转炉经济炉龄的分析与实践

陈代明

（中冶京诚工程技术有限公司，北京100176）

0 引言

随着转炉衬砖耐火材料质量的提高、转炉少渣冶炼技术的应用以及溅渣护炉工艺和技术的不断完善，目前国内各钢厂转炉炉龄逐步提高，最高炉龄提高至10 000 炉以上。转炉炉龄是各钢铁企业重要的技术经济指标，能体现该企业的转炉冶炼和炉体维护工艺技术的水平。但在目前钢铁产品供大于求的宏观形势下，各钢铁企业间竞争十分激烈，除了在品种、规格、质量和服务上竞争，更重要的是在成本上的竞争。事实证明，过分追求高炉龄会造生产成本的升高，影响企业的总体经济效益。从技术经济的角度来分析炉龄与成本的关系，发现炉龄的高低与最佳生产成本是有一个平衡点的，这个点对应的炉龄我们习惯称之为经济炉龄。目前经济炉龄生产模式开始被各大钢厂认可，目前国内一般经济炉龄约12 000 炉[1]，但各钢铁企业由于炉子大小、使用材料不同、产品和质量要求不同、炉体维护工艺水平不同，其经济炉龄的水平也各有不同。

1 转炉经济炉龄生产模式的意义

目前随着转炉衬砖耐材质量的提高、溅渣护炉工艺技术的不断完善以及转炉冶炼工艺的的优化，国内各钢厂炉龄达到10 000 炉以上已经不是技术难题。高的炉龄可以提高转炉的生产效率，摊薄炉衬砖耐材的成本，增加钢的产量，但随着炉龄的不断提高，新的问题逐渐显现。

1.1 转炉吨钢耐材成本不降反升

高的炉龄在前期可以使得吨钢炉衬成本有所降低，但在炉役中后期，由于炉衬砖侵蚀严重，造成补炉和溅渣护炉频次增加、单次补炉和溅渣的材料消耗加大，补炉成本增加。而转炉炉龄的提高必须是以提高转炉的综合经济指标为前提，使转炉炼钢的效益最大化。所以从综合经济效益方面考虑，转炉是需要考虑综合经济炉龄问题的。

1.2 复吹比例降低、复吹效果变差

随着炉龄的不断的增加，复吹元件堵塞和损坏都比较严重，底吹搅拌作用减弱，使得钢中碳氧浓度积也是不断增加。在终点碳相同的情况下, 碳氧浓度积高，则钢中氧随之增高。钢中氧的增高：一方面会增加脱氧剂的消耗量，增加钢的成本；另一方面降低了钢水的纯净度，影响到了钢的质量，制约了高质量、高附加值产品的生产。由此造成高炉龄所产生的效益被抵消，所以从复吹效果方面考虑，也是需要考虑综合经济炉龄问题。

1.3 中后期转炉生产效率明显下降

中后期由于转炉护炉频次和护炉时间的延长，转炉的生产效率明显下降，影响到了转炉正常产能的发挥。另外高质量、高附加值产品的生产，对生产节奏控制的要求比较严，而高频次长时间的补炉和溅渣护炉会影响到品种钢的生产组织。同时过高的炉龄还会造成炼钢厂计划检修的组织比较困难。因此从生产效率、生产组织以及计划检修角度考虑，也是需要考虑综合经济炉龄问题。

2 实现转炉最佳龄的方法和途径

2.1 强化转炉砌炉管理

转炉炉衬耐材质量、炉衬结构和砌炉质量对转炉整个炉役期的炉衬寿命起着至关重要的作用。炉衬的两个大面是整个炉衬损坏最严重的部分，主要是倒炉时高温、过氧化钢水和炉渣的侵蚀，废钢加入的冲击和兑铁的冲刷所致。因此在设计和砌筑此部位时要特别关注：一是要采用抗侵蚀性好、强度高的衬砖砌筑；二是按照工艺要求严把筑炉质量；三是适当增加此部位的衬砖厚度，弥补此部位侵蚀过快问题。

2.2 优化转炉冶炼工艺

2.2.1 严格执行转炉加料操作规程

加废钢之前在转炉的大面上铺一层活性白灰，然后加入轻薄料废钢，最后加入大块重废，避免重型废钢直接砸在衬砖上，减少废钢对衬砖的危害。同时加入的白灰和废钢在衬砖表面形成一层保护层，可以减少兑铁时，铁水对加料侧衬砖的冲刷造成的危害。

2.2.2 及时造好初期渣

冶炼开始后，铁水中Si、Mn、Fe 等物质第一时间与氧发生反应，反应过程生成大量酸性物质。此时，转炉炉渣偏酸性，前期应及时加入适量的白云石和熟石灰等碱性造渣剂，及时化渣提高炉渣碱度，保障渣线附近衬砖免受或减少熔渣侵蚀造成的损失。

2.2.3 出钢前调整好终点渣的理化性能

出钢前避免加入大量的含铁物料降温料，特别是铁矿石等含TFeO 成分较多的物料，会严重降低炉渣黏度，不利于溅渣护炉的效果。如果终点渣黏度较低时，通过加入一些造渣剂增加炉渣MgO 含量，降低炉渣TFe 含量，从而保证后续溅渣操作有效的保护转炉炉衬。终点渣最基本的要求是：碱度3.0～3.4%，MgO 含量 9～12%，TFe 含量 10～15%。另外生产过程中，尽量减少CaF2等对炉衬侵蚀损坏严重的造渣料使用。

