基于合理爐型控制的轉(zhuǎn)爐爐況綜合性維護(hù)技術(shù)

陳 陽，潘 軍，趙 濱，劉 威，楊德寶

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業(yè)部，安徽 馬鞍山 243000)

提高轉(zhuǎn)爐爐齡和控制合理爐型是提高轉(zhuǎn)爐整體工藝操作水平的重要途徑，也是降低生產(chǎn)成本的重要措施。轉(zhuǎn)爐爐況維護(hù)的基礎(chǔ)是留碳濺渣，關(guān)鍵是補爐，其目的是控制合理爐型。若轉(zhuǎn)爐爐型控制不當(dāng)，將會導(dǎo)致濺渣效果差，噴濺幾率增加、氧槍和煙罩粘鋼、鋼鐵料消耗增加等惡性循環(huán)問題[1-4]。

馬鞍山鋼鐵股份有限公司長材事業(yè)部(以下簡稱馬鋼)4座65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于受品種結(jié)構(gòu)、工藝制度以及爐機匹配矛盾等綜合因素的影響，轉(zhuǎn)爐倒渣面、出鋼面、耳軸區(qū)以及出鋼口內(nèi)口爐襯侵蝕較為嚴(yán)重，現(xiàn)已成為轉(zhuǎn)爐爐況維護(hù)重要環(huán)節(jié)。針對上述問題，馬鋼通過改進(jìn)濺渣護(hù)爐工藝，綜合利用“棒材廢鋼渣補、轉(zhuǎn)爐終渣固渣護(hù)爐、濕法噴補、貼磚維護(hù)、手投料護(hù)爐”等轉(zhuǎn)爐爐況維護(hù)技術(shù)，由事后救急式補爐改為預(yù)先維護(hù)性護(hù)爐，控制合理爐型，將轉(zhuǎn)爐爐況始終控制在安全穩(wěn)定、高效順行的狀態(tài)。

1 工況條件

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)見表1，吹煉氧槍為4孔噴頭，供氧強度3.4～3.6 Nm3/(t·min)，氧槍噴頭工藝參數(shù)見表2，3支雙環(huán)縫式底槍，底吹強度0.02～0.04 Nm3/(t·min)，轉(zhuǎn)爐冶煉用鐵水成分及溫度，見表3，轉(zhuǎn)爐主要造渣料技術(shù)指標(biāo)，見表4。

表1 65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)

表2 氧槍噴頭工藝參數(shù)

表3 轉(zhuǎn)爐入爐鐵水成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和溫度

表4 轉(zhuǎn)爐主要造渣料技術(shù)指標(biāo)

2 合理爐型評價標(biāo)準(zhǔn)

針對馬鋼4座65 t頂?shù)讖?fù)吹爐座各自特性以及爐齡階段，以合理爐型和爐況安全順行為基礎(chǔ)，建立轉(zhuǎn)爐液面高度、倒渣角度、鋼水出凈角度合理爐型控制評價標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。

表5 轉(zhuǎn)爐合理爐型控制評價標(biāo)準(zhǔn)

每日進(jìn)行轉(zhuǎn)爐液面高度測量和爐襯測厚，采用打點連線作圖方式，通過曲線變化趨勢跟蹤判斷爐型走勢，有針對性地對轉(zhuǎn)爐不同爐襯侵蝕部位，尤其是局部最薄弱處，通過調(diào)整加料、濺渣和綜合維護(hù)手段，使轉(zhuǎn)爐液面高度、倒渣角度和鋼水出凈角度趨向控制目標(biāo)范圍值。

3 轉(zhuǎn)爐爐況綜合性維護(hù)技術(shù)

3.1 濺渣護(hù)爐技術(shù)改進(jìn)

濺渣護(hù)爐的基本原理是利用MgO含量達(dá)到飽和或過飽和的煉鋼終渣，通過高壓氮氣的吹濺，在爐襯表面形成一層高熔點的濺渣層，并與爐襯黏結(jié)附著，起到保護(hù)爐襯，提高使用壽命的目的[5]。影響濺渣層耐侵蝕能力的因素有主要有：轉(zhuǎn)爐留渣量、終渣(MgO)含量、終渣(T·Fe)含量、濺渣流量和槍位等，還要遵循“濺得起、粘得上、耐侵蝕”的原則。

