延長(zhǎng)首鋼京唐200 t鐵包包齡實(shí)踐

張建 魏繼東

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鐵作業(yè)部 河北唐山063200

首鋼京唐公司200 t鐵包總高5 620 mm，鐵包上口外徑4 510 mm，鐵包底口外徑4 084 mm，鐵水最大裝入量220 t。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，鐵包砌筑質(zhì)量及上線前的烘烤過(guò)程已經(jīng)不再是鐵包包齡的限制環(huán)節(jié)，制約鐵包包齡的因素是服役包況。京唐公司200 t鐵包的包況較為惡劣，表現(xiàn)為100%的脫硫率，KR脫硫過(guò)程的高轉(zhuǎn)速（平均100 r·min-1）攪拌，長(zhǎng)期無(wú)規(guī)律且頻繁的上下線，承接回爐鋼及渣鐵等。因此，2020年，200 t鐵包包齡約為240次。

鑒于此，分析了上述各種不利包況對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料的影響，并制定有效的措施進(jìn)行管控，成功延長(zhǎng)了200 t鐵包包齡。

1 影響200 t鐵包包齡的因素

1．1 鐵包無(wú)規(guī)律下線

由于鋼軋部生產(chǎn)的波動(dòng)，鑄機(jī)斷澆或臨時(shí)檢修時(shí)常發(fā)生，致使200 t鐵包大規(guī)模下線的情況較為常見(jiàn)，甚至經(jīng)常出現(xiàn)鐵包上線后還未接鐵就下線的情況。每一次這種無(wú)規(guī)律的下線將導(dǎo)致鐵包內(nèi)襯耐火材料承受一次劇烈的熱震，而熱震是耐火材料失效的最主要原因。此外，較低的鐵包周轉(zhuǎn)率造成鐵包存在較長(zhǎng)的等待時(shí)間，使耐火材料的溫度從兌完鐵水時(shí)的1 200～1 300℃快速降至600～800℃；而再次接鐵時(shí)又直接接觸1 500℃的鐵水，包襯受到強(qiáng)烈的急冷急熱作用。尤其是在冬季，這種空包等待造成的鐵包內(nèi)襯溫降更大。

1．2 回爐鋼影響

1．2．1 鋼水成分與鐵包耐火材料體系的不匹配

鋼水和鐵水的不同冶煉過(guò)程（不同渣系）決定了盛鐵容器與盛鋼容器耐火材料體系的截然不同。鐵包用耐火材料體系為中性偏酸，而鋼包用耐火材料體系則為堿性。相應(yīng)地，鋼水也與堿性耐火材料體系相共容，與酸性耐火材料體系則易發(fā)生反應(yīng)。

1．2．2 鋼水與鐵水不同的物理性質(zhì)

首先，鋼水與鐵水的物理溫度不同。出鐵溫度一般不高于1 510℃，鐵水進(jìn)入鐵包時(shí)，與相對(duì)溫度較低的鐵包內(nèi)襯接觸，溫度可降40～50℃。鐵包進(jìn)煉鋼廠時(shí)，溫降可達(dá)100～110℃；而煉鋼過(guò)程又多為升溫過(guò)程，溫度為1 550～1 600℃。

其次，工業(yè)實(shí)踐證明，鐵包向轉(zhuǎn)爐兌完鐵水后，包內(nèi)基本無(wú)黏附的殘鐵；而承接回爐鋼后，包內(nèi)或多或少均有黏包現(xiàn)象，需沖兌2～3次方可看清鐵包磚。這說(shuō)明鋼水的黏度比鐵水大，流動(dòng)性不如鐵水。鋼水與鐵水對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料的潤(rùn)濕性也不同。

再次，承接過(guò)回爐鋼的鐵包內(nèi)襯表面更容易吸附脫硫劑中的CaO和CaF2，導(dǎo)致鐵包內(nèi)襯被二次侵蝕。

1．3 熱清包沿及KR脫硫劑的影響

1．3．1 熱清包沿的影響

200 t鐵包在使用過(guò)程中渣線部位極易生成大渣圈。這種渣圈不僅影響鐵包裝準(zhǔn)率，而且對(duì)渣線部位工作層耐火材料威脅極大。因?yàn)檫@種大渣圈質(zhì)量能達(dá)到5～10 t，如果不及時(shí)對(duì)其熱清處理，其較大的重力會(huì)對(duì)黏附的鐵包內(nèi)襯耐火材料表面造成層狀撕裂。如果等到鐵包下線對(duì)其進(jìn)行冷清包沿時(shí)，鐵包渣線部位的耐火材料極易因機(jī)械作用被打壞而不得不進(jìn)行小修。

