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200t轉爐出鋼口穿鋼的原因及分析

　　攀鋼集團西昌鋼釩有限公司煉鋼廠現(xiàn)有2座200噸提釩轉爐，2座200噸煉鋼轉爐，4座轉爐均采用相同的砌筑方式，采用整體式出鋼口，出鋼口壽命分布在80～120次之間。自2011年投產(chǎn)后，煉鋼轉爐常發(fā)生出鋼口穿鋼(或漏鋼)事故，頻率為5～7次/年，發(fā)生出鋼口穿鋼后，需要立即停爐處理，影響轉爐的正常生產(chǎn)作業(yè)。轉爐出鋼口是轉爐的一個耐材通道，出鋼時，鋼水通過出鋼口注入鋼包，示意圖見圖1。出鋼口磚部分損壞時，鋼水穿過出鋼口磚到達爐殼區(qū)域，發(fā)生法蘭盤與爐殼連接處的爐殼鋼板熔穿，使渣、鋼流出。發(fā)生穿鋼后，需要將剩余鋼水加入大批量的石灰調渣后，將爐內剩余鋼水從大爐口倒入鋼包中，防止爐殼大面積燒損。由于大爐口出鋼沒有擋渣措施，渣鋼共出，下渣回磷嚴重，易產(chǎn)生成品磷高改判、爐口燒爛的現(xiàn)象。

　　圖1 轉爐出鋼口示意圖

　　轉爐發(fā)生出鋼口穿鋼后，檢查轉爐的出鋼口通道，可看見出鋼口磚有明顯的熔損，穿鋼(或漏鋼)發(fā)生位置見圖2。

　　圖2 出鋼口穿孔漏鋼位置

　　由圖2可見，發(fā)生穿鋼的具體位置在距出鋼口內側靠西面200mm處左右，出鋼口整體耐材磚有部分開裂，鋼水從裂縫處穿出導致漏鋼。穿鋼的出鋼口次數(shù)發(fā)生在49～105次之間。

　　穿鋼原因分析

　　1.1 出鋼口角度轉爐的出鋼口角度通常采用0°～15°設計。國內大部分鋼廠使用0°出鋼口設計，西昌200噸轉爐采用10°出鋼口設計，10°夾角設計的出鋼口有利于縮短鋼包車在出鋼過程中的行程，提高出鋼效率。但在轉爐出鋼過程中，鋼水不能在垂直方向進行自由落體運動，鋼水在10°夾角的通道內傾斜運動，受到一個朝爐后方向的力，出鋼摩擦力明顯增大，造成出鋼口受力增加。出鋼過程中鋼流旋轉形成的旋渦會加劇耐材的侵蝕，容易在出鋼口通道內局部侵蝕產(chǎn)生坑洞。出鋼口的角度設計較難改進，只能通過其它措施來彌補該缺陷。1.2 座磚損壞出鋼口座磚靠近爐內部分，耐材厚度呈現(xiàn)出“下薄上厚”的趨勢，轉爐內側的部分成為一個薄弱環(huán)節(jié)。隨著冶煉爐次的增加，轉爐的爐體耐材逐步被侵蝕，轉爐后大面的侵蝕會造成座磚的厚度逐漸減薄。在轉爐的爐役中后期，由于長期受到鋼水沖刷，轉爐后大面耐材最薄的地方厚度僅有300～400mm。此時，出鋼口內座磚厚度僅有100mm左右。在受到出鋼口更換的外力沖擊時，座磚容易產(chǎn)生裂紋，座磚的抗侵蝕能力變差。為實現(xiàn)爐齡的長壽，依靠濺渣、掛渣、噴補等手段，使出鋼口和后大面厚度重新增加至700～800mm，此時轉爐出鋼口的座磚為粘接的濺渣層和修補料填充層，抗侵蝕能力明顯低于座磚。座磚的損壞是造成出鋼口穿鋼的根本原因。受損的出鋼口的套磚存在外形不完整，內部有裂縫的高風險狀態(tài)。當維護跟不上時，高溫的鋼水從座磚縫隙中向外滲透，再遇上鋼水過氧化，在縫隙中過氧化的鋼水和鎂碳磚發(fā)生反應，侵蝕速度會更快，造成座磚酥松、穿孔、損壞，如圖3所示。

　　圖3 座磚與出鋼口的配合情況

　　1.3 空隙水錘作用鋼水在出鋼過程中，粗糙的耐材表面吸附的氣泡在出鋼時上浮，從而引起鋼水向氣泡上浮相反的地方進行填充，產(chǎn)生沖擊作用，沖刷耐火材料，這種現(xiàn)象稱為空隙水錘作用。鋼水的水錘作用對出鋼口的穿鋼影響較大，一旦發(fā)生出鋼口穿鋼，座磚基本上處于損壞狀況，繼續(xù)發(fā)生穿鋼的風險會顯著增加。出鋼口套磚的損壞示意圖見圖4。從拆爐后出鋼口區(qū)域的解剖情況來看，法蘭盤與爐殼連接處至出鋼通道之間已形成空隙貫穿通道。穿鋼后重新鏜孔后塞滿打結料，用噴補料夯實，最后采用噴補填泥漿濕潤，使原本燒漏的出鋼通道在此形成致密的打結層。但打結層不及鎂碳磚，座磚實際上仍然是千瘡百孔，當出鋼口爐內部分套磚維護不好或出鋼口與座磚之間產(chǎn)生縫隙時，縫隙部位水錘作用顯著，極容易再次發(fā)生漏鋼。1.4 噴灌工藝及修補料質量出鋼口更換完畢后，爐襯磚、出鋼口外座磚與出鋼口套磚之間的縫隙需要用修補料填充，耐火材料與水通過噴槍混合噴出，一起填充在縫隙中，噴灌的工藝如稀稠程度、噴射角度等對縫隙填充的致密程度有較大影響，從而對出鋼口的使用次數(shù)影響明顯。