3.1.1 轉(zhuǎn)爐留渣量控制

根據(jù)轉(zhuǎn)爐合理留渣量經(jīng)驗公式[6]：

Qs=0.301Wn

(1)

式(1)中：Qs為轉(zhuǎn)爐合理留渣量，t；W為轉(zhuǎn)爐公稱容量，t；n為經(jīng)驗系數(shù)，n=0.583～0.650。

將表1數(shù)據(jù)代入式(1)，計算得到馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐合理留渣量為3.58～4.54 t。

3.1.2 終渣(MgO)含量控制

根據(jù)日本鋼鐵協(xié)會提供的轉(zhuǎn)爐終渣MgO的飽和溶解度計算公式[7]：

w(MgO)飽和=0.04(θ-1650)

+0.28w(T·Fe)-2w(CaO)/w(Si2)+9.5

(2)

式(2)中：w(MgO)飽和為渣中MgO飽和值，%；θ為轉(zhuǎn)爐終點溫度，℃；w(T·Fe)為渣中全鐵含量，%；w(CaO)為渣中CaO含量，%；w(SiO2)為渣中SiO2含量，%。

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐終點溫度和渣樣主要成分化驗結(jié)果，見表6。

表6 轉(zhuǎn)爐渣樣主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和終點溫度

將表6數(shù)據(jù)帶入式(2)，計算得到馬鋼轉(zhuǎn)爐終渣w(MgO)飽和值為7.81%。因此，轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐爐次，終渣w(MgO)含量應(yīng)控制在6%～8%為宜。

3.1.3 終渣(T·Fe)含量控制

轉(zhuǎn)爐終渣中過高的(T·Fe)含量，會加速爐襯磚脫碳層形成，有利于爐渣向爐襯磚中滲透，導(dǎo)致爐襯熔損加劇[8]。爐渣熔化溫度Tm與爐渣主要成分和二元堿度R之間的關(guān)系[9]：

Tm=1738.41+2.63w(MgO)

-19.71w(T·Fe)+1.08R

(3)

式(3)中：Tm為爐渣熔化溫度，℃；w(MgO)為渣中MgO含量，%；w(T·Fe)為渣中全鐵含量，%；R為爐渣二元堿度。

由式(3)計算可知，渣中w(T·Fe)每增加1%，爐渣熔化溫度Tm下降近20 ℃；若爐渣堿度增加1或者渣中w(MgO)增加1%時，爐渣熔化溫度Tm僅升高1～2 ℃。但轉(zhuǎn)爐在實際冶煉過程中，爐渣堿度和渣中w(MgO)含量變化是有限的，而渣中w(T·Fe)含量變化較大。因此，轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐爐次，終渣w(T·Fe)含量控制越低越好。

3.1.4 濺渣工藝參數(shù)控制

優(yōu)化濺渣護(hù)爐工藝參數(shù)，可以提高濺渣護(hù)爐效果，還能有效防止?fàn)t口及爐身濺渣層過厚現(xiàn)象，確保轉(zhuǎn)爐合理爐型和爐況安全穩(wěn)定。圖1為濺渣護(hù)爐工藝參數(shù)控制流程圖。

由圖1可知，濺渣前 30 s是爐渣的孕育期，開濺槍位1300 mm 快速冷卻收火后，逐步抬高槍位至1500 mm，再到2000 mm。當(dāng)爐口濺起片渣時，逐步降低槍位，每間隔10 s下降200～300 mm，直至1000 mm濺至無片渣，濺渣總時間控制在2 min。

圖1 濺渣護(hù)爐工藝參數(shù)控制流程圖

3.2 倒渣面爐襯維護(hù)

棒材廢鋼渣補工藝原理是，通過向轉(zhuǎn)爐出鋼后的高溫液態(tài)爐渣中加入溫度差的冷料，使得高溫爐渣迅速冷卻形成局部“冷區(qū)”，爐渣中MgO、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2等高熔點礦物質(zhì)析出冷凝，粘附在轉(zhuǎn)爐倒渣面爐襯上替代補爐料，達(dá)到快速維護(hù)爐襯的目的[10]。棒材廢鋼技術(shù)指標(biāo)，見表7。棒材廢鋼渣補主要操作要點如下：

