李明陽(yáng)，馮超，胡凡金

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101）

轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡探討

李明陽(yáng)，馮超，胡凡金

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101）

通過(guò)對(duì)爐襯浸蝕機(jī)理及爐齡影響因素的分析，認(rèn)為轉(zhuǎn)爐存在一個(gè)綜合消耗成本最低的爐齡或爐齡段，即經(jīng)濟(jì)爐齡。但在經(jīng)濟(jì)爐齡的選擇和確定時(shí)，需根據(jù)企業(yè)具體情況綜合考慮生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)組織等因素，選擇一個(gè)適合本企業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)爐齡。

轉(zhuǎn)爐；經(jīng)濟(jì)爐齡；浸蝕機(jī)理；耐材消耗；成本

轉(zhuǎn)爐爐齡是煉鋼生產(chǎn)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，直接影響到煉鋼生產(chǎn)的成本及生產(chǎn)組織，甚至產(chǎn)品質(zhì)量。一般情況下提高轉(zhuǎn)爐爐齡可增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)率，降低轉(zhuǎn)爐爐襯消耗。但隨著爐齡的增加，轉(zhuǎn)爐維護(hù)消耗將會(huì)增加，維護(hù)時(shí)間也會(huì)增加，綜合成本隨之增加。由于爐襯成本隨著爐齡增加而降低，因此耐材綜合消耗成本將會(huì)隨著爐齡增加先降低，降到一定程度后，隨著維護(hù)消耗的增加而成本逐漸升高，即轉(zhuǎn)爐存在一個(gè)爐齡或爐齡段，在此爐齡或爐齡段，爐役期內(nèi)噸鋼綜合消耗成本最低，即最經(jīng)濟(jì)。本研究從爐襯浸蝕機(jī)理、耐材消耗、生產(chǎn)操作等方面分析探討轉(zhuǎn)爐的最佳經(jīng)濟(jì)爐齡。

1　轉(zhuǎn)爐爐襯的浸蝕機(jī)理

轉(zhuǎn)爐冶煉是在高溫條件下的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中爐襯受到一系列強(qiáng)烈的機(jī)械、物理、化學(xué)作用而浸蝕［1-4］。

1）機(jī)械沖擊浸蝕。加廢鋼、兌鐵水等操作都是直接對(duì)著轉(zhuǎn)爐大面爐襯，對(duì)大面爐襯產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊、磨損、沖刷，是爐襯耐材浸蝕的主要因素。

2）物理作用。冶煉過(guò)程中爐內(nèi)氣流對(duì)爐壁、爐帽等耐材的沖刷，鋼水、爐渣對(duì)爐襯的熔解、沖刷以及冶煉過(guò)程中高溫反應(yīng)對(duì)爐襯的熔損等物理浸蝕。

3）化學(xué)作用。目前轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯的工作層一般由鎂碳磚砌筑，鎂碳磚中含有一定量的石墨碳，與熔渣的潤(rùn)濕性差，可阻礙熔渣向磚體內(nèi)的滲透；導(dǎo)熱性較好，能大幅提高襯磚的抗熱振性，使得鎂碳磚爐襯壽命較長(zhǎng)。但轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)為強(qiáng)氧化性氣氛，在冶煉過(guò)程中高溫氧化性氣體會(huì)氧化脫除磚中部分碳，致使磚體結(jié)構(gòu)松動(dòng)脆化，在煙氣、流體沖刷下流失而被蝕損。

鎂碳磚首先受到爐渣中FeO、供入的O2、爐氣中CO2等氧化物氧化，其反應(yīng)式為：

上述反應(yīng)使鎂碳磚工作表面形成脫碳層而蝕損；同時(shí)，由于磚中碳被氧化脫除會(huì)形成孔隙，熔渣從孔隙或裂紋的縫隙滲入，與MgO反應(yīng)生成CMS （CaO·MgO·SiO2）、C3MS2（3CaO·MgO·2SiO2）等低熔點(diǎn)固溶體，致使?fàn)t襯加速熔損。

