李盛
（攀钢集团攀枝花钢钒公司提钒炼钢厂 四川省攀枝花市617000）
摘 要：通过理论分析，半钢炼钢钢炉渣熔化性温度较低，连续生产炉温高，溅渣层不能完全凝固而发生分熔，无法形成良好的溅渣层。针对实际生产情况，提出了利用生白云石渣补炉衬的优化工艺，从理论上证明其可行性，在实践中探索方法，并可降低炼钢成本，提升转炉效率。
关键词：生白云石；炉体维护；炉龄
1 前言
炼钢转炉内衬的工作层全部由镁碳砖砌筑，镁碳砖中含有相当数量的石墨碳，它与炼钢炉渣的润湿性较差，阻碍着熔渣向砖内渗透，所以镁碳砖的使用寿命较长。在转炉炼钢过程中的侵蚀机理是：镁碳砖工作表面的碳首先受到氧化性熔渣TFe等氧化物作用，使镁碳砖工作表面形成脱碳层，由于碳的氧化脱除，砖体组织结构松动脆化，并形成孔隙，炼钢炉渣渗入与MgO反应生成CaO·MgO·SiO2、3CaO·MgO·2SiO2、MgO·Fe2O3等低熔点矿物，随钢渣的冲刷而脱落。
随着炼钢技术的发展，转炉冶炼钢种向高品质、高纯净度方向发展，在冶炼超低碳、超低磷钢种时，转炉终点出钢温度高、磷含量要求低，氧化性极强的钢水对转炉炉衬侵蚀严重，且这种钢渣溅渣护炉效果不好，是影响转炉炉龄增加的主要原因。目前炼钢厂采用投入补炉料的方式对炉衬进行修补，此种方法，对补炉料烧结时间有着较为严格的要求，烧结时间短，补炉料无法与炉衬粘合，补炉效果差，而烧结时间长直接影响转炉效率，且在后续炼钢过程中，补炉料不可避免随钢水冲刷脱落、熔化进入钢水，严重影响钢水质量；对炼钢转炉底采用扣补料维护还会导致透气砖堵塞，使转炉的冶金效果下降；此外，补炉料价格昂贵，影响转炉生产的成本控制。
2 攀钢转炉炉体维护护工艺及现状
攀钢转炉采用含钒钛铁水提钒后的半钢为原料进行炼钢，钢渣中含V、Ti氧化物，1996年的转炉炉龄为1217炉。在半钢炼钢、钒钛钢渣及细长形炉型条件下进行溅渣护炉，无国内外的经验借鉴。从1997年开始，通过对钒钛钢渣性质的研究、造渣工艺的改进、终点控制制度、吹氮溅渣参数、炉体维护的研究和完善，攀钢成功解决了钒钛钢渣的抗侵蚀难题，开发出半钢炼钢及钒钛钢渣条件下的溅渣护炉工艺。
图1 攀钢半钢炼钢转炉炉龄
2.1 存在的问题
攀钢开展溅渣护炉前的1996年，炉龄1217炉，停炉19次，钢产量为282万吨。2000年炉龄提高至3517炉，停炉7次，钢产量为350万吨。2023年停炉6次，钢产量达到575万吨。产量的提高导致转炉生产节奏加快，并且炼钢转炉提钒，大部分时间是4座转炉保产。
由于生产节奏加快，反映出转炉溅渣层不耐侵蚀，炉衬下降快，需用大量补炉料进行炉体维护，补炉料成本要远远高于国内同行水平。
图2 攀钢转炉补炉料成本
2.2 原因分析
攀钢采用半钢炼钢，转炉成渣方式为铁质成渣，和铁水炼钢比较，突出特点是炼钢要加酸性材料，热源不足，深吹多，炉渣TFe含量高（成分见表1）。
表1 攀钢转炉终渣平均成份
|
成 公 |
SiO2 |
CaO |
MgO |
MnO |
TFe |
Al2O3 |
V2O5 |
TiO2 |
|
质量分数（%） |
9.88 |
39.92 |
10.62 |
0.35 |
17.82 |
2.08 |
1.48 |
0.73 |
转炉终点渣成分中含有低熔点的V2O5，岩相分析：硅酸三钙45%～52% ,硅酸二钙1%～1.5% ,方镁石1%～1.2% ,铁酸盐25%～27% ,游离CaO9%～11% , RO相3%～4%。炉渣中低熔点的铁酸盐含量较高，熔化性温度为1400～1430℃。
转炉溅渣结束炉膛温度为1400～1450℃，这样的温度下，溅渣层显然不能完全凝固结晶，只是处于熔融状态，也就不存在溅渣理论中的分熔现象，无法形成良好的溅渣层，在生产节奏紧连续炼钢的情况下，炉内的钢渣很快就将处于熔融状态的溅渣层冲刷掉，表现出来就是溅渣层不抗侵蚀，不能很好的保护炉衬。
3 利用生白云石渣补炉衬的探索
3.1 生白云石渣补护炉的原理
炉渣能够熔损炉衬，同时又能起到保护耐火材料的作用。渣补炉衬因成本低、不污染钢水等优点，在各大钢厂广为实施，但同时，渣补炉衬时由于炉渣冷却、凝固时间长，且不耐侵蚀，渣补炉衬效果不好。在转炉渣补过程中加入生白云石，发生化学反应如下：
CaCO3=CaO+CO2-Q MgCO3=MgO+CO2-Q
这个过程是一个强吸热反应，使炉渣快速冷，通过矿物间相互扩散，同类重结晶使炉渣析出2CaO• SiO、MgO、3CaO• SiO等高熔点矿物，凝固并附着在炉衬内表面，从而起到保护耐火材料的作用。
3.2 生白云石渣补护炉的操作方法
3.2.1 渣补炉底
将生白云石装入转炉高位料仓，由于从料仓加入炉内使终存在转炉耳轴两边，操作方法按以下步骤进行。
