楊 林 ¹ ，郝澤宇 ¹ ，王子賢 ² ，張超杰 ² ，張立強(qiáng) ²

（1.陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司，廣東 陽(yáng)江 529600；

2.安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032）

摘 要：轉(zhuǎn)爐冶煉是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。在整個(gè)爐役期間，轉(zhuǎn)爐爐襯受到高溫、物理沖擊、煙氣沖刷以及化學(xué)侵蝕。隨著爐齡的增長(zhǎng)，這些因素導(dǎo)致爐襯逐漸變薄。在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)，提高轉(zhuǎn)爐爐齡已成為研究熱點(diǎn)，通過(guò)延長(zhǎng)爐齡不僅可以減少停爐時(shí)間、提高生產(chǎn)效率，還能降低生產(chǎn)成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量。文章針對(duì)陽(yáng)春新鋼鐵1#120 噸轉(zhuǎn)爐的全爐役過(guò)程，通過(guò)對(duì) 2023 年 3 月 9 日 -2024 年 3 月 8 日間共計(jì) 16378 爐次的爐襯厚度監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐薄弱部位集中在前大面、前渣線、后大面最薄處殘厚僅為 140mm 左右。為探明爐襯侵蝕的機(jī)理及其影響因素，文章綜合考慮了爐渣中 MgO、TFe 和 TiO₂ 含量，以及出鋼溫度等參數(shù)對(duì)爐襯侵蝕的影響。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐爐襯；溫度控制；MgO 含量；爐齡延長(zhǎng)

1 轉(zhuǎn)爐爐襯損傷及侵蝕機(jī)理

1.1 機(jī)械作用對(duì)爐襯的損傷

由于廢鋼種類、形狀、大小及塊度各異，廢鋼在入爐過(guò)程中會(huì)撞擊轉(zhuǎn)爐的前大面。重量較大且?guī)в欣饨堑膹U鋼對(duì)前大面的沖擊尤為顯著，導(dǎo)致更嚴(yán)重的損傷。此外，鐵水因其高密度，在產(chǎn)生動(dòng)載荷時(shí)的沖擊、沖刷及機(jī)械磨損，也會(huì)對(duì)爐襯造成顯著損害^［1-3］。

1.2 溫度及化學(xué)反應(yīng)對(duì)爐襯的損傷

由于轉(zhuǎn)爐爐襯長(zhǎng)期處于約 1600℃的高溫環(huán)境，在受熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力，在兌入鐵水、廢鋼、提槍及加料過(guò)程中，爐內(nèi)溫度的急劇變化會(huì)引起顯著的溫差應(yīng)力，加之外力作用，導(dǎo)致爐襯損傷。

轉(zhuǎn)爐爐襯主要采用鎂碳磚進(jìn)行砌筑，鎂碳磚中碳含量較高，與熔渣的溫潤(rùn)性較差，從而阻礙熔渣向磚體內(nèi)滲入。在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，鎂碳磚表面的 C 與熔渣中FeO、O₂、CO₂等氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行氧化作用，加之高溫條件下 MgO 的還原作用，使得鎂碳磚表面發(fā)生脫碳反應(yīng)，磚體遭到熔損。其化學(xué)反應(yīng)方程式如（1）~（3）：

FeO+C→CO+Fe （1）

CO₂+C→2CO （2）

MgO+C→Mg+CO （3）

2 爐役過(guò)程爐襯厚度變化規(guī)律研究

2.1 爐襯厚度變化分析

某鋼鐵煉鋼廠 1# 轉(zhuǎn)爐自 2023 年 3 月 9 日投產(chǎn)至2024 年 3 月 8 日進(jìn)行拆爐作業(yè)，爐齡共計(jì) 16378 爐。爐役過(guò)程通過(guò)定期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的薄弱部位主要集中在前大面、前渣線、后大面以及熔池前渣線等區(qū)域。新爐測(cè)厚情況，如圖 1 所示。爐役洗爐后測(cè)后情況，如圖 2所示。新爐和爐役末期的厚度對(duì)比情況，如表 1 所示。

