提高出钢口寿命生产实践

2021-01-22鲁怀亮崔忠林

山西冶金 2020年6期

鲁怀亮，崔忠林

（金烨钢铁公司炼钢厂，山西长治046000）

转炉出钢口是钢水由转炉进入钢包的唯一通道，它是转炉的关键定型耐材，其寿命长短是反映转炉冶炼指标的综合体现之一。出钢时，可实现钢渣分离，减少钢渣流入钢包所造成的钢水污染，减轻合金元素烧损；同时，出钢口钢流对钢包钢水强搅拌，促进了夹渣和脱氧产物上浮，但是，由于其在使用过程中，受到气相氧化—组织结构恶化—磨损侵蚀等因素的影响，致使其形状不规则、出钢钢流散流、挡渣效果差等问题，导致频繁更换出钢口套砖，因此，其寿命长短不仅影响转炉的作业率，也影响钢水的质量。

1 出钢口套砖损毁机理

1）炉气的氧化。从转炉装入铁水到吹炼过程中，出钢口都处于高温氧化气氛下，吹炼过程中所产生的炉气含有大量的CO，从出钢口排出时发生C-O反应，在出钢口内壁表面生成脱碳层，直接造成出钢口的损毁。

2）钢水、炉渣的摩擦损毁及机械冲刷破坏。出钢时，出钢口要承受转炉内钢水的巨大压力，同时钢水、炉渣在流出出钢口时，与出钢口内壁产生摩擦、冲刷，直接对出钢口内壁造成机械破坏。

炉渣碱度太低或渣中的MgO含量低，会产生以下化学反应：

3）钢水、炉渣的高温熔解。在高温钢水的作用下，出钢口的材料会软化，强度显著降低，甚至会熔解，造成出钢口的损毁。

4）耐材随着温度的变化，会产生热应力，在交替的出钢和吹炼过程中，温度剧烈变化，对出钢口套管进行热冲击。

2 现状分析

目前，金烨钢铁公司炼钢厂的1座转炉已退出了生产序列，仅有1座转炉正常生产，打破了原来的铁、钢、轧生产平衡状态，炼钢工序成为制约生产平衡的关键环节，尤其是对单台套设备—转炉的稳定运行成为关键影响因素，通过对生产情况分析，转炉作业率低的主要影响因素是出钢口套管使用寿命短，平均寿命仅130次，每月因更换出钢口套管需用时30 h，造成出钢口套管寿命短的因素有：

1）终点温度高。由于生产节奏慢，铸机平均拉速2.3 m/min，转炉终点温度控制的高，平均温度1 675℃，在出钢高温时，出钢口材料会软化，强度显著降低，甚至会熔解，造成出钢口的损毁。

2）终点碳控制的低。由于长期生产Q195钢种，终点碳控制的低，平均0.04%，钢水达到出钢条件后，具有较强的氧化性，尤其是炉渣的氧化性更强，因此钢水和钢渣中的[O]会从镁碳质出钢口材料中夺取碳，从而使出钢口套砖结构疏松而强度变差。

3）采用“前塞后球”工艺执行效果差。金烨钢铁公司炼钢厂采用的是出完钢后，必须用挡渣塞堵住出钢口，快出完钢时，人工投挡渣球挡渣，但是在执行过程中，由于挡渣塞只有一个尺寸，可用于新更换的出钢口，到使用后期，使用效果变差，操作工不在堵出钢口，造成每支套管使用挡渣塞的炉数不到50%；虽然每炉出钢后期，都要人工投挡渣球挡渣，但是在操作过程中，却存在一是投球时间把控的不好，投球迟，挡渣球还没有落到出钢口上方，就出完钢，炉渣进入钢包内；投球过早，球在钢水中长时间侵蚀，影响挡渣效果；二是挡渣球密度小，投入后，浮在炉渣上方，落不下去，既增加了耐材成本，有起不到挡渣的效果。

2.1 生产节奏不稳定

由于铁水供应不稳定，炼钢生产组织采取的是低中包包龄、慢节奏模式，即当铁水存储量达到350 t时，开始组织生产，这样，每次停炉时间在6 h左右，耐材受急冷急热的影响，加剧了出钢口套管的侵蚀。