1．3．2 KR脫硫劑的影響

脫硫劑化學(xué)組成以CaO為主，還含有少量CaF2。CaF2與包襯耐火材料中Al2O3和SiO2的共熔點(diǎn)溫度都低于鐵水溫度，因此，CaF2容易造成耐火材料熔蝕。CaO與鐵包內(nèi)襯中的Al2O3和SiO2的反應(yīng)性較強(qiáng)，反應(yīng)產(chǎn)物的共熔點(diǎn)也大多低于鐵水溫度。因此，磚襯在使用中容易受到脫硫劑的化學(xué)侵蝕而損壞［1］。由表1的200 t鐵包包沿黏渣烘烤前后成分對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出：200 t鐵包包沿黏渣烘烤前的二元堿度為1．29，烘烤后的二元堿度降至0．78，同時(shí)SiO2與CaO含量均有大幅減少；相反地，烘烤后Al2O3的含量大幅增加，說(shuō)明CaO與鐵包工作層耐火材料中的SiO2、Al2O3發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，即在高溫烘烤作用下，包沿黏渣對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料造成了侵蝕。

表1 200 t鐵包包沿黏渣烘烤前后主要成分對(duì)比

由于鋼軋部脫硫工序中脫硫劑的成分異常，導(dǎo)致脫硫后200 t鐵包包沿及包壁殘留一層特殊黏結(jié)物。這種黏結(jié)物經(jīng)過(guò)烘烤后沿包壁流下，包壁呈掛壁狀殘留，而包底則被黑色渣狀物覆蓋或是堆積在外緣。這種鐵包再次上線接鐵時(shí)，鐵水在包內(nèi)翻騰的概率較大。一旦發(fā)生鐵水在包內(nèi)翻騰的情況，則說(shuō)明鐵包內(nèi)襯耐火材料與烤化的黏結(jié)物在鐵水高溫作用下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，造成對(duì)鐵包耐火材料的異常侵蝕。這是因?yàn)殍F水包內(nèi)剩余的鐵氧化物，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤、保溫，轉(zhuǎn)化為FeO；FeO熔化或與鐵水中硅反應(yīng)生成低密度的液態(tài)鐵橄欖石；生成物上浮過(guò)程中，在鐵水包內(nèi)一定深度又與鐵水中碳反應(yīng)生成CO。當(dāng)攪拌發(fā)生時(shí)，鐵水運(yùn)動(dòng)加劇CO的生成速度，進(jìn)而引起鐵水噴濺［2］。

1．4 脫硫渣鐵影響

鐵包兌空鐵水后出煉鋼廠房之前加入脫硫渣鐵。脫硫渣鐵的水分含量對(duì)鐵包的安全運(yùn)行有極大影響。

如果脫硫渣鐵中含有大量的鐵氧化物，會(huì)使包底磚中的碳或碳化硅氧化，導(dǎo)致鐵包耐火材料的快速異常侵蝕。脫硫渣鐵中的CaO和MnO等滲透到Al2O3-SiC-C磚內(nèi)部，與磚中的氧化物生成低熔點(diǎn)相，也會(huì)造成磚的熔損。2021年初，2臺(tái)200 t鐵包由于消納脫硫渣鐵，導(dǎo)致低包齡時(shí)包底耐火材料的異常侵蝕。

在煉鋼作業(yè)區(qū)由起重機(jī)吊運(yùn)渣鐵加入空鐵包內(nèi)，較大粒度的渣鐵在加入鐵包的過(guò)程中存在約3 m的落差，掉落的渣鐵將對(duì)鐵包包底耐火材料造成嚴(yán)重的機(jī)械沖擊。

2 延長(zhǎng)200 t鐵包包齡的措施

2．1 穩(wěn)定鐵包周轉(zhuǎn)率

鐵包周轉(zhuǎn)率的提高不僅意味著生產(chǎn)組織的緊湊合理，而且對(duì)于降低耐火材料噸鐵成本有較大的意義［3］。京唐公司不斷完善鐵包周轉(zhuǎn)指標(biāo)評(píng)比制度，持續(xù)開(kāi)展鐵包周期分段管控工作，將工序時(shí)間分配至相關(guān)部門(mén)，及時(shí)調(diào)整鐵包周轉(zhuǎn)數(shù)量，確保鐵包周轉(zhuǎn)率穩(wěn)中有升。2020年，200 t鐵包周轉(zhuǎn)率雖然也比較穩(wěn)定，但是相對(duì)較低，每日每臺(tái)最高5．18次。通過(guò)各個(gè)部門(mén)的協(xié)作努力，2021年，鐵包周轉(zhuǎn)率有了一個(gè)臺(tái)階性提高，全年每日每臺(tái)平均5．78次。

