120 t雙水口LF精煉鋼包生產實踐

李明軍

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鋼廠，山東 濟南 271104）

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠目前擁有兩條10機10 流小方坯連鑄機生產線，采用雙中間包澆注模式。為了滿足爐機匹配的生產要求，選用雙水口雙透氣磚鋼包設計。投產初期受生產組織、轉爐操作、精煉工藝等影響，連鑄工序澆注溫度高，導致精煉出站溫度高，轉爐終點控制差，終點碳低、鋼水過氧化爐次多，鋼包內襯侵蝕嚴重；加之由于設備故障原因，連鑄工序異常停機，導致鋼水長時間停留在鋼包內，嚴重降低鋼包使用壽命。

由于鋼包內襯侵蝕嚴重，渣線部位掉磚現象時有發生，鋼包包殼發紅，穿包隱患極大，已影響鋼包的安全使用，制約生產穩定順行。如何在全LF 精煉條件下提升鋼包安全運行系數，對雙水口全精煉鋼包壽命提升進行了研究。

2 影響鋼包壽命的因素

鋼包其初始作用是承接轉爐或電爐冶煉完的鋼水，把鋼水運送到精煉工序進行處理或連鑄工序進行澆注。隨著煉鋼技術的發展，鋼包作為鋼水二次冶煉反應的容器，又增加了如下功能：加熱、真空脫氣（脫氫、脫氧）和去除夾雜；合金化、均勻成分和溫度；造渣（脫硫）等功能。隨著爐外精煉技術的進步，對鋼包內襯的材質、壽命要求也越來越苛刻。

目前分公司煉鋼廠鋼包內襯設計為復合砌筑鋼包，渣線部位使用鎂碳磚砌筑，因為鎂碳磚在耐火度、抗侵蝕性和抗熱震性等性能要求方面表現穩定良好。通過對下線包況進行觀察，鋼包渣線部位、包底沖擊區出現明顯侵蝕，且渣線部位侵蝕最為嚴重，對鋼包壽命的影響最大。

2.1 渣線鎂碳磚的侵蝕分析

對于渣線鎂碳磚的損毀機理已有眾多學者進行了深入研究，得出鎂碳磚的侵蝕過程為：氧化→脫碳→疏松→侵蝕→沖刷→脫落→損毀［1］。鋼包在精煉過程中，渣線鎂碳磚所含碳與熔渣中的氧化鐵以及氧化鎂于高溫下發生反應，在鎂碳磚表面形成脫碳層。由于碳的氧化脫除，鎂碳磚內部網絡結構被破壞，使磚體組織疏松脆化，在鋼液的沖刷下侵蝕加劇。同時，由于磚體結構疏松，爐渣通過脫碳層向內部滲透，與鎂砂顆粒發生反應［2］，使鎂碳磚不斷由里向外氧化分解，并且伴隨著結構剝落，然后被鋼渣沖刷掉，逐漸侵蝕使磚層厚度變薄。

2.2 包底的侵蝕分析

由于鋼水溫度高，精煉通電功率大，過程攪拌強烈，對鋼包內襯耐火材料的沖刷更為嚴重。特別是包底工作層與高溫鋼水接觸時間最長，承受的鋼水靜壓力最大，工作環境更惡劣。包底使用澆注料打結而成，隨著包齡的提升，包底沖擊區部位因鋼水沖刷侵蝕出現凹坑，存在較大安全隱患，同時影響鋼水的澆注利用率。

2.3 爐渣堿度

在精煉過程中，當加入的石灰量較少時，會導致爐渣堿度較低，呈弱酸性。而鎂碳磚為堿性耐火材料，兩者在高溫條件下易發生化學反應，造成鎂碳磚的分解。堿度降低，爐渣變稀，在底吹攪拌過程中加劇鋼包渣線部位的沖刷侵蝕。

爐渣中的CaO、SiO2通過脫碳層進入至方鎂石晶粒周圍，與MgO 發生反應，生成CMS、C2MS3等低熔點化合物，在這些低熔點化合物的作用下，方鎂石晶粒進入渣中，造成鎂碳磚磚體結構疏松而逐步發生熔損［3］。

2.4 精煉過程控制

由于生產節奏影響，大部分爐次精煉周期過短，化渣不良；加之對超高功率電極的使用缺乏實際經驗，一味追求大電壓高功率快速提溫，埋弧效果差，弧流直接作用于鎂碳磚，造成鋼包渣線部位侵蝕明顯，渣線掉磚時有發生。對前期下線鋼包包況觀察，包壁渣線鎂碳磚上孔洞較多，經分析是由于精煉通電過程中爐渣埋不住弧或埋弧效果差，電弧光熱輻射所致。