　　圖4 出鋼口穿鋼示意圖

　　填縫使用的修補料在在煉鋼轉爐的余溫下(>1000℃左右)，經(jīng)水分的沸騰、蒸發(fā)，經(jīng)過一段時間的燒結，形成致密的燒結層以滿足鋼水冶煉和沖刷的需要。耐材中MgO含量，燒結料的抗沖刷性能等質量指標對出鋼口的使用次數(shù)影響也較明顯。

　　改進措施

　　2.1后大面維護工藝的改進

　　轉爐后大面的侵蝕會造成座磚受損，使耐材抗侵蝕能力減弱。后大面減薄后，依靠濺渣、掛渣、噴補等手段增厚的耐材，其抗沖刷能力弱，遇到高溫過氧化爐次，會加劇損傷產(chǎn)生漏鋼。因此要防止座磚受損，應嚴格控制后大面的厚度。為控制后大面的侵蝕程度，采取了控制轉爐的裝入量，裝入量控制在215±5t范圍內，廢鋼量按35kg/t控制，使用紅外線檢測下渣，防止在出鋼不盡的情況下濺渣，造成鋼水對爐襯的沖刷。圖5為轉爐后大面厚度的監(jiān)控圖。

　　圖5 轉爐后大面厚度的監(jiān)控

　　2.2座磚質量的改進出鋼口座磚質量直接影響轉爐的出鋼口使用。選用98%鎂砂制作的出鋼口座磚，在實際使用中，發(fā)現(xiàn)抗侵蝕能力得到加強。2.3出鋼口質量的改進選用分體式組裝的出鋼口套磚，如圖6所示。分體式出鋼口在制作過程中，采用機械壓實，耐材致密度優(yōu)于整體式出鋼口套磚。出鋼口在使用時，不能選用有裂縫的出鋼口套磚，使用有裂縫的出鋼口套磚，會使出鋼口漏鋼的幾率增大?？刂瞥鲣摽诘氖褂么螖?shù)(≤120次)，出鋼口接近使用壽命時，應及時組織更換，避免出鋼口局部過薄造成穿鋼。

　　圖6 200噸轉爐使用150/170mm出鋼口結構圖2.4噴灌工藝的改進每次鏜孔作業(yè)，鏜孔頭都會震打出鋼口座磚，使本身受傷的出鋼口再次受損。如果鏜孔后，灌眼的泥漿(噴補料)過稠，就很難重新流入受損的座磚和縫隙中，造成出鋼口夾鋼。因此，鏜孔作業(yè)后應先使用較稀的泥漿噴灌，使泥漿充分填滿空隙，保證燒結時間大于15min，使耐火材料內部充分固化、燒干，形成致密的耐火材料打結層。出鋼口日常檢查和維護是防止出鋼口穿鋼的重要手段。出鋼結束后觀察出鋼口的爐內部分，此時出鋼口耐材頂端距離濺渣層的距離控制在30～50mm為佳，不允許高出濺渣層，出鋼口爐內部分露出時，必須進行噴補。2.5修補耐材質量的改進提高出鋼口修補耐材質量也是減少轉爐出鋼口漏鋼的重要措施?，F(xiàn)使用MgO含量為80%的修補料，為減少出鋼口穿鋼，使用了MgO含量為90%的出鋼口修補料，使用磷酸鹽替代水玻璃做粘結劑。對比來看，MgO含量為90%的修補料抗沖刷能力明顯優(yōu)于現(xiàn)用修補料(MgO含量為80%)。推廣后，轉爐出鋼口的維護爐次從每班3次降低至每班1次。另外，要控制好鋼水溫度和氧化性。避免鋼水過氧化、高溫對耐材產(chǎn)生劇烈侵蝕。西昌鋼釩煉鋼廠通過實施優(yōu)化轉爐復吹工藝，動態(tài)熱平衡控制，優(yōu)化鋼包烘烤等措施后，出鋼溫度從2013年的平均出鋼溫度1678℃，降低至2017年的1654℃，相同碳含量水平條件下，出鋼氧降低了100ppm，也對改善耐材的抗侵蝕能力起到了積極作用。

　　取得的效果

　　通過改進轉爐膛孔后噴灌工藝，轉爐的出鋼口由整體式改為分段組合式，同時提高出鋼口座磚、提高修補料中MgO的百分比含量，加強日常檢查和維護等一系列措施，配合轉爐終點降低鋼水的氧活度，降低轉爐出鋼溫度，轉爐的后大面穩(wěn)定控制在900～1000mm之間，煉鋼轉爐的出鋼口漏鋼次數(shù)從頻率為5～7次/年，減少到0～1次/年，轉爐的出鋼口壽命也穩(wěn)定在118次左右，極大地提高了轉爐的冶煉效率。

　　結語

　　(1)轉爐的出鋼口角度設計、后大面侵蝕造成的座磚損壞、鏜孔后噴灌工藝不合理是造成轉爐出鋼口穿鋼的主要原因。

　　(2)通過加強轉爐后大面的維護、規(guī)范鏜孔后的噴灌工藝、改進座磚和修補料的耐火度，可有效提高耐材的抗侵蝕能力，使出鋼口穿鋼的次數(shù)得到有效控制。