2　轉(zhuǎn)爐爐齡的影響因素分析

影響轉(zhuǎn)爐爐齡因素較多，首先是耐材質(zhì)量對(duì)爐齡的影響；其次是生產(chǎn)操作和維護(hù)對(duì)爐齡的影響。

2.1耐材的影響

主體要素是以國(guó)家司法機(jī)關(guān)、行政機(jī)關(guān)為主的全社會(huì)力量。要求發(fā)動(dòng)組織和全社會(huì)的人關(guān)心和參與治理犯罪。［5］科技是總體國(guó)家安全觀重點(diǎn)涉及的領(lǐng)域，高新技術(shù)犯罪將會(huì)給國(guó)家安全造成巨大隱患。只有動(dòng)員全社會(huì)的力量才能切實(shí)有力的預(yù)防此類(lèi)犯罪，使危害國(guó)家安全者無(wú)處藏身，危害國(guó)家安全的行為無(wú)法得逞。［6］踐行總體國(guó)家安全觀有利于凝聚預(yù)防人工智能犯罪的磅礴力量，構(gòu)筑起多元主體參與的犯罪預(yù)防體系。眾人拾柴火焰高，相關(guān)主體應(yīng)積極行動(dòng)起來(lái)，為構(gòu)筑起多元主體參與的犯罪預(yù)防體系添磚加瓦。

堿性轉(zhuǎn)爐爐齡從最初的幾百爐逐步提高到數(shù)千爐，甚至上萬(wàn)爐，除了得益于各種爐襯維護(hù)技術(shù)的使用外，更重要的是耐火材料質(zhì)量的不斷提高。堿性轉(zhuǎn)爐最初采用鎂白云石磚作爐襯耐材，而鎂白云石磚熱穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)不密實(shí)，轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)溫度波動(dòng)較大，工作環(huán)境惡劣，爐襯在各種物理、化學(xué)作用下易剝落損壞，爐齡一般只有幾百爐；隨著耐材技術(shù)的不斷發(fā)展，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了鎂碳磚爐襯耐材，使得轉(zhuǎn)爐爐齡由幾百爐提升到3 000爐以上，爐齡出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍［3-5］。

鎂碳磚中由于含有一定量的石墨碳，使其具有優(yōu)良的抗渣性、熱穩(wěn)定性，高的耐火度和荷重軟化溫度，是一種優(yōu)良的堿性轉(zhuǎn)爐爐襯耐火材料，它的出現(xiàn)使得轉(zhuǎn)爐爐襯壽命發(fā)生了革命性的變化。

2.2砌筑工藝的影響

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中各部位受沖刷或浸蝕的情況不同，耐材蝕損程度不同。爐襯設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同部位的蝕損機(jī)理，針對(duì)性地選擇不同性質(zhì)的爐襯耐材及砌筑工藝（厚度），以達(dá)到爐襯蝕損均衡，提高爐襯整體使用壽命。

對(duì)于裝料側(cè)，生產(chǎn)過(guò)程中周期性地受廢鋼、鐵水撞擊、沖刷以及爐渣浸蝕，機(jī)械磨損較嚴(yán)重，應(yīng)采用強(qiáng)度高、抗渣性好、抗熱震性好的鎂碳磚，如MT-12A（或MT-14A），爐襯的厚度也要適當(dāng)增加，一般較出鋼側(cè)厚8%～10%；對(duì)于出鋼側(cè)，受熱震影響較小，但受鋼水的沖刷作用較強(qiáng)，常采用與裝料側(cè)相同級(jí)別的鎂碳磚，但其厚度可適當(dāng)薄些；對(duì)于爐口、爐帽部位，由于溫度變化劇烈，受爐渣浸蝕較嚴(yán)重，應(yīng)選用抗熱震性好、抗渣性強(qiáng)的鎂碳磚，如MT-10A（或MT-12A）；耳軸區(qū)兩側(cè)不易修補(bǔ)，且表面常無(wú)保護(hù)渣層覆蓋，磚中碳易被氧化，一般采用抗渣性優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)鎂碳磚，如MT-14A，并在磚體里添加一定量的抗氧化劑；渣線部位與爐渣長(zhǎng)期接觸，受爐渣浸蝕較嚴(yán)重，需采用抗渣性質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)鎂碳磚，如MT-18A；熔池部位主要與鋼水接觸，雖然鋼水對(duì)爐襯的浸蝕性較小，但在生產(chǎn)過(guò)程中熔池?cái)噭?dòng)強(qiáng)烈，鋼水對(duì)爐襯沖刷作用較強(qiáng)，但與其他部位相比，損壞還是相對(duì)較輕，可選用普通優(yōu)質(zhì)鎂碳磚，如MT-l4B［3-5］。

通過(guò)選用不同性質(zhì)的爐襯耐火材料，采用不同厚度的砌筑工藝，可實(shí)現(xiàn)均衡爐襯，提高轉(zhuǎn)爐爐襯整體使用壽命，降低爐襯耐材消耗，降低生產(chǎn)成本。因此，爐襯在砌筑時(shí)應(yīng)考慮采用均衡爐襯。

