豐年，陳 良，張 飛

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪 271104）

近年來(lái)，隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼包用耐火材料提出了更高要求。在精煉以前，鋼包只是一個(gè)儲(chǔ)存和盛運(yùn)鋼水的工具，但在精煉過(guò)程中，由于爐外精煉技術(shù)的進(jìn)步，鋼包的功能發(fā)生了變化，在鋼包內(nèi)可以進(jìn)行真空處理、吹氬、加熱、成分微調(diào)等，使得鋼包的使用條件更加苛刻。萊鋼特鋼事業(yè)部自2012年初新上VD 設(shè)備，加大了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)品種鋼的比例。由于LF-VD 處理過(guò)程鋼包渣線在真空環(huán)境下工作，鋼包渣線鎂碳磚侵蝕嚴(yán)重，渣線部位多次出現(xiàn)孔洞和渣溝，造成了鋼包使用中頻繁下線，影響了生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)也給安全埋下了隱患。渣線鎂碳磚壽命低已經(jīng)成為轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)品種鋼開(kāi)發(fā)的限制環(huán)節(jié)。本研究針對(duì)影響渣線鎂碳轉(zhuǎn)壽命的原因進(jìn)行分析并提出提高渣線壽命的改進(jìn)措施。

1 鋼包使用條件及工藝參數(shù)

萊鋼特鋼事業(yè)部銀山前區(qū)生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→600 t混鐵爐→80 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→90 t LF精煉爐→90 t VD 爐→六機(jī)六流連鑄機(jī)。主要生產(chǎn)合金鋼、齒輪鋼、軸承鋼等。

LF爐主要技術(shù)參數(shù)：額定處理量90 t，變壓器額定容量18000 kVA，鋼水升溫速度4.5～5.0 ℃/min，電極直徑400 mm，氬氣壓力1.6～2.0 MPa。

VD 爐主要技術(shù)參數(shù)：真空保壓時(shí)間15 min，主泵抽氣能力400 kg/h，極限真空度25 Pa，工作真空度67 Pa，氬氣系統(tǒng)工作壓力0.8～1.0 MPa。

90 t LF-VD 鋼包使用條件：1）LF 爐精煉時(shí)間35～40 min，LF進(jìn)站溫度1560～1580 ℃，出站溫度1615～1630 ℃。2）VD 爐真空脫氣及真空保壓時(shí)間20～25 min，進(jìn)站溫度1595～1610 ℃，出站溫度1550～1565 ℃。3）雙透氣磚全程智能吹氬處理，石灰、螢石、電石及碳化硅調(diào)整爐渣。4）精煉通電制度采用高電壓低電流長(zhǎng)弧操作，爐渣化好后采用低電壓高電流埋弧作業(yè)。5）鋼水在包內(nèi)平均停留時(shí)間大約80 min。

2 渣線鎂碳磚侵蝕原因分析

鋼包渣線使用MT14A 鎂碳磚砌筑，厚度220 mm。在使用中發(fā)現(xiàn)進(jìn)VD的鋼包渣線侵蝕嚴(yán)重，有時(shí)出現(xiàn)渣線部位包殼發(fā)紅現(xiàn)象，電極弧點(diǎn)部位渣線侵蝕也相當(dāng)嚴(yán)重。鎂碳磚的損毀過(guò)程［1］：氧化—脫碳—疏松—侵蝕—沖刷—脫落—損毀。由于碳的氧化脫除，使磚體組織疏松脆化，在鋼液的沖刷下被磨損；同時(shí)，由于碳的氧化脫除及磚體疏松，爐渣向脫碳層滲透，并與鎂砂顆粒反應(yīng)。鋼包經(jīng)過(guò)LF、VD精煉處理，受到電弧光、真空以及鋼渣的沖刷，加速了渣線部位的侵蝕。

2.1 精煉熔渣的侵蝕

渣中CaO、SiO2以及CaF2與磚的化學(xué)反應(yīng)，使磚面形成熔渣滲透層，而基質(zhì)為硅酸鹽所充填［3］。顆粒邊緣形成的低熔點(diǎn)硅酸鹽相，有不穩(wěn)定C2S（熔點(diǎn)2130 ℃）、C3MS2（1540 ℃分解）、CMS（熔點(diǎn)1450 ℃）和黃長(zhǎng)石等，造成內(nèi)襯不連續(xù)的損毀。

