐襯的使用壽命，降低護爐耐材成本。 實踐表明：轉爐終點 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％ ，轉爐固渣護爐爐次出鋼面爐襯耐侵蝕性達到最佳，轉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。
關鍵詞:頂底復吹轉爐；爐渣熔點；出鋼面爐襯；爐渣成分；維護操作
0 前言
控制轉爐合理爐型應從出鋼面爐襯維護開始，如果出鋼面爐襯維護不當，將會導致濺渣時間長、氧槍易粘鋼和鐵損加劇等問題［1，2］。 近幾年來，國內部分鋼企開展了轉爐終渣固渣護爐工業基金項目：國家重點研發計劃（2021YFB3401003） 應用實踐。 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］；酒鋼通過調整轉爐終渣成分以及優化 固渣護爐過程操作，提高了轉爐爐襯的耐侵蝕性， 轉爐的護爐耐材用量可以降低30％ ，轉爐的爐齡提高4000爐［4］。
馬鋼65t頂底復吹轉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定的問題。 為控制轉爐合理爐型和提高出鋼面爐襯使用壽命，馬鋼利用轉爐停爐檢修間隙，采取固渣護爐技術維護出鋼面爐襯，有效降低了出鋼面爐襯維護頻次和補爐耐材用量。
1 轉爐終渣固渣護爐原理
轉爐固渣護爐技術，就是在冷卻過程中利用爐渣中的2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等高熔點物質相互擴散、同類礦物質重新結晶的工藝原理［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頂底復吹轉爐、4座吹氬合金微調站、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構用鋼為主。
頂底復吹轉爐主要參數、氧槍噴頭主要參數以及 主要造渣輔料技術指標分別見表1、表2和表3。
3 試驗結果及討論
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）等爐渣物性參數對轉爐終渣熔點的影響，并在此基礎上分析了留渣量、出鋼面爐襯侵蝕程度與冷卻時間的關系，以期得出最佳控制工藝參數。
3.1 爐渣物性參數
3.1.1 爐渣堿度控制
爐渣堿度直接影響渣中高熔點物質的析出量。 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關系如圖 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，轉爐固渣護爐爐次的爐渣堿度應控 制在3.0～3.5為宜。
3.1.2 爐渣 w（MgO）控制
適當提高渣中 w（MgO）可減少低熔點物質形成數量，提高爐渣熔點［9］。 當爐渣堿度為3.0 ～3.5、w（FeO）為10％ ～15％ 時，爐渣中 w（MgO）與 爐渣熔點的關系曲線如圖 ２ 所示。
由圖 ２ 可知，當爐渣 w（MgO）≤６％ 時，隨著爐渣w（MgO）增加，爐渣熔點逐漸降低；當爐渣中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—轉爐的吹煉終點溫度／ ℃ ；w（TFe）—爐渣中的全鐵質量分數 ／ ％ ；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爐終點溫度、爐渣堿度、渣中 w（TFe） 的影響。依據馬鋼現場實際情況，可以計算得出終渣MgO飽和溶解度為 ７． ８２％ 。 綜合考慮爐渣MgO質量分數對爐渣熔點的影響以及終渣MgO飽和溶解度，爐渣MgO 質量分數應控制在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）質量分數／ ％；w（TFe）—渣中的全鐵質量分數 ／ ％ ；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 鐵質量分數的影響較大，受渣中MgO質量分數和爐渣堿度影響較小。 渣中全鐵質量分數與轉爐終點的碳質量分數有直接影響，尤其是在轉爐冶煉 低碳低磷鋼種時，渣中的全鐵質量分數的波動更大。
爐渣堿度在3.0～3.5、MgO質量分數范圍在6％～8％ 時，爐渣FeO質量分數與爐渣熔點的關系曲線見圖 ３。
由圖 ３ 中可以得知，爐渣熔點隨爐渣FeO質量分數的增加而逐漸降低。 當爐渣FeO質量分數在10％～15％ 范圍時，爐渣熔點仍在1430 ℃ 以上，并有利于轉爐吹煉過程化渣。
因此，綜合考慮渣中FeO質量分數對爐渣熔點的影響以及現 場冶煉實際情況，終渣FeO質量分數應控制在10％ ～15％ 。
3.2 冷卻時間冷卻時間
與留渣量有關，而留渣量又與出鋼面爐襯侵蝕程度有關。 根據轉爐出鋼面爐襯侵蝕程度確定留渣量，并根據留渣量確定冷卻時間，三者之間對應關系見表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，固渣護爐技術的實施應根據現場實際情況靈活選擇，以減少爐機匹配矛盾以及對生產組織的影響。
3.3 過程操作
3.3.1 終點控制
造渣輔料應依據鐵水硅質量分數加入， 既要滿足轉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質量分數的要求。 不同鐵水硅質量分數條件下造渣輔料加入量參考表5。轉爐終點碳質量分數與終渣全鐵質量分數對應關 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爐終點C質量分數，轉爐吹煉終點C質量分數控制在0.08％～0.12％ ，終渣堿度控制在3.0～3.5，爐渣中MgO質量分數控制在6％～8％ ，爐渣中FeO質量分數范圍控制在10％～15％ 。
3.3.2 留渣量控制
根據轉爐出鋼面爐襯測厚數據，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
轉爐終渣平鋪出鋼面爐襯前，用濺渣護爐方式適當降低爐渣溫度，提高爐渣黏度。 設定氮氣壓力1.3 ～1.5MPa，流量14000～16000ｍ３／h， 氧槍槍位800～1000mm，吹氮時間15～25s。 吹氮結束后選擇搖爐角度75° ～80°，將轉爐終渣平鋪整個出鋼面爐襯，靜置冷卻。
4 應用分析
4.1 維護效果分析
以馬鋼2＃頂底復吹轉爐為例，自2022年5月采用固渣護爐維護轉爐出鋼面爐襯技術以來， 到2022年12月底為止，不同部位爐襯的測厚數據結果見表7。
由表7可以看出，2022年5－12月轉爐出鋼面爐襯測厚數據平均值753mm，與新轉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，固渣護爐技術完全滿足轉爐出鋼面爐襯維護的要求。
4.2 綜合效益分析
轉爐固渣護爐技術綜合效益主要體現在提高爐襯使用壽命、降低護爐耐材用量方面。 轉爐固渣護爐技術實施前、后綜合效益對比統計結果如表8所示。
由表8可以看出，將2022年與2021年同期相比，轉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 論
（1）由于轉爐固渣護爐技術冷卻時間較長，應根據現場實際情況靈活應用，以減少爐機匹配矛盾和對生產組織的影響。
（2）爐渣堿度、渣中MgO質量分數以及FeO質量分數對爐渣熔點具有直接的影響。 轉爐終點w（C） 控制在0.08％ ～0.12％ ，爐渣堿度控制在3.0 ～3.5，渣中MgO質量分數控制在6％ ～8％ ，渣中FeO質量分數控制在10％ ～15％ ，轉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整、過程操作的優化以及轉爐固渣護爐技術的應用，轉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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