2.3操作維護(hù)的影響

渣中MgO主要是控制渣中［MgO］飽和度，阻止襯磚中MgO向渣中熔解。但渣中［MgO］對(duì)爐渣黏度影響較大，渣中［MgO］含量太大，爐渣過(guò)于黏稠，不利于冶煉操作。因此爐渣中的［MgO］應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，一般控制在8%～10%，既可阻止?fàn)t襯向爐渣中熔解，又不影響冶金效果。

2）出鋼溫度的影響。出鋼溫度越高，耐材蝕損越快。當(dāng)出鋼溫度高于1 700℃時(shí)，由于臨近耐材的荷重軟化溫度，爐襯的熔損速度會(huì)急劇增加，且當(dāng)爐溫＞1 700℃時(shí)反應(yīng)會(huì)加劇，爐襯熔損也會(huì)加劇。因此，轉(zhuǎn)爐冶煉盡可能控制在1 700℃以下操作［5］。

3）濺渣護(hù)爐對(duì)爐齡的影響。濺渣護(hù)爐工藝是在轉(zhuǎn)爐出鋼后，通過(guò)氧槍采用氮?dú)鈱⒄{(diào)節(jié)過(guò)黏度和性質(zhì)的爐渣噴濺涂掛在爐壁上，形成一層類(lèi)爐襯保護(hù)層，減緩冶煉過(guò)程對(duì)爐襯的浸蝕熔損。濺渣護(hù)爐是提高轉(zhuǎn)爐爐齡最有效的手段之一，可使轉(zhuǎn)爐爐齡從3 000爐左右提升至上萬(wàn)爐，甚至數(shù)萬(wàn)爐。但濺渣護(hù)爐效果依賴(lài)終渣性質(zhì)、槍位控制、濺渣氮?dú)鈮毫刂频?，爐渣太稀附著困難，甚者還會(huì)熔損爐襯；槍位或氮?dú)鈮毫Σ划?dāng)，爐渣噴濺高度不足，濺渣不均勻等，都會(huì)導(dǎo)致護(hù)爐效果不佳。因此，濺渣護(hù)爐需保證合適的爐渣性質(zhì)，確保易于附著燒結(jié)；控制合理的槍位和氮?dú)鈮毫Γ範(fàn)t渣均勻噴濺附著，提高保護(hù)效果。

3　經(jīng)濟(jì)爐齡分析

3.1爐齡與耐材消耗的關(guān)系

耐材消耗指轉(zhuǎn)爐爐襯耐材消耗和為維護(hù)轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)進(jìn)行的爐體修補(bǔ)維護(hù)及濺渣護(hù)爐消耗。轉(zhuǎn)爐爐襯耐材使用量在砌爐時(shí)已確定，隨爐齡增加噸鋼消耗降低，150 t轉(zhuǎn)爐耐材消耗與爐齡基本關(guān)系如圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)爐爐襯消耗與爐齡關(guān)系

轉(zhuǎn)爐噴補(bǔ)是轉(zhuǎn)爐維修最重要的手段，通過(guò)噴入一定濕度的耐材，對(duì)蝕損或脫落的爐襯進(jìn)行修補(bǔ)，可保證正常安全生產(chǎn)，提高轉(zhuǎn)爐爐齡。噴補(bǔ)料的選擇需考慮燒結(jié)性，選擇與轉(zhuǎn)爐爐襯耐材潤(rùn)濕性較好、易燒結(jié)、耐火度高的噴補(bǔ)料，以提高修補(bǔ)質(zhì)量，降低噴補(bǔ)消耗和修補(bǔ)成本。濺渣護(hù)爐也是轉(zhuǎn)爐維護(hù)的重要手段，它將含飽和［MgO］的爐渣噴濺到爐襯上形成一層保護(hù)層，減緩爐襯蝕損。

一般新?tīng)t開(kāi)爐500爐左右需進(jìn)行濺渣護(hù)爐和噴補(bǔ)維修，初期一般2、3爐護(hù)爐1次，之后隨爐齡增加護(hù)爐頻次增加，后期則需每爐濺渣護(hù)爐。初期一般20～30爐噴補(bǔ)1次，后期3～5爐就需進(jìn)行噴補(bǔ)維修，而且噴補(bǔ)維修的消耗和時(shí)間也增加。即隨著轉(zhuǎn)爐爐齡增加，噴補(bǔ)及濺渣維護(hù)消耗逐漸增加，但由于爐襯成本是隨爐齡增加而降低的，因此綜合消耗成本先降低，降到一定程度后，隨爐齡增加而逐漸增加，即存在一個(gè)綜合消耗最低的爐齡或爐齡段，在此爐齡或爐齡段內(nèi)噸鋼綜合消耗成本最低，即最經(jīng)濟(jì)。在當(dāng)前條件下大中型轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡一般在5 000～8 000爐內(nèi)［6-9］。

