转炉经济炉龄探讨

李明阳，冯超，胡凡金

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

转炉经济炉龄探讨

李明阳，冯超，胡凡金

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

通过对炉衬浸蚀机理及炉龄影响因素的分析，认为转炉存在一个综合消耗成本最低的炉龄或炉龄段，即经济炉龄。但在经济炉龄的选择和确定时，需根据企业具体情况综合考虑生产成本、产品质量、生产组织等因素，选择一个适合本企业的最佳经济炉龄。

转炉；经济炉龄；浸蚀机理；耐材消耗；成本

转炉炉龄是炼钢生产的一项重要经济技术指标，直接影响到炼钢生产的成本及生产组织，甚至产品质量。一般情况下提高转炉炉龄可增加产量，提高生产率，降低转炉炉衬消耗。但随着炉龄的增加，转炉维护消耗将会增加，维护时间也会增加，综合成本随之增加。由于炉衬成本随着炉龄增加而降低，因此耐材综合消耗成本将会随着炉龄增加先降低，降到一定程度后，随着维护消耗的增加而成本逐渐升高，即转炉存在一个炉龄或炉龄段，在此炉龄或炉龄段，炉役期内吨钢综合消耗成本最低，即最经济。本研究从炉衬浸蚀机理、耐材消耗、生产操作等方面分析探讨转炉的最佳经济炉龄。

1　转炉炉衬的浸蚀机理

转炉冶炼是在高温条件下的一系列物理、化学反应过程，在这个过程中炉衬受到一系列强烈的机械、物理、化学作用而浸蚀［1-4］。

1）机械冲击浸蚀。加废钢、兑铁水等操作都是直接对着转炉大面炉衬，对大面炉衬产生强烈的冲击、磨损、冲刷，是炉衬耐材浸蚀的主要因素。

2）物理作用。冶炼过程中炉内气流对炉壁、炉帽等耐材的冲刷，钢水、炉渣对炉衬的熔解、冲刷以及冶炼过程中高温反应对炉衬的熔损等物理浸蚀。

3）化学作用。目前转炉内衬的工作层一般由镁碳砖砌筑，镁碳砖中含有一定量的石墨碳，与熔渣的润湿性差，可阻碍熔渣向砖体内的渗透；导热性较好，能大幅提高衬砖的抗热振性，使得镁碳砖炉衬寿命较长。但转炉炉内为强氧化性气氛，在冶炼过程中高温氧化性气体会氧化脱除砖中部分碳，致使砖体结构松动脆化，在烟气、流体冲刷下流失而被蚀损。

镁碳砖首先受到炉渣中FeO、供入的O2、炉气中CO2等氧化物氧化，其反应式为：

上述反应使镁碳砖工作表面形成脱碳层而蚀损；同时，由于砖中碳被氧化脱除会形成孔隙，熔渣从孔隙或裂纹的缝隙渗入，与MgO反应生成CMS （CaO·MgO·SiO2）、C3MS2（3CaO·MgO·2SiO2）等低熔点固溶体，致使炉衬加速熔损。

2　转炉炉龄的影响因素分析

影响转炉炉龄因素较多，首先是耐材质量对炉龄的影响；其次是生产操作和维护对炉龄的影响。

2.1耐材的影响

主体要素是以国家司法机关、行政机关为主的全社会力量。要求发动组织和全社会的人关心和参与治理犯罪。［5］科技是总体国家安全观重点涉及的领域，高新技术犯罪将会给国家安全造成巨大隐患。只有动员全社会的力量才能切实有力的预防此类犯罪，使危害国家安全者无处藏身，危害国家安全的行为无法得逞。［6］践行总体国家安全观有利于凝聚预防人工智能犯罪的磅礴力量，构筑起多元主体参与的犯罪预防体系。众人拾柴火焰高，相关主体应积极行动起来，为构筑起多元主体参与的犯罪预防体系添砖加瓦。

碱性转炉炉龄从最初的几百炉逐步提高到数千炉，甚至上万炉，除了得益于各种炉衬维护技术的使用外，更重要的是耐火材料质量的不断提高。碱性转炉最初采用镁白云石砖作炉衬耐材，而镁白云石砖热稳定性差，结构不密实，转炉炉内温度波动较大，工作环境恶劣，炉衬在各种物理、化学作用下易剥落损坏，炉龄一般只有几百炉；随着耐材技术的不断发展，20世纪90年代出现了镁碳砖炉衬耐材，使得转炉炉龄由几百炉提升到3 000炉以上，炉龄出现了质的飞跃［3-5］。