表7 轉(zhuǎn)爐渣補用棒材廢鋼技術(shù)指標(biāo)

(1)棒材廢鋼用量根據(jù)倒渣面爐襯侵蝕程度而定，以平鋪倒渣面爐襯侵蝕部位為宜，參考用量為60～75 kg/t。

(2)渣補爐次鋼水終點w[C]≥0.10%，出鋼溫度1640～1660 ℃，轉(zhuǎn)爐終渣堿度3.0～3.5，終渣(MgO)百分含量:6%～8%，終渣(FeO)百分含量:13%～15%。

(3)轉(zhuǎn)爐搖至63°～65°，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入棒材廢鋼后，迅速將轉(zhuǎn)爐搖至83°～85°，使棒材廢鋼平鋪在渣面爐襯侵蝕部位；棒材廢鋼加入后，將轉(zhuǎn)爐上下2°～3°反復(fù)晃動5～6次后，靜置冷卻5～10 min。

(4)冷卻結(jié)束后，將轉(zhuǎn)爐搖至零位，進(jìn)行濺渣護(hù)爐操作，完成補爐，進(jìn)行下爐冶煉。

3.3 出鋼面爐襯維護(hù)

由于高溫爐渣與爐襯界面存在溫度差，利用轉(zhuǎn)爐終渣在冷卻過程中，高熔點物質(zhì)相互擴散，同類礦物重結(jié)晶的工藝原理，能夠?qū)t襯侵蝕部位很好地維護(hù)平整，使高溫爐渣凝固在出鋼面爐襯所需維護(hù)部位與爐襯形成一個整體[11]，起到耐火材料的作用，從而達(dá)到護(hù)爐的效果。轉(zhuǎn)爐終渣固渣維護(hù)出鋼面爐襯技術(shù)，具體操作要點如下：

(1)轉(zhuǎn)爐終渣固渣維護(hù)出鋼面爐襯爐次前1爐，轉(zhuǎn)爐出鋼完畢濺渣護(hù)爐后，將爐內(nèi)渣翻盡，采用激光測厚儀測量出鋼面爐襯厚度，為轉(zhuǎn)爐選擇合適的留渣量提供數(shù)據(jù)參考。

(2)轉(zhuǎn)爐終渣固渣維護(hù)出鋼面爐襯爐次，轉(zhuǎn)爐造渣料依據(jù)鐵水w[Si]含量加入，適用條件為：鐵水60 t，廢鋼12.5 t，總裝入量(72±0.5)t，參見表8。轉(zhuǎn)爐終點鋼水要求w[C]控制在0.08%～0.12%，出鋼溫度控制在1640～1660 ℃。轉(zhuǎn)爐終渣堿度控制在3.0～3.5，爐渣中w(MgO)含量控制在6%～8%，渣中w(FeO)含量控制在10%～15%。

表8 轉(zhuǎn)爐主要造渣料用量參考表

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯侵蝕程度，確定合適的留渣量。然后，選擇合適的搖爐角度，將轉(zhuǎn)爐終渣平鋪至出鋼面爐襯所需維護(hù)部位，并根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼面爐襯侵蝕程度和留渣量大小，確定合適的靜置冷卻時間。出鋼面爐襯侵蝕程度、留渣量與冷卻時間對應(yīng)關(guān)系，見表9。

表9 出鋼面爐襯侵蝕程度、留渣量與冷卻時間對應(yīng)關(guān)系

(4)維護(hù)后第1爐冶煉結(jié)束，倒?fàn)t測溫取樣前，轉(zhuǎn)爐向出鋼側(cè)和倒渣側(cè)反復(fù)10°晃爐2～3次，待轉(zhuǎn)爐搖至測溫取樣位置平穩(wěn)后，才能測溫取樣。出鋼時，爐后作業(yè)平臺樹立安全告示，爐口正前方嚴(yán)禁作業(yè)人員和車輛通行。

3.4 出鋼口內(nèi)口維護(hù)