（1）出钢结束转炉回零位氧枪下至 5~6 米开溅渣氮气 20~0 秒，溅渣氮气打开的同时加入 1~2吨生白云石。
（2）目视下料结束提枪，然后静置 10~15分钟。
（3）静置结束后正常进行溅渣，溅渣结束后加冷料。
（4）检查确认炉内情况，正常兑铁炼钢，下炉冶炼减少高镁石用量0.5~1吨。
3.2.2 渣补大面
将生白云石用编织袋按1吨装袋，根据实际情况吊运1~2袋放入废钢槽，操作方法按以下步骤进行。
（1）控制合适的渣量，炉内渣量过多可在出钢前放渣或出钢后倒掉部分渣量，渣量控制在6~10吨为宜。
（2）加入生白云石，立刻动炉，将炉渣停留在需要维护的部位。
（3）炉渣静置10~15分钟进行溅渣护炉操作，溅渣结束后加冷料。
（4）检查确认炉内情况，正常兑铁炼钢，下炉冶炼减少高镁石用量0.5~1吨。
3.3 生白云石渣补护炉的操作注意事项
（1） 渣补炉次要保证钢水出完
（2）炉渣要避免高氧化性（终点碳大于0.07%为最优），确保补炉效果。
（3）为防止生白云石没有完全反应，兑铁们生气体，渣补第一炉兑铁必须缓慢时宜行。
（4）生白云石渣补炉次，在安全防范方面与渣补大面同等重视，执行相关安全操作规定，后续炉次倒炉、出钢时，炉口前方不得有人通行。
4 用生白云石渣补转炉大面工业实践
4.1 生白云石渣补大面试验方法
生白云石按1吨进行装袋，每次使用2袋放入小槽备用；补炉炉次不溅渣，留渣5~8吨，深吹炉次加入增碳剂50~100kg，加入生白云石缓慢摇炉至前大面，烧结15~20分钟转炉回零位溅渣，正常生产。
图3 试验用生白云石
表2 试验用生白云石理化指标
|
|
MgO |
CaO |
P |
S |
水公 |
|
指标 |
≥20.0% |
≥30.0% |
≤0.05% |
≤0.05% |
≤3.0% |
|
检验 |
21.08 |
30.97 |
0.01 |
0.01 |
0.2 |
4.2 生白云石渣补大面试验效果
从现场跟踪情况来看，生白云石补炉能很好附着在炉衬上，炉渣氧化性强弱、留渣量的多少直接影响补炉效果，效果最好能达7次，最差只有1次。
图3 生白云石渣补大面过程跟踪
表3 实验前及实验期间炉衬侵蚀速度
|
|
初始厚度(mm) |
终点厚度(mm) |
使用炉数(炉) |
侵蚀速度(mm/炉) |
|
实验前 |
632 |
565 |
167 |
0.40 |
|
实验期 |
565 |
618 |
85 |
-0.62 |
取补炉料维护位置前大面最薄处计算侵蚀速度，实验前测厚是565mm，实验结束测厚是618mm，炉衬前大面没有变薄，说明生白云石补炉对炉衬有一定的保护作用。
5 利用生白云石渣补炉衬的预期效果
5.1 提高了转炉作业率
统计2022年共计补炉2910次，平均补炉时间为70分钟，采用生白云石渣补护炉技术通能明显缩短补炉时间。
2910*（70-15）/（365*5*24*60）*100=6.09%
即采用生白云石渣补护炉技术可提高转炉作业率6.09%。
5.2 降低耐材消耗
补炉料每次使用1~2吨，与白云石渣补炉衬使用量相当，统计2021年共计使用补炉料5522吨，采用生白云石渣补护炉技术可降低成本。
5522*（3850-170）/（560*10000）=3.63（元/吨钢）
3850——补炉料单价（元/吨钢）
170——生白云石单价（元/吨）
560——2022年钢产量（万吨）
5.3 其他效益
补炉料有较高的磷、硫含量，在吹炼过程中不可避免的会污染钢水，甚至出现质量事故，采用生白云石渣补技术完全可以避免这类事情的发生；使用生白云石后可减少高镁石灰的用量，同时降低炼钢辅料成本。
6 结论
1）生白云石渣补护炉技术理论上可行，原料易于采购，实施方便，攀钢炼钢转炉可以进行应用。
2）应用生白云石渣补护炉技术可提高转炉作业效率，降低炼钢生产成本。
3）生白云石渣补护炉技术还可减少渣料消耗，也就减少了钢铁企业的碳排放，符合国家环保要求。
参考文献
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[2] 王雅贞 张岩 张红文. 氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备（第2版）. 北京：冶金工业出版社. 2005.
[3] 文永才 杨素波 张大德. 攀钢半钢炼钢转炉溅渣护炉技术研究. 钢铁，2003，第38卷第2 期
[4] 朱新华 冯聚和 李玲珍. 溅渣护炉技术发展现状及其应用. 河北理工学院学报. 2006. 第28卷第4 期
[5] 刘辉霞 秦影 刘现民. 溅渣护炉技术在石钢的应用.河北冶金. 2002年第4期