转炉高效维护炉衬工艺研究与实践

崔 猛

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

转炉炉龄是钢铁企业一项重要的技术经济指标，它体现了企业的转炉冶炼和炉体维护工艺技术水平。随着转炉衬砖耐火材料质量的提高以及溅渣护炉工艺和技术的不断完善，目前国内各钢厂转炉炉龄都得到了大幅提升。天津市新天钢联合特钢有限公司（以下简称联合特钢）拥有3 座120 t 转炉，主要生产钢种有普碳钢、低合金钢等，随着生产节奏的不断加快，转炉炉龄一直在15 000 炉左右徘徊，转炉炉衬维护已成为限制生产的环节之一。在目前高强度冶炼节奏下，如何快速且高效护炉，改进护炉技术，实现转炉炉龄的大幅提升，成为一项重要技术研究内容[1]。

联合特钢利用转炉测厚技术，通过对转炉炉衬损伤的定量化监测与跟踪，确立了一种以高效溅渣护炉为主的炉衬维护方案。本文对该高效溅渣护炉方案的主要内容进行详述，对该方案技术优势和实施效果进行了分析总结。

1 转炉炉衬侵蚀现状及机理分析

1.1 转炉炉衬侵蚀现状定量化监测

传统依靠炼钢工肉眼对炉衬受损程度进行经验性判断，误差较大。误判的结果会带来两个问题：一是炉衬侵蚀较深、炉衬变薄时，一旦误判及易造成炉体漏钢；二是因人工判断不准，补炉料过量投入，造成炉衬某些部位过厚，影响了转炉炉容比，对操作也带来一些负面影响。为了解决上述问题，在转炉生产间歇使用激光炉衬测厚仪进行炉衬测量，代替凭着经验感觉笼统判断炉衬受损变化的方式，实现炉衬侵蚀部位的量化测量。同时利用测厚仪研究整个炉役内，炉衬侵蚀部位演变过程，分析影响转炉炉衬寿命的主要因素[2]。

1.2 转炉炉衬侵蚀情况跟踪

转炉原始炉衬厚700 mm，利用测厚仪跟踪转炉整个生产周期内炉衬的主要侵蚀部位以及侵蚀部厚度的演变过程，为转炉炉衬侵蚀情况分析提供依据。

（1）炉役初期。整体内部炉型较好，侵蚀部位主要集中在炉底和炉壁，侵蚀相对均匀，炉衬厚度在600～700 mm；炉体上部少量侵蚀，厚度维持在650～700 mm，炉体内腔形状与转炉钢壳一致，炉渣挂渣情况良好。

（2）炉役中期。转炉内衬侵蚀最严重的部位是转炉耳轴方向的剖面。耳轴是转炉倾动的轴线，在转炉吹炼时，高温钢液和炉渣发生剧烈反应，高压氧气流股吹起炉渣，耳轴部位的侵蚀最为严重，此时耳轴部位内衬厚度为500～600 mm。

（3）炉役后期。转炉炉衬整体侵蚀较为严重，炉体渣线薄弱部位为转炉轴线方向30～60°、300～330°、120～150°、210～240°。侵蚀的主要原因是：转炉倒炉取样造成的渣、钢对炉衬的化学侵蚀和冲刷；出钢过程中，1 600 ℃以上高氧化性炉渣长时间对渣线的化学侵蚀和冲刷。在渣、钢侵蚀和冲刷用下，此时炉衬厚度在350～400 mm。

1.3 转炉炉衬侵蚀原理分析

转炉炉体是由镁碳质衬砖砌筑而成，由于炉衬直接与炉内1 200 ℃以上的液态渣、钢接触，不断受到渣、钢的侵蚀及机械冲刷作用，造成转炉炉衬侵蚀变薄。另外由于铁水成分和重量波动、废钢来源与组成的变化、渣料成分及质量的不稳定、炉型的可控性以及钢种变换性等诸多因素共同影响，加速了转炉炉衬的侵蚀进程[3]。