渣中FeO 及Fe2O3對(duì)耐火材料的侵蝕。低堿度熔渣中FeO的活度大，F(xiàn)eO擴(kuò)散速度快；高堿度的熔渣中FeO 活度小，F(xiàn)eO 擴(kuò)散速度慢。萊鋼鋼包精煉末期w（CaO）/w（SiO2）比值均不高，熔渣中FeO 含量較高時(shí)，活度較大，從MgO-FeO-Fe2O3三元相圖［5］可知，此時(shí)熔渣對(duì)鎂碳磚中的鎂砂顆粒有較強(qiáng)的溶解能力。渣中MgO含量低，加速了MgO-C磚中的MgO向熔渣中擴(kuò)散溶解。

2.2 高溫真空加速鎂碳磚損毀

鎂碳磚在高溫真空下會(huì)加速離解和揮發(fā)，真空脫氣帶來(lái)的失重使材料的強(qiáng)度和荷重軟化溫度降低，加速鎂碳磚的蝕損［2］。由于MgO 與碳反應(yīng)的產(chǎn)物都是氣體，降低壓力或抽真空都使MgO與碳反應(yīng)的開(kāi)始溫度大為下降。壓力對(duì)CO 與MgO 生成Gibbs自由焓及MgO與碳開(kāi)始反應(yīng)溫度的影響見(jiàn)圖1。真空精煉時(shí)間長(zhǎng)（平均達(dá)25 min），在真空下（67 Pa）還需保持15 min。在高真空度條件下（如67 Pa），理論上該反應(yīng)溫度降低到1244 ℃，即精煉溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于反應(yīng)溫度，MgO（磚）＋C（磚、鋼）→Mg（氣）＋CO（氣）將激烈進(jìn)行。MgO＋C反應(yīng)在不同真空度條件下的自由焓與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖1 壓力對(duì)自由焓及開(kāi)始反應(yīng)溫度的影響

圖2 不同真空度下自由焓與溫度的關(guān)系

2.3 精煉爐長(zhǎng)時(shí)間大幅度提溫

在生產(chǎn)中由于放鋼溫度低，精煉長(zhǎng)時(shí)間大幅度提溫，造成電極附近的爐渣溫度過(guò)高，再加上該部位正好處于兩透氣磚遠(yuǎn)端，屬環(huán)流死區(qū)，鋼渣溫度無(wú)法及時(shí)傳遞，造成弧點(diǎn)部位渣線侵蝕。

3 提高鋼包渣線磚壽命的措施

3.1 優(yōu)化精煉渣系

精煉過(guò)程中加入輕燒白云石，提高渣中MgO濃度。將精煉過(guò)程渣的MgO 含量控制到接近其飽和濃度，從而獲得較好的精練效果；再將終渣中的MgO含量控制在飽和濃度以上，使終渣處于液固狀態(tài)，適當(dāng)提高熔渣的堿度和黏度。控制轉(zhuǎn)爐下渣量，降低渣中FeO含量。調(diào)整前后爐渣成分見(jiàn)表1。

表1 調(diào)整前后精煉爐渣化學(xué)成分 %

精煉爐渣堿度控制在4.2～5.0 范圍內(nèi)，渣中FeO 含量控制在0.5%左右，同時(shí)調(diào)整好爐渣的黏度，渣中MgO 含量控制在12%左右，可有效降低爐渣對(duì)鎂碳磚的侵蝕。

3.2 改進(jìn)渣線磚材質(zhì)

MgO-C 磚的熔蝕與鎂砂的性狀有密切關(guān)系。研究表明［4］：使用的鎂砂純度越高，雜質(zhì)中B2O3少，C/S比高時(shí)，襯磚的耐侵蝕性好。圖3為碳含量對(duì)渣線MgO-C 磚熔損深度的影響，從圖3 中可以看出，低碳鎂碳磚抗氧化性能較好，碳含量高的鎂碳磚抗熔渣侵蝕性較好。這主要是因?yàn)殒V碳磚的氧化是磚中石墨的氧化，但是石墨對(duì)爐渣具有不潤(rùn)濕性，所以碳含量高的鎂碳磚抗熔渣侵蝕性較好。圖4為鎂砂的成分及方鎂石顆粒尺寸與MgO-C 磚耐侵蝕性的關(guān)系。從圖3、圖4 中可以得出，選用純度高的鎂砂作原料，碳含量在14%的鎂碳磚作鋼包渣線較好。改進(jìn)前（普通純度）后（高純度）鎂砂的化學(xué)成分見(jiàn)表2，表3是改進(jìn)前后鎂碳磚的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