2.2 爐襯厚度測(cè)量數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)歷史爐襯厚度測(cè)量數(shù)據(jù)的收集和分析，結(jié)合關(guān)鍵參數(shù)（如 MgO 含量、堿度 （R）、出鋼溫度、爐渣TFe），以爐齡每 500 爐次為間隔，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐容比及爐身前渣線厚度進(jìn)行測(cè)厚比較分析。

由圖 3 可知，隨著爐役的增加，爐容比總體呈增大的趨勢(shì)，爐役前期在爐齡達(dá)到 3500 爐次左右時(shí)，爐容比有逐漸減小趨勢(shì)，分析主要原因?yàn)闋t役前期濺渣護(hù)爐頻率高及濺渣時(shí)間較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)濺渣層厚度增加導(dǎo)致爐內(nèi)容積減小。爐齡達(dá)到 5000 爐以后隨著爐齡的增加，轉(zhuǎn)爐爐襯磚由于受到機(jī)械沖擊及冶煉過(guò)程爐渣、鋼水侵蝕，爐襯磚逐漸減薄爐內(nèi)容積逐漸增大，爐容比也相應(yīng)增加。

如圖 4 所示，爐身前渣線隨著爐齡的增長(zhǎng)而不斷減薄。由于在爐役過(guò)程中，大面及接縫區(qū)域經(jīng)常采用補(bǔ)爐手段進(jìn)行維護(hù)，前渣線的厚度變化能夠更真實(shí)地反映爐襯侵蝕狀況，因此對(duì)前渣線厚度變化單獨(dú)進(jìn)行分析，以便更準(zhǔn)確地評(píng)估爐況。

3 爐襯侵蝕的影響因素研究

3.1 渣中 MgO 含量的影響

爐身前渣線厚度與渣中 MgO 含量之間的關(guān)系，如圖 5 所示。研究發(fā)現(xiàn)，渣中 MgO 含量與爐襯厚度基本呈正相關(guān)關(guān)系，即 MgO 含量越高，爐襯厚度越大。爐渣MgO 含量應(yīng)控制在 7%以上。

3.2 渣中 TFe 含量的影響

爐身前渣線厚度與渣中 TFe 含量的關(guān)系，如圖 6 所示。結(jié)果表明，渣中 TFe 含量與爐襯厚度呈負(fù)相關(guān)，即渣中 TFe 含量越高，爐襯厚度越薄，侵蝕程度越嚴(yán)重。為此轉(zhuǎn)爐終渣中 TFe 需控制在 14%以內(nèi)。

3.3 渣中 TiO₂ 含量的影響

圖 7 展示了爐身前渣線厚度與渣中 TiO₂ 含量的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，渣中 TiO₂ 含量越高，爐襯的侵蝕程度越嚴(yán)重。通過(guò)鐵水罐加入返礦粉配合鐵水撈渣工藝降低鐵水 Ti 含量，爐襯侵蝕恢復(fù)正常。

4 結(jié) 論

首先，轉(zhuǎn)爐爐襯在整個(gè)爐役過(guò)程中主要受到機(jī)械作用、高溫、化學(xué)反應(yīng)以及爐氣沖刷的共同作用影響，爐襯的侵蝕行為呈現(xiàn)復(fù)雜的多因素耦合作用機(jī)制，薄弱部位主要集中在前大面、前渣線、后大面及熔池前渣線。

其次，爐渣中的 MgO、TFe 及 TiO₂ 含量以及出鋼溫度等參數(shù)對(duì)爐襯的侵蝕速度具有顯著影響。通過(guò)合理控制這些參數(shù)，可以在一定程度上延緩爐襯的侵蝕速率，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐的使用壽命。

最后，本研究提出的維護(hù)優(yōu)化策略，已在陽(yáng)春新鋼鐵 120 噸轉(zhuǎn)爐中得到應(yīng)用，并顯示出顯著的爐襯壽命延長(zhǎng)效果。從而提升整體生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

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