2 转炉溅渣护炉工艺研究

2.1 溅渣护炉的基本原理

溅渣护炉的基本原理：在转炉冶炼过程中，加入轻烧白云石和轻烧镁球等含MgO 的渣料，使转炉渣中MgO 含量达到7～8%，增加炉渣粘度和炉衬抗冲刷性能，在出钢后采用氧枪喷吹高压氮气，降低炉渣温度，并利用气体的冲击能量将留在炉内的炉渣溅起附着在转炉内衬上，形成炉渣保护层，以抵御下炉次炼钢过程中渣、钢对炉衬的侵蚀，保护转炉炉衬，提高转炉炉龄。因此，需要对影响转炉溅渣护炉效果的因素进行分析，并对溅渣护炉工艺进行冷态模拟实验。

2.2 影响溅渣护炉效果的因素分析

2.2.1 顶枪枪位对溅渣的影响

通过实验室模拟，研究不同枪位对溅渣效果的影响。在渣量8 t、采用16°喷射角氧枪溅渣时，研究枪位分别为1 m、1.75 m 和2.5 m 时不同顶吹压力下炉壁溅渣状况。

（1）枪位不变时，随着顶吹压力的升高（气体流量增大），渣溅到炉壁的最高高度升高。

（2）在顶吹压力为0.3 MPa 和0.4 MPa 时，1 m、1.75 m 和2.5 m 三个枪位的溅渣高度和溅渣量均相差不大，说明压力较低时，顶枪气流对渣池冲击力较弱，溅渣效果区别不大。

（3）当顶吹压力增大至0.5 MPa 左右时，可以较明显地看出1 m、1.75 m 和2.5 m 三个枪位的溅渣高度出现明显变化，即枪位越高，炉壁溅渣高度越高。2.2.2 炉渣渣量对溅渣的影响

溅渣护炉过程中，炉壁溅渣高度和效果与熔池渣量和顶枪压力密切相关。因此，实验研究了采用16°喷枪夹角、枪位为2 m 时，渣量为5 t 和8 t 时熔池在不同顶枪压力下的溅渣状况。

（1）顶枪压力为0.3 MPa 时，渣量对溅渣影响不明显。

（2）当顶枪压力升高到0.4 MPa 时，8 t 渣量比5 t 渣量炉壁溅渣高度稍高。

（3） 当顶枪压力升高到0.5 MPa 时，8 t 渣量炉壁溅渣高度明显升高。

综上所述，当顶枪压力足够大时，熔池中适当大渣量有利于溅渣。

2.2.3 炉渣粘度对溅渣的影响

溅渣护炉过程中，炉渣的流动性随着炉渣温度变化而变化，温度较高时，温度变化对炉渣粘度影响不明显，而在某一温度区间，随着炉渣温度降低，炉渣粘度增大，流动性变差。本实验中研究了炉渣粘度为1.4 Pa·s 和0.6 Pa·s 时，渣量8 t 枪位2 m时炉壁在不同顶枪压力下的溅渣状况。

（1）顶枪压力为0.3 MPa 时，粘度变化对溅渣影响不明显；

（2）随着压力的升高到0.4 MPa 时，炉渣粘度为0.6 Pa·s 时比1.4 Pa·s 渣时炉壁溅渣高度稍高；

（3）当增加顶枪压力到0.5 MPa 时，炉渣粘度为0.6 Pa·s 时炉壁溅渣高度明显升高，说明顶吹压力较小时，溅渣主要因素为压力，顶吹压力较大时，炉渣粘度对溅渣有影响。

溅渣过程中，应保证炉炉渣粘度不能太大，有利于溅渣。

2.2.4 顶枪氮气压力对溅渣的影响

通过以上对溅渣过程中枪位，渣量，渣粘度和氧枪喷孔角度的研究可以发现，溅渣过程中首先要满足压力要求，当氮气供气压力足够时，射流才具有足够大的冲击能量，从而使形成的液滴具备较大的初动能。实验得出，当顶枪氮气压力为0.3 MPa时，其它参数变化（枪位，压力，渣粘度）对溅渣影响较小，只有顶枪压力升高时，其它参数的影响才变为溅渣的主要影响因素。

