全榮
日本大同特殊鋼知多廠生產(chǎn)以汽車用鋼為主的滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、不銹鋼等特殊鋼，在其特殊鋼產(chǎn)品中，汽車用鋼石36.0%，不銹鋼占15.7%，碳素鋼占14.5%，軸承鋼占14.0%，易切削鋼占10.3%，彈簧鋼占3.2%，工具鋼占2.1%。2013 年11 月，知多廠將電爐的滬容從80t 擴(kuò)大到150t，與此同時(shí)鋼包容量也擴(kuò)大了。但是，開爐初期，大型鋼包(以下稱150t 鋼包)爐襯磚熔蝕量大，與常規(guī)爐襯磚相比使用壽命非常低。為提高150t 鋼包的使用壽命，知多廠對(duì)精煉工序操作條件以及鋼包爐襯采取了一些措施進(jìn)行改善。
1 開爐時(shí)的150t 鋼包
1.1 開爐時(shí)的爐襯
圖1 是開爐時(shí)150t 鋼包的爐襯。首先，鋼水滯留時(shí)與渣接觸的渣線(S/L)的耐火磚材質(zhì)使用了含抗渣侵潤(rùn)性的MgO-C(MC)磚。在與鋼水接觸的金屬線(M/L)的耐火磚材質(zhì)，除考慮耐熔蝕性以外，還擔(dān)心磚縫開裂導(dǎo)致的磚縫漏鋼，使用了在工作層表面形成由MgO 和Al2O3↙↙，組成的尖晶。石化合物，體積膨脹可縮小磚縫的Al2O3↙↙-MgO-C(AMC)磚。其他部位耐火磚材質(zhì)。使用了與大同特殊鋼公司知多廠原80t 鋼包相同的材質(zhì)。此外，對(duì)S/L 和M/L 的邊界部位，考慮到LF鋼水?dāng)嚢璧挠绊?，將S/L 降低到與常規(guī)同等的位置。
1.2 開爐時(shí)的使用壽命
開爐時(shí)150t 鋼包的使用壽命僅為80t 鋼包的五分之一，多次發(fā)生M/L 磚全部重?fù)Q的爐次，其大部分是磚熔蝕。因此，為了降低鋼包爐襯的熔蝕。提高使用壽命，對(duì)操作條件和耐火材料兩方面都進(jìn)行了改善。
2 操作條件的優(yōu)化
鋼包耐火材料的熔蝕，對(duì)精煉工序的操作條件有很大影響，所以需要設(shè)定最佳的操作條件。這次除考慮到對(duì)效率和質(zhì)量的影響，還設(shè)定了LF 的投入電力，并為保護(hù)爐襯，優(yōu)化了造渣劑的使用量。
2.1LF 投入電力的設(shè)定
關(guān)于LF 鋼包爐襯的熔蝕，除鋼水、渣與爐襯接觸導(dǎo)致的熔蝕外，還要考慮到電極的電弧導(dǎo)致的熔蝕。這次擴(kuò)大爐容，加上鋼包大型化和鋼包容量的增加，事先對(duì)LF 投入電力進(jìn)行了研究。圖2 是有效電力與耐火材料熔蝕指數(shù)的關(guān)系。耐火材料熔蝕指數(shù)是根據(jù)從LF 投入電力和電力源到耐火材料的距離計(jì)算出的電極電弧對(duì)耐火材料負(fù)荷的指標(biāo)。為了使?fàn)t容擴(kuò)大后的LF 的通電時(shí)間與擴(kuò)大前的通電時(shí)間相等，所以需要增加投入電力(圖2 中的A 點(diǎn))。但是，如果增加到A 點(diǎn)的投入電力，耐火材料熔蝕指數(shù)比爐容擴(kuò)大前(圖2 中的B 點(diǎn))增加。因此，這次不增加到A 點(diǎn)的投入電力，設(shè)定了與爐容擴(kuò)大前同等的耐火材料熔蝕指數(shù)的投入電力(圖2 中C 點(diǎn))。
此外，在三相交流方式的LF 電力中，各相電力產(chǎn)生差異時(shí)，擔(dān)心電力高的特定相附近的磚襯出現(xiàn)異常熔蝕。因此，在進(jìn)行各相電力之差(電力平衡)的調(diào)查時(shí)，確認(rèn)了C 相的電力高。此后，進(jìn)行了各相電力設(shè)定的調(diào)整，縮小各相的電力差異。
2.2 保護(hù)磚襯造渣荊添加量的優(yōu)化