3.2爐齡與底吹效果的關(guān)系

轉(zhuǎn)爐底吹效果直接影響到鋼水質(zhì)量及物料消耗，底吹效果好則爐內(nèi)反應(yīng)充分，鋼水成分均勻，碳氧積（C×O）小，鋼中［O］含量低，脫氧消耗及輔料消耗降低，鋼水質(zhì)量好；反之，消耗增加，鋼水質(zhì)量降低。目前轉(zhuǎn)爐底吹主要采用透氣磚方式，用N2或Ar作攪拌介質(zhì)，一般冶煉3 000～4 000爐左右透氣磚就被堵塞得比較嚴(yán)重，底吹效果變得較差，碳氧積明顯增加。而透氣磚一般采用內(nèi)裝形式，和轉(zhuǎn)爐爐襯一起砌筑，堵塞后沒(méi)法更換，后期冶煉操作困難。表1為不同底吹效果下的氧平衡值。

表1　不同底吹效果下的理論氧平衡值

從表1知，在鋼水終點(diǎn)［C］為0.04%條件下，碳氧積從0.002 5增加到0.003 0，鋼水中氧含量［O］增加125×10-6（0.012 5%）。若采用Al脫氧，Al收得率一般為60%，則噸鋼脫氧劑消耗增加0.235 kg/t。

因此，若轉(zhuǎn)爐底吹透氣元件質(zhì)量或更換方式?jīng)]有質(zhì)的變化，不能保證底吹壽命和爐齡同步，不能保證后期底吹效果時(shí)，不宜大幅提高轉(zhuǎn)爐爐齡。

3.3爐齡與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系

隨著爐齡增加轉(zhuǎn)爐底吹效果會(huì)逐漸變差，爐內(nèi)反應(yīng)極不平衡，渣中FeO含量會(huì)增高，爐渣氧化性增強(qiáng)，鋼水［O］含量將增高，脫氧消耗會(huì)增加，脫氧生成的夾雜物會(huì)增多，鋼水質(zhì)量將會(huì)降低。如在［C］為0.04%的條件下，鋼水中碳氧積從0.002 5增加到0.003 0，噸鋼會(huì)多生成約0.266 kg Al2O3夾雜物，若這些夾雜不能充分上浮去除，則會(huì)嚴(yán)重影響鋼水潔凈度，降低鋼水質(zhì)量。

此外，由于各部位浸蝕情況不同，隨著爐齡增加爐型變化較大，常會(huì)出現(xiàn)吹煉死區(qū)等，造成反應(yīng)不均衡，終點(diǎn)控制難度加大，常需要補(bǔ)吹等操作，造成鋼水過(guò)氧化或有害元素增加。如補(bǔ)吹會(huì)增加［N］含量等，影響鋼水質(zhì)量。

因此，爐齡的選擇既需要考慮綜合成本，也需要考慮產(chǎn)品質(zhì)量，而且還需要滿足生產(chǎn)組織和計(jì)劃?rùn)z修要求等。

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)爐齡是一個(gè)綜合性經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，受耐材質(zhì)量、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量等因素的綜合影響，在選擇和確定時(shí)，需要綜合考慮各種因素，在合理范圍內(nèi)選擇適合本企業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)爐齡。在保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)組織順行的前提下，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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Abstrraacctt：Based on the analyzing of lining erosion mechanism and lining life influencing factors of BOF，it has been confirmed that there is a lining life pot or a lining life zone which running cost is the lowest，that is called economic lining life of BOF.But during choosing and determining the economic lining life of BOF，the running cost and product quality and production organization and so on must be comprehensively thought about to choosing a suitble economic lining life for your enterprise.

Key worrddss：basic oxygen furnace；economic lining life；erosion mechanism；refractory consumption；cost

Discussion about Economic Lining Life of BOF

LI Mingyang，F(xiàn)ENG Chao，HU Fanjin
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF748.2

A

1004-4620（2016）03-0001-03

2016-01-11

李明陽(yáng)，男，1981年生，2006年畢業(yè)于重慶大學(xué)冶金工程專(zhuān)業(yè)，碩士?，F(xiàn)為山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司煉鋼室工程師，從事鋼鐵工藝設(shè)計(jì)與研究工作。