由于轉(zhuǎn)爐出鋼口在出鋼過程中長期受到高溫鋼水沖刷作用，尤其是高溫過氧化鋼水沖刷侵蝕作用更大，使得出鋼口內(nèi)徑擴大，出鋼口周圍工作層極易出現(xiàn)凹陷缺損現(xiàn)象。因此，馬鋼創(chuàng)新性地利用現(xiàn)有補爐料或手投料，并制作專用維護(hù)工具配合使用，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位的有效維護(hù)。圖2為轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位修補工具結(jié)構(gòu)示意圖。

1.套管；2.掛鉤；3.收縮段導(dǎo)向；4.卡桿

如圖2所示，轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位修補工具主要包括套管、套管頂端掛鉤、收縮段導(dǎo)向、以及距離套管頂端適中且在同一平面上相互呈90°卡桿。套管外徑略小于出鋼口內(nèi)徑，通過收縮段導(dǎo)向可快速、方便地插入出鋼口內(nèi)口，通過套管同一平面上相互呈90°卡桿，可穩(wěn)定地將修補工具固定在出鋼口內(nèi)口，支撐探伸出部分又起到了標(biāo)尺作用，使得修補后出鋼口周圍爐襯不至于過高，可確保鋼水出凈。轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位維護(hù)具體實施步驟如下：

(1)上一爐出鋼完畢，轉(zhuǎn)爐正常濺渣護(hù)爐，待爐內(nèi)渣翻空后，將轉(zhuǎn)爐向出鋼側(cè)搖平90°，確保出鋼口軸線垂直于水平面。

(2)作業(yè)人員通過將轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位修補工具沿出鋼口內(nèi)口插入，使其固定在出鋼口內(nèi)。

(3)通過人工手投方式將補爐料或手投料均勻投擲至出鋼口侵蝕部位，直至出鋼口侵蝕部位填平為止，完成修補工作。

4 實施效果

以馬鋼1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐為例，自2021年6月份采用基于合理爐型控制的轉(zhuǎn)爐爐況綜合性維護(hù)技術(shù)以來，轉(zhuǎn)爐爐襯薄弱部位得到較好維護(hù)，爐況始終處于安全穩(wěn)定、高效順行的狀態(tài)。1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐襯測厚數(shù)據(jù)，見表10。

表10 1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐襯測厚數(shù)據(jù)

基于合理爐型控制的轉(zhuǎn)爐爐況綜合性維護(hù)技術(shù)，在提高轉(zhuǎn)爐爐齡和控制合理爐型的同時，還取得了以下幾個方面的效果：

(1)采用棒材廢鋼渣補技術(shù)，有效提高了鋼水實物質(zhì)量。與傳統(tǒng)生鐵塊渣補技術(shù)相比，倒渣面爐襯補爐頻次由215次/月下降至158次/月。

(2)利用封爐間隙和轉(zhuǎn)爐停爐檢修同步實施轉(zhuǎn)爐終渣固渣維護(hù)出鋼面爐襯技術(shù)，可以有效避免爐機匹配矛盾；另外，由于該技術(shù)不需要補爐砂耐材投入，可以有效起到降低補爐砂用量的使用效果。與傳統(tǒng)補爐砂維護(hù)出鋼面爐襯相比，出鋼面爐襯維護(hù)頻次由108次/月下降至79次/月。

(3)出鋼口內(nèi)口侵蝕部位修補方法有效解決了常規(guī)濕法噴補維護(hù)時，因出鋼口缺乏有效的封堵措施，噴補料極易沿出鋼口內(nèi)壁流出，進(jìn)而影響出鋼口內(nèi)口侵蝕部位修補效果，以及增加噴補頻次的問題，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)口侵蝕部位的有效維護(hù)。

5 結(jié)語

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐通過改進(jìn)濺渣護(hù)爐工藝，并利用“棒材廢鋼渣補、轉(zhuǎn)爐終渣固渣護(hù)爐、濕法噴補、貼磚維護(hù)、手投護(hù)爐”等轉(zhuǎn)爐爐況綜合性維護(hù)技術(shù)，轉(zhuǎn)爐爐齡由22 000爐提高至25 000爐，噸鋼耐材用量下降了0.13 kg/t，轉(zhuǎn)爐爐型合格率由80.73%提高至90.51%，為轉(zhuǎn)爐爐況高效、穩(wěn)定順行提供有力支撐。