120 t双水口LF精炼钢包生产实践

2024-01-10李明军

山东冶金 2023年6期

李明军

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司炼钢厂，山东济南 271104）

1 前言

山钢股份莱芜分公司炼钢厂目前拥有两条10机10 流小方坯连铸机生产线，采用双中间包浇注模式。为了满足炉机匹配的生产要求，选用双水口双透气砖钢包设计。投产初期受生产组织、转炉操作、精炼工艺等影响，连铸工序浇注温度高，导致精炼出站温度高，转炉终点控制差，终点碳低、钢水过氧化炉次多，钢包内衬侵蚀严重；加之由于设备故障原因，连铸工序异常停机，导致钢水长时间停留在钢包内，严重降低钢包使用寿命。

由于钢包内衬侵蚀严重，渣线部位掉砖现象时有发生，钢包包壳发红，穿包隐患极大，已影响钢包的安全使用，制约生产稳定顺行。如何在全LF 精炼条件下提升钢包安全运行系数，对双水口全精炼钢包寿命提升进行了研究。

2 影响钢包寿命的因素

钢包其初始作用是承接转炉或电炉冶炼完的钢水，把钢水运送到精炼工序进行处理或连铸工序进行浇注。随着炼钢技术的发展，钢包作为钢水二次冶炼反应的容器，又增加了如下功能：加热、真空脱气（脱氢、脱氧）和去除夹杂；合金化、均匀成分和温度；造渣（脱硫）等功能。随着炉外精炼技术的进步，对钢包内衬的材质、寿命要求也越来越苛刻。

目前分公司炼钢厂钢包内衬设计为复合砌筑钢包，渣线部位使用镁碳砖砌筑，因为镁碳砖在耐火度、抗侵蚀性和抗热震性等性能要求方面表现稳定良好。通过对下线包况进行观察，钢包渣线部位、包底冲击区出现明显侵蚀，且渣线部位侵蚀最为严重，对钢包寿命的影响最大。

2.1 渣线镁碳砖的侵蚀分析

对于渣线镁碳砖的损毁机理已有众多学者进行了深入研究，得出镁碳砖的侵蚀过程为：氧化→脱碳→疏松→侵蚀→冲刷→脱落→损毁［1］。钢包在精炼过程中，渣线镁碳砖所含碳与熔渣中的氧化铁以及氧化镁于高温下发生反应，在镁碳砖表面形成脱碳层。由于碳的氧化脱除，镁碳砖内部网络结构被破坏，使砖体组织疏松脆化，在钢液的冲刷下侵蚀加剧。同时，由于砖体结构疏松，炉渣通过脱碳层向内部渗透，与镁砂颗粒发生反应［2］，使镁碳砖不断由里向外氧化分解，并且伴随着结构剥落，然后被钢渣冲刷掉，逐渐侵蚀使砖层厚度变薄。

2.2 包底的侵蚀分析

由于钢水温度高，精炼通电功率大，过程搅拌强烈，对钢包内衬耐火材料的冲刷更为严重。特别是包底工作层与高温钢水接触时间最长，承受的钢水静压力最大，工作环境更恶劣。包底使用浇注料打结而成，随着包龄的提升，包底冲击区部位因钢水冲刷侵蚀出现凹坑，存在较大安全隐患，同时影响钢水的浇注利用率。

2.3 炉渣碱度

在精炼过程中，当加入的石灰量较少时，会导致炉渣碱度较低，呈弱酸性。而镁碳砖为碱性耐火材料，两者在高温条件下易发生化学反应，造成镁碳砖的分解。碱度降低，炉渣变稀，在底吹搅拌过程中加剧钢包渣线部位的冲刷侵蚀。

炉渣中的CaO、SiO2通过脱碳层进入至方镁石晶粒周围，与MgO 发生反应，生成CMS、C2MS3等低熔点化合物，在这些低熔点化合物的作用下，方镁石晶粒进入渣中，造成镁碳砖砖体结构疏松而逐步发生熔损［3］。

