“一包到底”铁水包漏铁事故分析及对策

王 凯 鲁 俭 魏继东 李宏伟

首钢京唐公司炼铁作业部 河北唐山063200

某钢铁公司炼铁作业部铁水包容积分别为200和300 t，铁水包全部采用“一包到底”的铁包接铁、铁水运输、KR脱硫的运行模式，取消了炼钢倒罐坑，减少一次铁水倒包作业工序，具有缩短工艺流程、布置紧凑等特点［1］。采用铁水包的“一包到底”工艺技术优点突出。但铁水包在高炉下接铁水时不仅承受更严重的破坏冲击，也在进入炼钢厂后进行铁水预处理KR脱硫时承受着强烈的机械搅拌、各种脱硫剂的化学侵蚀及剧烈的温度波动，导致铁水包寿命降低［2］。2019年该公司TX06和T41铁包分别在3＃高炉和2＃高炉炉下接铁过程中发生了铁水包漏铁事故。本文中，对异常损毁的残砖、新砖和各种铁包渣进行系统详细分析，查找事故发生的具体原因，并制定相应措施避免漏包事故再次发生。

1 铁水包漏铁事故追踪

1.1 TX06铁包漏铁事故

2019年7月11日7时20分发现TX06铁水包（200 t）在3＃高炉1道出铁过程中底部侧面出现漏铁现象，包龄58次，在接第59次铁时发生漏包。该包在7月8日19时20分在钢轧接15 t回炉钢，钢水回炉后包内黏钢约4 t，分调于22时30分通知下线。7月9日2时50分进入修砌间厂房，4时安排烘烤。7月11日4时11分绑定上线。

事故发生后对漏铁TX06铁包进行检查，发现该铁包底部侧面靠近耳轴处耐材已大面积被侵蚀，0.5 m×1.2 m范围内包壁砖已全部被侵蚀掉，铁水烧穿包底永久层和铁包壳后漏出。

1.2 T41铁包漏铁事故

2019年10月18日21时34分，T41铁水包（300 t）在2＃高炉接铁过程中，发生包底漏铁事故，漏铁水58.6 t，铁水包包底中心部位的Al2O3－SiC－C砖大面积缺失。该包2019年9月10日上线，期间包沿热处理3次，共加渣铁19次（每次3 t）。第89炉时热检状态良好，第91炉和93炉时最后两次加渣铁，第96炉接铁过程中发生穿漏。

对T41铁包进行检查。发现铁包漏铁点位置在包底偏向大包嘴方向，漏点孔洞直径约80 mm。孔洞周边半径约1.8 m范围内两层包底砖（约300块）消失，只附着一层浇注残料，残料上面附着一层泡沫渣。

2 铁包砌筑工艺

该公司铁水包分300 t和200 t两种，砌筑工艺和耐材理化指标标准相同：包底永久层采用高铝莫来石浇注料进行整体浇筑，包底工作层采用Al2O3－SiC－C砖进行砌筑，包壁隔热层采用纳米绝热板进行包覆，包壁永久层采用双层叶蜡石砖进行砌筑，包嘴采用Al2O3－SiC－C浇注料进行整体打结，填缝采用Al2O3－SiC浇注料，工作层砌筑配套采用砌筑火泥，蜡石砖砌筑采用叶蜡石火泥。

3 耐材及渣铁取样分析

3.1 铁包砖的化学组成分析

发生漏包事故后，取样铁包包底工作层Al2O3－SiC－C新砖和事故包（T41）的包底残砖，进行化学组成分析，其结果见表1。从表1可知，新砖和残砖的化学组成差别不大，残砖的Fe、Ca等含量稍高，新砖和残砖的C和SiC稍有差别，但符合铁包砖的标准。

表1 铁包工作层耐火砖的化学组成

3.2 铁包渣的化学组成分析与熔点的测定

发生漏包事故后取样送检了7种渣（300 t事故包的包底气泡渣、包壁渣、包壁和包底渣、包口渣，200 t事故包的包口渣、包底渣、包沿渣），这7种渣的化学组成和熔点见表2。从表2可知：1）200 t包沿渣主要含有CaO和FeO，而其余渣的主要成分是SiO2、Al2O3、CaO和FeO。2）包底气泡渣中的MnO、TiO2相对较多，且相比包壁和包底渣、包壁渣来说，CaO含量较多。因为铁水包所加的渣铁中CaO含量较高，CaO会与砖中Al2O3及SiO2反应形成低熔点相。3）几种渣中总铁含量、FeO含量均较高，特别是200 t包沿渣的。大量的Fe的氧化物与耐材中的C和SiC发生反应［3］，生成CO或CO2，严重破坏砖体结构，大大降低砖的强度，可造成砖的损坏；同时，加剧了渣铁通过裂纹向砖体内部的渗透，进而导致耐材的剥落损毁。

