于國慶

( 三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠)

摘 要 分析低碳鋼生產模式下轉爐爐襯侵蝕的影響因素，通過優化低碳鋼轉爐冶煉過程渣料結構、濺渣調渣工藝、轉爐底吹工藝與轉爐終點拉碳工藝等措施，使得轉爐終渣 TFe 含量由 17． 7% 降低到 16． 36% ，轉爐終點溫度、碳含量、磷含量三命中率提高了 26． 64% ，轉爐終點碳氧積下降了 7． 7 × 10 － 4 ，轉爐爐底厚度極差由335 mm 減小到 100 mm，降低了終渣的氧化性，提高了護爐效果，穩定了轉爐爐型控制。

關鍵詞 底吹 侵蝕 FeO 含量

0 前言

福建三鋼閩光公司( 簡稱“三鋼”) 隨著產品結構的升級，低碳鋼生產比例不斷提高，部分成品碳含量在 0． 05% 以下的鋼種，采用“120 t 轉爐→ 130 t LF 爐精煉→( 160 × 160) mm 方坯連鑄→軋制”工藝流程生產，轉爐吹煉終點爐渣中 TFe 含量高達 32% ，高氧化性爐渣導致爐襯濺渣層剝落嚴重，濺渣時爐襯掛渣性差，降低了轉爐的爐襯壽命。為此，研究高氧化性爐渣對爐襯的侵蝕機理，降低轉爐終渣的氧化性，成為冶煉低碳鋼時強化護爐效果的重要手段。

1 冶煉低碳鋼爐襯侵蝕影響因素

1． 1 FeO 含量對濺渣層的影響

參考文獻［1］中研究闡述了不同爐渣氧化性對 CaO － SiO2 － FeO － MgO 爐渣黏度的影響，具體如圖 1 所示。從圖中可知，爐渣黏度對濺渣渣粒高度、大小、形狀、數量以及與爐壁的粘結狀態影響較大。爐渣黏度隨爐渣中 FeO 含量增加而下降，當 ω( FeO) ＞ 20% 時，爐渣黏度在 1 Pa·s 以下。爐渣黏度小，渣粒間相互結合力小，濺渣過程中爐口渣粒高度低，不易濺起，導致爐渣附著于爐襯的作用力小，濺渣層薄。

1． 2 FeO 含量對爐襯磚的化學侵蝕

轉爐爐襯已普遍采用鎂碳磚，具有磚中碳易氧化的特點。爐渣中的 FeO 經爐襯磚反應層至脫碳層，發生界面脫碳反應。隨脫碳反應的進行，爐襯磚的原質層緩慢性依次轉化為脫碳層和反應層，反應層受到侵蝕，結構發生松弛，在鋼液的沖擊下脫落進入鋼液中。脫碳后的爐襯磚進而又會受到熔渣的進一步化學侵蝕^［2］，渣中 FeO 含量越 高，侵蝕速度越快。

1． 3 拉碳期爐氣對爐襯的沖刷

拉碳期硬吹時，高壓氧氣經氧槍噴頭噴出后形成超音速氧氣射流，對熔池形成一定的沖擊深度，但因拉碳期熔池碳含量降低，脫碳反應變慢，氧氣利用率變低。脫碳反應形成的 CO 氣體，混合未參與反應的 O₂ 從熔池內逸出，自熔池渣線部位向上沖刷爐襯。而沖擊區濺起的高氧化性金屬液滴和渣粒進一步加劇了爐襯的侵蝕。

2 冶煉低碳鋼護爐措施

2． 1 冶煉與濺渣過程調渣工藝

冶煉低碳鋼，終點碳含量低，鋼水氧化性強，爐渣較稀，為稠化爐渣，要求根據鋼種內控碳含量階梯性控制冶煉過程與濺渣過程渣料的加入，見表 1、表 2。

2． 2 底吹工藝優化

在轉爐吹煉過程中以及轉爐吹煉終點提槍后，使用底吹氣體進行攪拌，對于 CO 氣泡來說，氬氣泡相當于小的真空室，可以進一步降低轉爐終點碳氧積，從而減少鋼水中的氧含量。同時冶煉中、后期適當增大轉爐底吹氣量，還可加強熔池的攪拌，更好地均勻熔池成份與溫度，使低碳鋼終點成分更具代表性。為此，冶煉低碳鋼時，將冶煉時間 9． 5 min 至終點提槍這一階段的轉爐底吹氬氣流量由原 320 Nm³ /h 提高至 650 Nm³ /h，且終點取鋼水樣后，利用成分分析等待時間，將轉爐立于垂直位，靜置 1 ～ 1． 5 min。