镁碳砖中由于含有一定量的石墨碳，使其具有优良的抗渣性、热稳定性，高的耐火度和荷重软化温度，是一种优良的碱性转炉炉衬耐火材料，它的出现使得转炉炉衬寿命发生了革命性的变化。

2.2砌筑工艺的影响

转炉生产过程中各部位受冲刷或浸蚀的情况不同，耐材蚀损程度不同。炉衬设计时应根据不同部位的蚀损机理，针对性地选择不同性质的炉衬耐材及砌筑工艺（厚度），以达到炉衬蚀损均衡，提高炉衬整体使用寿命。

对于装料侧，生产过程中周期性地受废钢、铁水撞击、冲刷以及炉渣浸蚀，机械磨损较严重，应采用强度高、抗渣性好、抗热震性好的镁碳砖，如MT-12A（或MT-14A），炉衬的厚度也要适当增加，一般较出钢侧厚8%～10%；对于出钢侧，受热震影响较小，但受钢水的冲刷作用较强，常采用与装料侧相同级别的镁碳砖，但其厚度可适当薄些；对于炉口、炉帽部位，由于温度变化剧烈，受炉渣浸蚀较严重，应选用抗热震性好、抗渣性强的镁碳砖，如MT-10A（或MT-12A）；耳轴区两侧不易修补，且表面常无保护渣层覆盖，砖中碳易被氧化，一般采用抗渣性优良的优质镁碳砖，如MT-14A，并在砖体里添加一定量的抗氧化剂；渣线部位与炉渣长期接触，受炉渣浸蚀较严重，需采用抗渣性质优良的优质镁碳砖，如MT-18A；熔池部位主要与钢水接触，虽然钢水对炉衬的浸蚀性较小，但在生产过程中熔池搅动强烈，钢水对炉衬冲刷作用较强，但与其他部位相比，损坏还是相对较轻，可选用普通优质镁碳砖，如MT-l4B［3-5］。

通过选用不同性质的炉衬耐火材料，采用不同厚度的砌筑工艺，可实现均衡炉衬，提高转炉炉衬整体使用寿命，降低炉衬耐材消耗，降低生产成本。因此，炉衬在砌筑时应考虑采用均衡炉衬。

2.3操作维护的影响

渣中MgO主要是控制渣中［MgO］饱和度，阻止衬砖中MgO向渣中熔解。但渣中［MgO］对炉渣黏度影响较大，渣中［MgO］含量太大，炉渣过于黏稠，不利于冶炼操作。因此炉渣中的［MgO］应控制在合理范围内，一般控制在8%～10%，既可阻止炉衬向炉渣中熔解，又不影响冶金效果。

2）出钢温度的影响。出钢温度越高，耐材蚀损越快。当出钢温度高于1 700℃时，由于临近耐材的荷重软化温度，炉衬的熔损速度会急剧增加，且当炉温＞1 700℃时反应会加剧，炉衬熔损也会加剧。因此，转炉冶炼尽可能控制在1 700℃以下操作［5］。

3）溅渣护炉对炉龄的影响。溅渣护炉工艺是在转炉出钢后，通过氧枪采用氮气将调节过黏度和性质的炉渣喷溅涂挂在炉壁上，形成一层类炉衬保护层，减缓冶炼过程对炉衬的浸蚀熔损。溅渣护炉是提高转炉炉龄最有效的手段之一，可使转炉炉龄从3 000炉左右提升至上万炉，甚至数万炉。但溅渣护炉效果依赖终渣性质、枪位控制、溅渣氮气压力控制等，炉渣太稀附着困难，甚者还会熔损炉衬；枪位或氮气压力不当，炉渣喷溅高度不足，溅渣不均匀等，都会导致护炉效果不佳。因此，溅渣护炉需保证合适的炉渣性质，确保易于附着烧结；控制合理的枪位和氮气压力，使炉渣均匀喷溅附着，提高保护效果。

3　经济炉龄分析

3.1炉龄与耐材消耗的关系

耐材消耗指转炉炉衬耐材消耗和为维护转炉正常生产进行的炉体修补维护及溅渣护炉消耗。转炉炉衬耐材使用量在砌炉时已确定，随炉龄增加吨钢消耗降低，150 t转炉耐材消耗与炉龄基本关系如图1所示。

图1　转炉炉衬消耗与炉龄关系

转炉喷补是转炉维修最重要的手段，通过喷入一定湿度的耐材，对蚀损或脱落的炉衬进行修补，可保证正常安全生产，提高转炉炉龄。喷补料的选择需考虑烧结性，选择与转炉炉衬耐材润湿性较好、易烧结、耐火度高的喷补料，以提高修补质量，降低喷补消耗和修补成本。溅渣护炉也是转炉维护的重要手段，它将含饱和［MgO］的炉渣喷溅到炉衬上形成一层保护层，减缓炉衬蚀损。