表2 铁包渣的化学组成和熔点

3.3 残砖分析

取事故包T41的包底残砖，对其不同位置进行扫描电镜和能谱分析，其结果见图1和表3。可知：残砖中含有大量的Fe元素，预示渣中的Fe的氧化物渗透到Al2O3－SiC－C材料中，并与材料中的C和SiC发生反应；渣中的Ca、Ti、Mn和Fe与砖中Al2O3及SiO2反应形成低熔点相；Ca的渗透深度大于Fe的。

图1 残砖的SEM照片

表3 图1中各区的能谱分析

3.4 抗渣试验

按GB／T 8931—2007采用静态坩埚法对现场包底工作层Al2O3－SiC－C新砖进行了抗渣试验，钻取孔径57 mm、深度45～50 mm的孔，装入200 g渣，在埋碳条件下1 500℃保温3 h热处理［3］，冷却后观察渣侵情况（见图2）。所选用的渣是表2中6种渣（200 t包口渣除外），所有渣在破碎过程中并未进行除铁。

图2 包底工作层Al2O3－SiC－C新砖抗渣试验后的剖面图

抗渣试验结果见表4。结合表2可知，200 t正常包沿渣中FeO含量非常高，在氧化性气氛中，产生泡渣现象，4＃试样侵蚀也最严重；事故包的包底气泡渣、包壁渣、包壁与包底混合渣相对渣侵较严重；200 t包底渣渣侵最轻。分析得出渣侵蚀与渣中FeO和CaO含量高低有直接关系。

表4 抗渣试验结果

3.5 分析讨论

2019年该钢铁公司铁水包发生两次漏包事故的主要原因是渣的化学侵蚀造成的。渣中含有大量的铁的氧化物造成包底和包壁砖中的C或SiC的氧化或分解，造成了砖的快速的异常侵蚀；渣中的CaO和MnO等氧化物渗透到砖的内部与砖中的成分生成低熔点相造成砖的熔损［4］。

铁包砌筑采用Al2O3－SiC系耐火材料，具有良好的抗侵蚀性，在铁水包使用上也取得了很好的效果，但在铁包“一包到底”生产模式下，铁包在脱硫过程中铁包壁耐材易挂脱硫渣铁，Al2O3－SiC系耐火材料抗碱性渣和抗FeO侵蚀效果不好，应开发和应用低碳的镁铝尖晶石碳化硅碳砖，或镁钙系或镁质耐火材料，以期获得具有抗热震性能良好和抗渣性能优异的铁水包砖［5］。

4 应对措施

当前该公司铁水包采用“一包到底”运行模式，铁包工作环境比较恶劣，同时为了充分利用固废，长期加入脱S渣铁，在因炼钢工序影响时，铁包内需接纳加回炉钢，铁水包耐材存在加速侵蚀现象，存在漏铁的隐患，通过分析漏包事故的原因，采取积极应对措施避免类似事故的再次发生，具体措施如下：

（1）铁包热检岗位要严格执行铁包每包必检的规定。对在线运行的铁水包采取翻包检查、平台检查、包沿热态处理过程检查等，发现包底、包壁侵蚀、剥落、砖缝渗铁较多等问题隐患要及时甩包。

（2）做好铁包加脱S渣铁的检查工作；认真核对加渣铁的包号、包龄，监督加渣铁数量，不允许超规定加渣；定期测定回吃渣铁的化学成分，当渣铁中的铁的氧化物含量高时（以产生泡沫渣现象为限）应杜绝使用。一旦因加入渣铁导致铁水包内出现严重的泡沫渣现象后，对用后铁水包包衬进行严格的检查。

（3）铁水在KR脱硫站脱硫后，包壁渣线及包沿附着的渣铁及时清理。

（4）禁止包内有剩铁、剩渣（加渣未冲兑）的铁包下线烘烤，如下线烘烤会产生大量的铁氧化物，再次上线会严重侵蚀铁包耐材。

（5）严格监督铁包加回炉钢过程，尽快倒尽铁包内回炉钢，包壁黏结的回炉钢及时接铁水冲刷干净，禁止未冲刷干净的接回炉钢铁包下线烘烤再上线。