圖3 碳含量對(duì)渣線MgO-C磚熔損深度的影響

圖4 鎂砂的純度與MgO-C磚耐侵蝕性的關(guān)系

表2 改進(jìn)前后鎂砂的化學(xué)成分 %

表3 精煉鋼包渣線鎂碳磚的理化指標(biāo)

改進(jìn)渣線鎂碳磚的材質(zhì)，選用純度高的電熔鎂砂作原料，碳含量控制在14%左右，可有效提高渣線的抗侵蝕性。

3.3 控制吹氬制度及通電制度

精煉工序制定異常情況下的氬氣控制要求，出現(xiàn)爐前放鋼溫度低需精煉爐大幅度提溫的情況，LF爐采用智能吹氬和手動(dòng)控制相結(jié)合的吹氬模式。通過(guò)手動(dòng)控制大氬氣間斷性的攪拌促進(jìn)電極附近鋼渣熱量傳遞，避免此處爐渣溫度過(guò)高對(duì)渣線鎂碳磚破壞性的侵蝕。VD 爐采用分階段氬氣控制模式：真空度達(dá)到67 Pa前，氬氣流量5～10 NL/min；真空度＜67 Pa保持階段，氬氣流量20～60 NL/min；破空前及軟吹階段，氬氣流量5～10 NL/min。同時(shí)控制好精煉通電制度，通電開(kāi)始時(shí)采用高電壓、低電流長(zhǎng)弧操作，爐渣化好后使用低電壓、高電流埋弧操作。

3.4 加強(qiáng)鋼包運(yùn)行控制及維護(hù)

生產(chǎn)中加強(qiáng)鋼包運(yùn)行控制，加強(qiáng)紅包周轉(zhuǎn)，減少鋼包非連續(xù)使用造成鎂碳磚內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力而產(chǎn)生開(kāi)裂和剝落現(xiàn)象。尤其是渣線部位，由于距包口很近，空包降溫幅度大。生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)好，降低鋼包壓鋼率，同時(shí)要加強(qiáng)鋼包的烘烤及維護(hù)，鋼包渣線涂抹料，電極弧點(diǎn)處采用挖補(bǔ)技術(shù)更換渣線鎂碳磚。鋼包烘烤制度由原來(lái)的小火16 h、中火16 h、大火16 h調(diào)整為小火8 h、中火12 h、大火8 h。烘烤時(shí)渣線部位涂1 mm 厚防氧化涂層，避免鋼包長(zhǎng)時(shí)間烘烤造成渣線鎂碳磚脫碳層過(guò)厚。

4 改進(jìn)效果

采取上述改進(jìn)措施后，LF-VD鋼包渣線鎂碳磚侵蝕過(guò)快現(xiàn)象得到有效控制，沒(méi)有再出現(xiàn)鋼包渣線凹坑過(guò)深、渣線侵蝕過(guò)快發(fā)紅的現(xiàn)象，精煉電極弧點(diǎn)處的渣線磚侵蝕過(guò)重現(xiàn)象也得到了有效控制。對(duì)50次中修鋼包渣線磚厚度進(jìn)行測(cè)量，厚度大約在50～60 mm，滿(mǎn)足使用要求，渣線壽命由35次提高到50次。渣線磚平均每爐侵蝕厚度3.2～3.6 mm，達(dá)到了預(yù)期的效果。

［1］王誠(chéng)訓(xùn)，孫煒明.鋼包用耐火材料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：21-24.

［2］李楠.耐火材料與鋼鐵的反應(yīng)和對(duì)鋼質(zhì)量的影響［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008：26-29.

［3］肖衛(wèi)軍.簾線鋼鋼包渣線磚侵蝕分析及提高壽命的工藝措施［J］.特殊鋼，2007，28（1）：55-56.

［4］劉海強(qiáng)，程官江，張振申.提高100 t精煉鋼包壽命的分析與工藝措施［J］.鋼鐵研究，2004（6）：5-6.

［5］孫宇飛，王雪梅.鎂質(zhì)和鎂基復(fù)相耐火材料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010：41-42.