MgO-C 磚由起到骨料作用的MgO 成分和結(jié)合劑作用的C 成分構(gòu)成。耐火磚中的C 成分脫C后的脫C 層因抗渣濕潤(rùn)性差，所以脫C 層完全被渣侵潤(rùn)，結(jié)果MgO 骨料溶出到渣中。因此，在抑制MgO 溶出中，有抑制磚脫C 和抑制MgO 骨料的溶出兩種方法。這次從造渣劑方面，采取了優(yōu)化保護(hù)磚襯造渣劑添加條件的抑制MgO 骨料溶出的措施。
推測(cè)耐火磚中的MgO 成分溶出到渣申是因?yàn)樵械腗gO 濃度沒(méi)有達(dá)到飽和。即需要將保護(hù)磚襯造渣劑的添加量增加到渣中的MgO 飽和的量。為此，調(diào)查了變化保護(hù)磚襯造渣劑添加量的磚中MgO 溶出量的變化。對(duì)于磚中MgO 的溶出量，在作業(yè)中很難測(cè)量磚殘留尺寸的變化，所以由添加保護(hù)磚造渣劑后的渣中的MgO 濃度和添加的造渣劑中的MgO 量計(jì)算。研究MgO 溶出量的變化可以確認(rèn)，隨著保護(hù)磚襯造渣劑添加量的增加，磚中的MgO 溶出量處于降低的傾向。根據(jù)這一結(jié)果，設(shè)定了保護(hù)磚襯造渣劑的添加量為500kg。
3 耐火材料的改善
3.1 耐火材料低壽命的原因
在耐火材料的選擇中，選擇適合各瓶頸部位材質(zhì)的磚非常重要。圖3 是開爐以后鋼包耐材脫落原因的詳細(xì)情況。圖3 顯示大部分是M/L 熔蝕引起的。在S/L 與M/L 邊界部位的異常熔蝕比率最高。因此，對(duì)邊界部位的M/L 磚工作面進(jìn)行了化學(xué)分析，表1 是化學(xué)分析結(jié)果。與使用前相比，確認(rèn)使用后磚的CaO 成分增加，Al203 成分降低，所以推測(cè)邊界部位異常熔蝕是M/L 磚與爐渣反應(yīng)導(dǎo)致的熔蝕。
Al2O3↙↙-MgO-C 磚由于磚中的MgO 和Al23 生成尖晶石化合物，該尖晶石化合物的耐渣侵蝕性高。但是，磚中存在未反應(yīng)的Al2O3 骨料，如果未反應(yīng)的Al2O3，骨料與渣接觸,Al2O3 骨料與渣中的CaO 反應(yīng)。形成低熔點(diǎn)化合物，溶出到渣中。因此，為了降低M/L 磚與渣反應(yīng)導(dǎo)致的熔蝕，需要提高磚中的MgO 成分，降低Al2O3 成分。
3.2M/L 邊界部位的改善
1)S/L 磚襯的改善
除了提高磚中的MgO 成分和降低Al2O，成分之外，因?yàn)槟驮畚g性高且可以迅速·實(shí)施，所以在成為瓶頸的邊界部位的M/L 磚中嘗試使用了MgO-C 磚。具體如圖4 所示，將S/L 磚降低。應(yīng)對(duì)MgO-C 磚縫熔蝕，實(shí)施了將一部分爐襯磚材質(zhì)改用耐熔蝕性高的磚。其結(jié)果是抑制了異常熔蝕。全部重?fù)Q-中修間的使用壽命提高了約2 倍。
2)邊界部位M/L 磚材質(zhì)的變更
改善S/L 磚襯的同時(shí)，變更了M/L 磚AlO3-MgO-C 的材質(zhì)。為了降低M/L，磚與渣反應(yīng)導(dǎo)致的熔蝕，選。擇了提高磚中的MgO 成分、降低Al2O3，成分的Al2O3-MgO-C 磚。此外，為了找到最佳的MgO 成分值，試驗(yàn)材質(zhì)’準(zhǔn)備了MgO 成分不同的兩種磚。試驗(yàn)方法采用將一部分邊界部位的M/L 磚替換為試驗(yàn)材質(zhì)的試驗(yàn)，與常規(guī)磚的熔蝕速度進(jìn)行了比較，表2 是試驗(yàn)結(jié)果。MgO 成分是常規(guī)磚2 倍的試樣A，邊界的熔蝕速度降低到常規(guī)磚的二分之一，MgO 成分是常規(guī)磚3 倍的試樣B，熔蝕速度大幅度降低到常規(guī)品的三分之一。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)在磚的橫砌縫發(fā)生裂紋。認(rèn)為這是MgO 成分高導(dǎo)致膨脹率上升的緣故。根據(jù)以上結(jié)果，將邊界部位的M/L 材質(zhì)變更為試樣A。
4 改善效果
由于爐容的擴(kuò)大，150t 鋼包開爐初期的使用壽命非常低。但通過(guò)優(yōu)化操作條件，開爐后不久，150t 鋼包的使用壽命提高到與80t 鋼包同等壽命。