2.4 精炼过程控制

由于生产节奏影响，大部分炉次精炼周期过短，化渣不良；加之对超高功率电极的使用缺乏实际经验，一味追求大电压高功率快速提温，埋弧效果差，弧流直接作用于镁碳砖，造成钢包渣线部位侵蚀明显，渣线掉砖时有发生。对前期下线钢包包况观察，包壁渣线镁碳砖上孔洞较多，经分析是由于精炼通电过程中炉渣埋不住弧或埋弧效果差，电弧光热辐射所致。

3 关键技术开发应用

3.1 钢包内衬复合砌筑技术

依据钢包不同区域侵蚀情况，合理设计钢包内衬复合砌筑结构：针对渣线侵蚀较严重的部位，更换以电熔镁砂和大结晶镁砂为主原料的渣线镁碳砖；针对包底冲击区冲刷侵蚀出坑的情况，在冲击区部位增设“迎钢台”；针对包口料不耐冲刷侵蚀的情况，使用刚玉料封包沿（见图1）。

图1 双水口钢包内衬复合设计情况

针对侵蚀最严重的渣线部位选用了两种砌筑方法：

①永久层渣线部位高铝质浇注料换用刚玉质浇注料，由于刚玉更耐侵蚀的特性，即使渣线镁碳砖被侵蚀掉，当炉也不会造成穿包危险。②渣线部位使用双渣线砖进行复合砌筑，当工作层镁碳砖侵蚀掉落后，还有安全层镁碳砖，利于验包人员及时作出研判。

3.2 精炼喷粉调渣技术

通过喷吹白云石粉和焦末，改善精炼冶炼过程炉渣成分和氧化性，减少精炼过程炉渣对钢包内衬侵蚀。

在精炼炉盖增上环形喷粉装置（见图2），喷粉装置为环形中空钢管，安装在精炼炉盖下方，距炉盖外侧300 mm，与钢包相对面有若干间距直径为15 mm的喷吹孔，喷吹孔中心线与垂直线角度为偏向炉盖中心15°，此角度在喷吹时可有效将喷粉喷至电极外侧炉渣表面50～100 mm 处，使喷粉与炉渣快速融合，改善炉渣成分和氧化性。

图2 环形喷粉装置

待转炉出钢完毕钢包进站后，根据炉转炉终渣指标、渣量选择精炼过程白云石粉面喷吹模型，喷吹模型主要根据转炉终渣指标情况和出钢后钢包内炉渣量，确定白云石粉面和焦末喷吹数量，喷吹后可使钢包内炉渣成分和氧化性等指标（炉渣中MgO和FeO）在保证精炼效果同时减缓对钢包内衬的侵蚀。

3.3 电极溅渣补包技术

借用转炉溅渣护炉技术原理，通过电极弧流作用，将MgO含量达到饱和或过饱和的终点渣溅到包壁上，通过后续钢包运转过程中炉渣冷却、凝固，在钢包内衬表面上形成一层高熔点的熔渣层，并与包壁内衬很好地黏结附着。溅起炉渣层耐蚀性较好，同时可抑制渣线砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温渣对渣线砖的侵蚀冲刷，从而保护钢包内衬，提高钢包使用寿命。

参考CaO、Al2O3、SiO2三元渣系相图并根据现场炉渣实际化验结果，要求炉渣中氧化镁含量需达到8%以上，炉渣具备一定的流动性和黏稠度。炉渣稀薄溅不起来，炉渣过于黏稠无法很好地粘结附着。在钢水温度、成分满足要求准备进行软吹后出站的情况下，调整底吹气源流量保持液面平稳，选用低电压、高弧流进行短弧操作，将炉渣溅到钢包内衬上，在钢包内衬形成一定厚度的渣层，延长钢包内衬寿命。