通过上述分析，得出溅渣护炉的指导性操作条件，压力是溅渣成功的基础，有条件的情况下要适当提高顶枪氮气压力，适当增加留渣量，炉渣粘度不宜过大。

3 高效维护炉衬的其他配套措施

3.1 缩短转炉冶炼周期

减少炉衬侵蚀的一项重要工作是缩短冶炼周期。周期缩短后，钢水及炉渣在炉内时间随之减少，即钢水及炉渣对于炉衬的侵蚀时间缩短，所以缩短冶炼周期对于降低炉衬侵蚀起着积极作用。通过优化供氧参数、调整装入制度等措施，使转炉吹炼周期由35.25 min 降低到平均23.43 min，高温金属液对炉衬的侵蚀明显降低。

3.2 提高转炉不倒炉出钢率

常规转炉操作需进行测温取样操作，可导致转炉炉衬前大面的冲刷侵蚀。联合特钢通过优化铁水入炉条件（尤其是P 含量，控制至0.010%以下）、严把采购的石灰、轻烧白云石等辅料质量、冶炼过程供氧控制工艺优化等手段，已实现转炉不倒炉出钢率达到98%以上，生产稳定性强，此举可大幅减少转炉炉衬前大面的侵蚀。

3.3 控制转炉终点温度

钢水温度也是影响转炉炉衬侵蚀的重要原因之一。高温钢水对于炉衬侵蚀危害较大，所以，联合特钢一直在控制高温出钢，以杜绝高温钢水对炉衬的侵蚀。通过加快钢包周转，提高钢包烘烤效果、提升过精炼占比，促使转炉具备出钢温度由1 650 ℃降低至1 625 ℃，钢水对炉衬的侵蚀减小。

3.4 保证溅渣效果

结合实验结果，对现行的转炉溅渣护炉工艺进行优化，确定了联合特钢转炉溅渣护炉的主要工艺参数。包括：初始留渣量、枪位、炉身倾斜角度、顶吹气体压力和炉渣粘度等，保障了溅渣护炉效果。

3.5 丰富补炉手段

3.5.1 高温快补

高温快补是在转炉出钢结束，溅渣护炉后，将炉渣倒净，然后迅速加入油砂，由于油砂加入量较少，且炉内温度较高，可加快烧结速度，可实现快速补炉操作，目前转炉的重点侵蚀部位，主要采用此模式，在冶炼节奏衔接间隙，无计划补炉，以达到维护炉衬的目的。

3.5.2 生铁块、石灰石补炉

在出钢结束后，通过生铁降温效果，将生铁加入炉内，与高氧化镁的炉渣结合迅速粘结，达到补炉效果，大量试验证明，该补炉模式能够使生铁与炉衬牢固粘结，可以满足补炉要求。生铁块补炉模式下，由于生铁粒度较大，炉内终点渣量有限，必然有不能完全粘结的情况，为改善此状况，通过大量试验数据积累，优化加入数量及时机，制定了快速补炉加入方案，根据炉衬实际情况，每次加入1.5～3吨生铁，在出钢结束后直接加入炉内，烧结十分钟后进行溅渣护炉操作，此时生铁块已经牢固的与炉衬粘结，补炉效果显著[4]。

石灰石块补炉工艺与生铁块补炉工艺基本相同，每次加入300 kg 左右石灰石。

4 结语

联合特钢利用测厚仪对转炉全炉役内炉衬演变过程进行测量和跟踪，对转炉整个炉役炉衬的主要侵蚀部位以及侵蚀规律进行了统计分析，确立以溅渣护炉为主、优化转炉冶炼操作和补炉为辅的炉衬高效维护方案，并从顶枪枪位、顶枪压力熔池渣量和炉渣粘度对溅渣护炉效果的影响进行了研究。

生产实践证明，通过顶枪枪位和压力优化，适度调整炉渣渣量和粘度，优化转炉冶炼操作和补炉等措施，转炉溅渣和护炉效果明显提升，联合特钢转炉炉龄由15 000 炉提升至30 000 炉以上，可基本实现全炉役不进行大的补炉作业。