一般新炉开炉500炉左右需进行溅渣护炉和喷补维修，初期一般2、3炉护炉1次，之后随炉龄增加护炉频次增加，后期则需每炉溅渣护炉。初期一般20～30炉喷补1次，后期3～5炉就需进行喷补维修，而且喷补维修的消耗和时间也增加。即随着转炉炉龄增加，喷补及溅渣维护消耗逐渐增加，但由于炉衬成本是随炉龄增加而降低的，因此综合消耗成本先降低，降到一定程度后，随炉龄增加而逐渐增加，即存在一个综合消耗最低的炉龄或炉龄段，在此炉龄或炉龄段内吨钢综合消耗成本最低，即最经济。在当前条件下大中型转炉经济炉龄一般在5 000～8 000炉内［6-9］。

3.2炉龄与底吹效果的关系

转炉底吹效果直接影响到钢水质量及物料消耗，底吹效果好则炉内反应充分，钢水成分均匀，碳氧积（C×O）小，钢中［O］含量低，脱氧消耗及辅料消耗降低，钢水质量好；反之，消耗增加，钢水质量降低。目前转炉底吹主要采用透气砖方式，用N2或Ar作搅拌介质，一般冶炼3 000～4 000炉左右透气砖就被堵塞得比较严重，底吹效果变得较差，碳氧积明显增加。而透气砖一般采用内装形式，和转炉炉衬一起砌筑，堵塞后没法更换，后期冶炼操作困难。表1为不同底吹效果下的氧平衡值。

表1　不同底吹效果下的理论氧平衡值

从表1知，在钢水终点［C］为0.04%条件下，碳氧积从0.002 5增加到0.003 0，钢水中氧含量［O］增加125×10-6（0.012 5%）。若采用Al脱氧，Al收得率一般为60%，则吨钢脱氧剂消耗增加0.235 kg/t。

因此，若转炉底吹透气元件质量或更换方式没有质的变化，不能保证底吹寿命和炉龄同步，不能保证后期底吹效果时，不宜大幅提高转炉炉龄。

3.3炉龄与产品质量的关系

随着炉龄增加转炉底吹效果会逐渐变差，炉内反应极不平衡，渣中FeO含量会增高，炉渣氧化性增强，钢水［O］含量将增高，脱氧消耗会增加，脱氧生成的夹杂物会增多，钢水质量将会降低。如在［C］为0.04%的条件下，钢水中碳氧积从0.002 5增加到0.003 0，吨钢会多生成约0.266 kg Al2O3夹杂物，若这些夹杂不能充分上浮去除，则会严重影响钢水洁净度，降低钢水质量。

此外，由于各部位浸蚀情况不同，随着炉龄增加炉型变化较大，常会出现吹炼死区等，造成反应不均衡，终点控制难度加大，常需要补吹等操作，造成钢水过氧化或有害元素增加。如补吹会增加［N］含量等，影响钢水质量。

因此，炉龄的选择既需要考虑综合成本，也需要考虑产品质量，而且还需要满足生产组织和计划检修要求等。

4　结束语

经济炉龄是一个综合性经济技术指标，受耐材质量、生产成本、生产组织、产品质量等因素的综合影响，在选择和确定时，需要综合考虑各种因素，在合理范围内选择适合本企业的最佳经济炉龄。在保证产品质量、生产组织顺行的前提下，获取最大的经济效益。

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Abstrraacctt：Based on the analyzing of lining erosion mechanism and lining life influencing factors of BOF，it has been confirmed that there is a lining life pot or a lining life zone which running cost is the lowest，that is called economic lining life of BOF.But during choosing and determining the economic lining life of BOF，the running cost and product quality and production organization and so on must be comprehensively thought about to choosing a suitble economic lining life for your enterprise.

Key worrddss：basic oxygen furnace；economic lining life；erosion mechanism；refractory consumption；cost

Discussion about Economic Lining Life of BOF

LI Mingyang，FENG Chao，HU Fanjin
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.，Ltd.，Jinan 250101，China）

TF748.2

A

1004-4620（2016）03-0001-03

2016-01-11

李明阳，男，1981年生，2006年毕业于重庆大学冶金工程专业，硕士。现为山东省冶金设计院股份有限公司炼钢室工程师，从事钢铁工艺设计与研究工作。