3 關鍵技術開發應用

3.1 鋼包內襯復合砌筑技術

依據鋼包不同區域侵蝕情況，合理設計鋼包內襯復合砌筑結構：針對渣線侵蝕較嚴重的部位，更換以電熔鎂砂和大結晶鎂砂為主原料的渣線鎂碳磚；針對包底沖擊區沖刷侵蝕出坑的情況，在沖擊區部位增設“迎鋼臺”；針對包口料不耐沖刷侵蝕的情況，使用剛玉料封包沿（見圖1）。

圖1 雙水口鋼包內襯復合設計情況

針對侵蝕最嚴重的渣線部位選用了兩種砌筑方法：

①永久層渣線部位高鋁質澆注料換用剛玉質澆注料，由于剛玉更耐侵蝕的特性，即使渣線鎂碳磚被侵蝕掉，當爐也不會造成穿包危險。②渣線部位使用雙渣線磚進行復合砌筑，當工作層鎂碳磚侵蝕掉落后，還有安全層鎂碳磚，利于驗包人員及時作出研判。

3.2 精煉噴粉調渣技術

通過噴吹白云石粉和焦末，改善精煉冶煉過程爐渣成分和氧化性，減少精煉過程爐渣對鋼包內襯侵蝕。

在精煉爐蓋增上環形噴粉裝置（見圖2），噴粉裝置為環形中空鋼管，安裝在精煉爐蓋下方，距爐蓋外側300 mm，與鋼包相對面有若干間距直徑為15 mm的噴吹孔，噴吹孔中心線與垂直線角度為偏向爐蓋中心15°，此角度在噴吹時可有效將噴粉噴至電極外側爐渣表面50～100 mm 處，使噴粉與爐渣快速融合，改善爐渣成分和氧化性。

圖2 環形噴粉裝置

待轉爐出鋼完畢鋼包進站后，根據爐轉爐終渣指標、渣量選擇精煉過程白云石粉面噴吹模型，噴吹模型主要根據轉爐終渣指標情況和出鋼后鋼包內爐渣量，確定白云石粉面和焦末噴吹數量，噴吹后可使鋼包內爐渣成分和氧化性等指標（爐渣中MgO和FeO）在保證精煉效果同時減緩對鋼包內襯的侵蝕。

3.3 電極濺渣補包技術

借用轉爐濺渣護爐技術原理，通過電極弧流作用，將MgO含量達到飽和或過飽和的終點渣濺到包壁上，通過后續鋼包運轉過程中爐渣冷卻、凝固，在鋼包內襯表面上形成一層高熔點的熔渣層，并與包壁內襯很好地黏結附著。濺起爐渣層耐蝕性較好，同時可抑制渣線磚表面的氧化脫碳，又能減輕高溫渣對渣線磚的侵蝕沖刷，從而保護鋼包內襯，提高鋼包使用壽命。

參考CaO、Al2O3、SiO2三元渣系相圖并根據現場爐渣實際化驗結果，要求爐渣中氧化鎂含量需達到8%以上，爐渣具備一定的流動性和黏稠度。爐渣稀薄濺不起來，爐渣過于黏稠無法很好地粘結附著。在鋼水溫度、成分滿足要求準備進行軟吹后出站的情況下，調整底吹氣源流量保持液面平穩，選用低電壓、高弧流進行短弧操作，將爐渣濺到鋼包內襯上，在鋼包內襯形成一定厚度的渣層，延長鋼包內襯壽命。

4 應用效果

（1）雙水口全精煉鋼包壽命大幅提升。一次包齡由35.9次提高到53.7次，渣線磚殘厚滿足安全使用要求，鋼包安全運行系數顯著提升。

（2）烘烤煤氣消耗明顯降低。鋼包壽命提升后，鋼包頻繁上下線的頻次大幅減少，項目實施前烘包煤氣消耗量在25 m3/t，目前在15 m3/t左右。

（3）大包注余量明顯減少。由于對鋼包內襯砌筑結構進行合理設計，水口側包底低于透氣磚側，利于鋼水流淌，減少包底出坑存鋼情況。項目實施前大包注余量基本在350 kg/爐左右，目前控制在220 kg/爐左右。

（4）轉爐出鋼溫度有效降低。鋼包壽命提升，減少了異常鋼包投入，紅包周轉率提高，過程溫降降低。