2.2 采用渣补工艺效果差

每次溅完渣后，基本上直接从炉前将炉渣倒掉，从炉后倒渣的比例不到20%，虽然从炉后倒渣，也不考虑渣性如何，能否起到护炉和维护出钢口内腔的效果，只是机械的执行工艺规定。

2.3 更换出钢口套管不规范

一是扩孔不规范，要求扩孔直径比套管外径大50～80 mm，且必须对中出钢口座砖，不允许偏斜，在实际扩孔过程中，却因操作扩孔机不熟练，存在一定的偏差；二是填料时，必须填实、烧结好，方可投用，但是填料时，在炉前采用喷补机先将外口喷堵住，待干燥后，再将炉子摇到炉后，进行人工填料，人工投料时，投料不均匀且投料部位不合适，水量控制的不合理，造成填料填充不实，烧结效果差。

3 实施过程

3.1 耐材的改进

通过与耐材厂家沟通，要求制作的出钢口套管必须是分体式套管，中间由钢管和法兰组装成一体，出钢口套管材质选用耐高温腐蚀的MT-16A镁碳砖粘贴成型，其尺寸内径为Ф160 mm，外径Ф280 mm壁厚120 mm，要求前期出钢时间不超4 min，后期出钢时间不低于1.5 min，出钢温降40～60℃，出钢温度控制在1 660℃以内（异常情况除外）。

为了快速更换出钢口套管，要求厂家重新修改了配方，选用了流动性好，烧结性能好，耐冲刷性能高的自流料，要求耐火温度1 400℃以上，粒度3～5 mm以下，可以将缝隙密实填充。

3.2 快速更换出钢口技术

快速更换出钢口技术是指停炉不停机的情况下，利用压钢时间，更换出钢口套管，要求更换时间控制在35～40 min，为此，提出了“八字方针”，即：水少、料少、填实、烘干。这就要求钻眼作业时，看好钻孔机的位子，一定要保证孔道的直线度；炉长放置出钢口套管时，控制好出钢口更换的角度，保证四周缝隙均匀；在炉前填料时，由原来的喷补改为人工填补，炉后由专人控制水量、专人投料，保证所填料在缝隙内产生一定的沸腾，确保料填实，填均匀，烘干后，快速冶炼，使套管—填充料—座砖烧结为一体。

3.3 提高终点双命中率

通过提高装准率，了解入炉料信息，摇炉工在吹炼前，根据掌握的入炉信息，准确计算渣料配加量，且在吹炼过程中，动态调整，确保整个吹炼过程温度可控，同时优化了钢包周转数量，保证红包出钢，减少过程温降，提高铸机拉速，缩短浇注时间；在提高终点碳命中率控制方面，逐步改变了以往“一拉到底”的操作习惯，提高了火焰判断能力，通过一系列措施的实施，平均终点温度控制在1 652℃以下且高温钢比例不足5%、平均终点碳0.068%且低于0.06%的比例低于15%（生产Q195除外），终点双命中率达到了80%以上。

3.4 严格执行“前塞后球”工艺

为了进一步提高出钢口寿命，根据前后前出钢口大小，要求耐材厂家提供两种不同规格的挡渣塞，要求转炉操作工每次吹炼前必须用挡渣塞堵住出钢口，避免在吹炼前期和吹炼过程中，从出钢口溢出的酸性渣和气流对出钢口耐材的侵蚀和冲刷。

在优化出钢挡渣工艺时，一是提出了挡渣球的尺寸、密度必须严格按图纸要求加工；二是要求转炉终渣作粘，且有一定的流动性，保证挡渣球投入后，能缓慢落到出钢口上方；三是优化了挡渣球投入方法，减轻对出钢口的机械撞击，要求投放挡渣球时，尽量往炉口一侧投放，使挡渣球滚动到位，避免直接撞击出钢口；四是控制好投入时机，要求钢包内钢水出至4/5时投球，杜绝早投或迟投，起不到挡渣的效果。