2．2 規(guī)范承接回爐鋼

由于2021年8月之前，200 t鐵包承接回爐鋼操作無(wú)明文要求，200 t鐵包接回爐鋼時(shí)的包齡過(guò)小或過(guò)大，接回爐鋼噸數(shù)較大等情況均時(shí)有發(fā)生。在2020年，甚至經(jīng)常有某一臺(tái)鐵包連續(xù)2～3次接回爐鋼的情況。鑒于此，煉鐵部協(xié)同制造部、鋼軋部對(duì)200 t鐵包接回爐鋼的操作進(jìn)行研討并規(guī)范管理，制定了200 t鐵包接回爐鋼的包齡范圍在50～150次，接回爐鋼≤210 t的措施。2020年，200 t鐵包接回爐鋼232次，合計(jì)29 801 t；2021年，接回爐鋼174次，合計(jì)25 564 t。

2．3 管控KR脫硫劑成分

由于KR脫硫劑對(duì)200 t鐵包內(nèi)襯耐火材料的較大影響，其成分必須嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超標(biāo)。尤其是脫硫劑中的CaF2比例必須嚴(yán)格控制，因?yàn)镕-對(duì)高熔點(diǎn)脫硫產(chǎn)物有助熔作用［4］。烘烤后在包壁呈掛壁狀殘留的黏結(jié)物極有可能與過(guò)量的CaF2或脫硫劑不同粒度時(shí)CaF2、CaO的質(zhì)量比有關(guān)系［5］。對(duì)于KR脫硫劑的管控，每天抽檢4次，如有1次超標(biāo)則要求隔2 h再抽檢1次，檢驗(yàn)合格后方可使用。通過(guò)嚴(yán)格管控，2021年，200 t鐵包二次上線接鐵時(shí)鐵水翻騰的情況，前11個(gè)月共計(jì)26次，比2020年前11個(gè)月的57次下降了54．4%。

2．4 管控脫硫渣鐵水分

加入脫硫渣鐵的鐵包，使用破碎廢鋼進(jìn)行墊底，破碎廢鋼加入量為2 t，再加渣鐵2 t，提高脫硫渣鐵在鐵包內(nèi)的透氣性。通過(guò)嚴(yán)格的措施和管控，2021年，200 t鐵包包底修補(bǔ)次數(shù)有所下降，從2020年的32次減少至22次。

每批次脫硫渣鐵在倒運(yùn)至KR脫硫之前，供料作業(yè)區(qū)通知鋼軋部生技室、煉鋼作業(yè)區(qū)，三方共同取樣進(jìn)行水分檢測(cè)，水分合格后方可倒運(yùn)。渣鐵在倒運(yùn)時(shí)，嚴(yán)格把關(guān)脫硫渣鐵干燥程度，每批次脫硫渣鐵均需要進(jìn)行水分檢驗(yàn)，不符合脫硫渣鐵回用條件的嚴(yán)禁倒運(yùn)、接收和向鐵包內(nèi)加入。脫硫渣鐵在鋼渣間原料大棚攤開(kāi)晾曬，要確保每間隔3～4 h用鏟車翻倒1次，脫硫渣鐵干燥后水分含量≤0．5%（w）算合格。

2．5 階段性鐵包數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

200 t鐵包包況的管控是一方面，而使用240次后下線大修時(shí)鐵包耐火材料的足夠安全殘厚是延長(zhǎng)鐵包包齡的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)半年的拆包數(shù)據(jù)積累，發(fā)現(xiàn)200 t鐵包在極端情況下，包壁最薄殘厚為120～130 mm，包底最薄殘厚為160 mm；多數(shù)情況下，包壁最薄殘厚為150～170 mm，包底最薄殘厚為190～210 mm，遠(yuǎn)高于拆除標(biāo)準(zhǔn)（包壁殘厚75 mm，包底殘厚100 mm）。按照極端情況下的殘厚數(shù)據(jù)，測(cè)算200 t鐵包耐火材料240次的平均侵蝕速率每次為0．56 mm，延長(zhǎng)20次包齡后包壁的理論計(jì)算殘厚約108 mm，仍然高于拆除標(biāo)準(zhǔn)。

3 生產(chǎn)實(shí)際

通過(guò)減少不利外部因素的影響，如穩(wěn)定鐵包周轉(zhuǎn)率，規(guī)范承接回爐鋼操作，管控KR脫硫劑成分及脫硫渣鐵水分，持續(xù)嚴(yán)抓砌筑質(zhì)量，積累拆包殘厚數(shù)據(jù)，京唐公司200 t鐵包包齡從240次逐步突破至260次。在260次下線拆除時(shí)，包壁殘厚最薄120 mm，包底殘厚仍有較大余量（160～200 mm），殘厚仍然高于拆除標(biāo)準(zhǔn)，能夠同時(shí)保障200 t鐵包的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鐵包周轉(zhuǎn)率、接回爐鋼操作、脫硫劑成分波動(dòng)等各種不利因素加以控制和干預(yù)，京唐公司200 t鐵包包齡從240次提高到260次。包齡提高后，鐵包耐火材料殘厚仍然高于拆除的殘厚標(biāo)準(zhǔn)，保障了鐵包的安全運(yùn)行。