2． 3 拉碳工藝優化

參考文獻［3］發現煙氣中 CO 含量與脫碳速率趨勢相同，見圖 2，可根據煙氣中的 CO 含量以及裝入制度和耗氧量判斷終點碳含量，提高拉碳過程氧氣利用率，減少拉碳過低造成鋼水過氧化和金屬吹損，并減輕拉碳過程混合氣體對爐襯的沖刷。經現場試驗得知: 冶煉低碳鋼時，拉碳槍位控制在離金屬熔池液面 0． 9 m，拉碳時氧氣流量控制在 28 000 Nm³ /h，當煙氣中的 CO 含量降低至 11% ～ 20% 時，終點碳在 0． 08% ～ 0． 010% ; 當煙氣中的 CO 含量降低至 6% ～ 10% 時，終點碳在0． 05% ～ 0． 007% ; 當煙氣中 CO 含量降低至 5% 以下時，終點碳可控制在 0． 03% ～ 0． 04% 。

3 冶金護爐效果

3． 1 低碳鋼吹煉終點命中情況

工藝優化前、后低碳鋼吹煉終點命中率統計見表 3。由表中可以看出，拉碳工藝優化后，終點溫度、終點碳和磷含量的三命中率為 67． 39% ，較優化前提高了 26． 64% 。終點命中率的大幅提高，縮短了終點倒爐后的補吹時間，減少了因終點磷含量高而需要二次造渣的次數，可降低終渣中的 TFe 含量。

3． 2 終點渣樣控制

初煉終點渣樣成分控制見表 4。從表中可以看出，優化后，終點渣中的 TFe 含量為 16． 36% ，較優化前降低了 1． 34% ，MFe 含量為 7． 14% ，較優化前升高了 0． 43% ，終點渣氧化性更低，終點渣更為粘稠，濺渣過程渣粒呈塊狀飛出，附著力較強，可增大濺渣后的濺渣層厚度，有利于爐襯的維護。

3． 3 轉爐終點鋼水碳氧積控制

由表 5 可知，在終點碳含量降低 0． 012 1% 的 情況下，轉爐終點鋼水氧含量升高 8． 59 × 10 ^{－ 6} ，終點碳氧積下降 7． 7 × 10 ^{－ 4} ，鋼水的氧化性更低，可減少其對爐襯的侵蝕，有利于爐襯的維護，降低補爐料的消耗。

3． 4 爐型控制

以三鋼第二煉鋼廠 1#轉爐為例，連續冶煉低碳鋼，優化前 1#轉爐爐底厚度呈逐漸下降趨勢，爐底厚度極差為 335 mm，而工藝優化后爐底厚度極差為 100 mm，爐底厚度波動更小，爐型更加穩定，如圖 3 所示。

4 結論

(1) 通過冶煉低碳鋼工藝優化措施，嚴格控制渣料加入，將從冶煉時間 9． 5 min 至終點提槍這一階段的轉爐底吹氬氣流量由 320 Nm³ /h 提高至 650 Nm³ /h; 拉碳槍位控制在離金屬熔池液面0． 9 m，拉碳時氧氣流量控制在 28 000 Nm³ /h，煙氣中 CO 含量降低至 5% 以下時提槍停止冶煉; 倒爐后鋼水靜置 1 ～ 1． 5 min。

(2) 工藝優化后相關指標得到有效改善，轉爐終點溫度及碳、磷含量綜合命中率為 67． 39% ，較優化前提高了 26． 64% 。終渣中的 TFe 含量為16． 36% ，相比優化前降低了 1． 34% ，MFe 含量為7． 14% ，較優化前升高 0． 43% ，使得轉爐終渣的氧化性更低，在終點碳含量降低 0． 012 1% 情況下，終點氧含量升高 8． 59 × 10 ^{－ 6} ，終點碳氧積下降了 7． 7 × 10 ^{－ 4} ，終點渣更為黏稠，有利于爐襯維護。

( 3) 轉爐爐型控制更為穩定，連續冶煉低碳鋼時爐底厚度極差為 100 mm，較優化前縮小了235 mm，爐底厚度波動更小，爐型更加穩定。

參考文獻

[1]   Seok S H，Jung S M，Lee Y S． Viscosity of highly basic slags［J］． ISIJ International，2007，47( 3) : 1090 － 1096．

[2]  朱光東． 影響轉爐爐襯壽命的主要因素分析及提高轉爐爐齡的措施［J］． 天津冶金，2006( 3) : 17 － 19．

[3]   李 南，林文輝，曹玲玲，等． 基于熔池混勻度的轉爐煙氣分析定碳模型［J］． 工程科學學報，2018，40( 10) : 1244 － 1250．