2.2.4 提高冶炼终点碳、温、磷命中率

提高炼钢工的操作水平，提高冶炼终点碳、温、磷命中率，减少钢水过氧化和过高温频次。在保证脱磷效果的前提下提，尽可能提高渣中MgO 含量、降低FeO 含量，将衬砖的侵蚀程度降至最低。合理控制出钢操作：终点出钢前尽量少用降温辅料，如果需要时可以适量加入石灰石、白云石、铁矿石以及各种返矿作为降温辅料；轻烧白云石是作为溅渣护炉调渣剂用，而生白云石仅作为调温用，要结合炉渣状况和渣成份分析，动态调整轻烧白云石加入量；控制萤石用量，吨钢不大于3 kg；要避免温度大于1 700 ℃出钢情况，减少对炉衬的侵蚀[2]。

2.3 优化转炉衬砖喷补操作

（1）炉帽、耳轴采取半干法喷补料进行喷补维护，炉帽凹陷或掉料时可组织投补或倒料堆补；靠近耳轴部位渣线可采取喷补维护，出现凹坑使用留渣加砖方式补护，局部凹坑可使用自流料或其他散料；出钢时间比新出钢口缩短50%以上时，出钢口要进行整体更换，保证圆流出钢。

（2）选用高质量的补炉料，缩短补炉时间，延长补炉料的使用寿命，有效提高转炉作业率及钢产量。

（3）补炉周期、补护方式、补炉材料、补炉料量、烧结时间等必须严格执行相关操作规程。针对炉况差、炉衬薄弱的特殊时期，同一炉座要求低碳钢连续冶炼不超过三炉[3]。

（4）炉衬受损部位在进行喷补作业时，喷补料厚度要求不小于50 mm，并不小于10 min 的时间使其与转炉衬砖完全熔合。镁质喷补料含水20%左右，用0.4 MPa 的压缩空气喷射至局部炉衬受损部位。

2.4 提高溅渣护炉的质量

出钢后溅渣操作阶段，氧枪在转炉内吹入1.2 MPa 的高压氮气，具有一定黏度和碱度的终点炉渣受到高速、高压的氮气冲击，被冲刷到转炉内部各个方位炉衬上并均匀敷着形成“溅渣层”，起到保护炉衬，延缓炉衬侵蚀速度的功效。

（1）200 炉以下，根据炉况决定是否阶段性溅渣；200 炉役后，开始溅渣护炉；200～500 炉，每两炉溅渣一次；500 炉后，实施炉炉溅渣。

用氮控制在吨钢300 Nm3/h 左右，同时按照新旧炉衬情况进行动态调整，新炉可以酌情减少溅渣氮气用量，老炉可以酌情增加溅渣氮气用量。

（3）炉内留钢不许溅渣，低碳、高温炉次必须调渣后进行溅渣。

2.5 强化转炉底吹元件的维护

转炉冶炼过程里，底吹惰性气体的流量、压力等通过动态模型来实时控制，可使底吹气体更有效的保障钢-渣界面平稳反应，从而控制各种喷溅事故发生，吹炼后期的终点碳氧浓度积也更接近理论的平衡值。另外，底吹在降低吨钢生产成本和提高钢种质量方面有着显著的作用，同时也降低了生产事故隐患。各钢厂对转炉底吹工艺都制定了严格的操作制度，如《底吹自动化生产控制系统操作要求》、《大废钢比下转炉复吹操作规程》等。

2.5.1 控制合理的炉底厚度

转炉炉底上涨是造成底吹孔堵塞的主要原因。因此，防止炉底上涨是维护底吹元件畅通的必要条件。炉底厚度一般控制在800 mm～1 200 mm。

（1）炉底高于上限时，碱度控制趋于中下限、降低炉渣氧化镁含量，必要时安排化炉底操作。化炉底可采用吹氧或加Si-Fe。

（2）炉底低于下限时，碱度控制趋于中上限、提高炉渣氧化镁含量，低于600 mm 时组织使用自流料补护。

2.5.2 加强炉底枪的维护

（1）随时观察底枪状况，发生堵塞时应及时在转炉操作记录上反映。

（2）积极贯彻炉衬底部挂渣操作，保护炉渣-金属蘑菇头尽量平稳的状态。

（3）严格控制合理的出钢温度并减少炉内钢水等待出钢的时间。

（4）发生底吹元件堵塞时，吹炼过程中不得停止底部供气，必要时组织实施氧气吹扫。

（5）实时监测底吹系统的工作情况，特别是底吹流量异常报警时，钢出后要及时检查底吹系统管路状态，处理好底吹系统异常情况后，才可以进行下一炉次的生产操作。

2.6 加强转炉炉衬动态监控

（1）每日激光测量炉衬厚度一次，每周两次对转炉炉衬进行全面测量，其余时间测量炉底厚度。

（2）每班接班后组织测量钢水液面一次，要求数据在转炉操作记录上反映。

（3）炉龄中、后期要求炼钢工每炉出钢后都要进行炉况检查，并做记录。

（4）炉况有明显变化趋势时，动态调整阶段补护炉措施，稳定炉况，必要时下发特殊的护炉措施。

3 结语

通过对转炉经济炉龄生产模式意义的分析，明确了转炉炉龄的提高必须是以提高转炉的综合经济指标为前提，使转炉炼钢的效益和产能最大化从强化转炉砌炉管理、优化转炉冶炼工艺、优化转炉衬砖喷补操作、提高溅渣护炉的质量、强化转炉底吹元件的维护、加强转炉炉衬动态监控等方面分析了提高转炉经济炉龄的措施。

通过上述措施的实施，可以有效降低转炉冶炼和炉体维护成本，提高转炉的生产效率和产能，尤其是转炉复吹比例和复吹效果的提高，为优质和高附加值钢的生产创造了条件。实施经济炉龄生产模式，不但使转炉整个炉役都可以保持良好的炉型同时还提高了转炉耐材整个有效炉役期间的综合寿命，有助于转炉炼钢实现低成本、高质量、高效率的生产模式。