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摘要:转炉冶炼是一个复杂的物理化学过程。在整个炉役期间,转炉炉衬受到高温、物理冲击、烟气冲刷以及化学侵蚀。随着炉龄的增长,这些因素导致炉衬逐渐变薄。在当前钢铁行业,提高转炉炉龄已成为研究热点,通过延长炉龄不仅可以减少停炉时间、提高生产效率,还能降低生产成本和提升产品质量。文章针对阳春新钢铁1#120吨转炉的全炉役过程,通过对2023年3月9日-2024年3月8日间共计16378炉次的炉衬厚度监测,发现转炉薄弱部位集中在前大面、前渣线、后大面最薄处残厚仅为140mm左右。为探明炉衬侵蚀的机理及其影响因素,文章综合考虑了炉渣中MgO、TFe和TiO2含量,以及出钢温度等参数对炉衬侵蚀的影响。
关键词:转炉炉衬;温度控制;MgO含量;炉龄延长
1转炉炉衬损伤及侵蚀机理
1.1机械作用对炉衬的损伤
由于废钢种类、形状、大小及块度各异,废钢在入炉过程中会撞击转炉的前大面。重量较大且带有棱角的废钢对前大面的冲击尤为显著,导致更严重的损伤。此外,铁水因其高密度,在产生动载荷时的冲击、冲刷及机械磨损,也会对炉衬造成显著损害[1-3]。
1.2温度及化学反应对炉衬的损伤
由于转炉炉衬长期处于约1600℃的高温环境,在受热时会产生巨大的膨胀应力,在兑入铁水、废钢、提枪及加料过程中,炉内温度的急剧变化会引起显著的温差应力,加之外力作用,导致炉衬损伤。
转炉炉衬主要采用镁碳砖进行砌筑,镁碳砖中碳含量较高,与熔渣的温润性较差,从而阻碍熔渣向砖体内渗入。在转炉冶炼过程中,镁碳砖表面的C与熔渣中FeO、O2、CO2等氧化性较强的物质进行氧化作用,加之高温条件下MgO的还原作用,使得镁碳砖表面发生脱碳反应,砖体遭到熔损。其化学反应方程式如(1)~(3):
FeO+C→CO+Fe(1)
CO2+C→2CO(2)
MgO+C→Mg+CO(3)
2炉役过程炉衬厚度变化规律研究
2.1炉衬厚度变化分析
某钢铁炼钢厂1#转炉自2023年3月9日投产至2024年3月8日进行拆炉作业,炉龄共计16378炉。炉役过程通过定期检测,发现转炉的薄弱部位主要集中在前大面、前渣线、后大面以及熔池前渣线等区域。新炉测厚情况,如图1所示。炉役洗炉后测后情况,如图2所示。新炉和炉役末期的厚度对比情况,如表1所示。
2.2炉衬厚度测量数据分析
通过对历史炉衬厚度测量数据的收集和分析,结合关键参数(如MgO含量、碱度(R)、出钢温度、炉渣TFe),以炉龄每500炉次为间隔,对转炉炉容比及炉身前渣线厚度进行测厚比较分析。
由图3可知,随着炉役的增加,炉容比总体呈增大的趋势,炉役前期在炉龄达到3500炉次左右时,炉容比有逐渐减小趋势,分析主要原因为炉役前期溅渣护炉频率高及溅渣时间较长,转炉炉内溅渣层厚度增加导致炉内容积减小。炉龄达到5000炉以后随着炉龄的增加,转炉炉衬砖由于受到机械冲击及冶炼过程炉渣、钢水侵蚀,炉衬砖逐渐减薄炉内容积逐渐增大,炉容比也相应增加。
如图4所示,炉身前渣线随着炉龄的增长而不断减薄。由于在炉役过程中,大面及接缝区域经常采用补炉手段进行维护,前渣线的厚度变化能够更真实地反映炉衬侵蚀状况,因此对前渣线厚度变化单独进行分析,以便更准确地评估炉况。
3炉衬侵蚀的影响因素研究
3.1渣中MgO含量的影响
炉身前渣线厚度与渣中MgO含量之间的关系,如图5所示。研究发现,渣中MgO含量与炉衬厚度基本呈正相关关系,即MgO含量越高,炉衬厚度越大。炉渣MgO含量应控制在7%以上。
3.2渣中TFe含量的影响
炉身前渣线厚度与渣中TFe含量的关系,如图6所示。结果表明,渣中TFe含量与炉衬厚度呈负相关,即渣中TFe含量越高,炉衬厚度越薄,侵蚀程度越严重。为此转炉终渣中TFe需控制在14%以内。
3.3渣中TiO2含量的影响
图7展示了炉身前渣线厚度与渣中TiO2含量的关系。研究发现,渣中TiO2含量越高,炉衬的侵蚀程度越严重。通过铁水罐加入返矿粉配合铁水捞渣工艺降低铁水Ti含量,炉衬侵蚀恢复正常。
4结论
首先,转炉炉衬在整个炉役过程中主要受到机械作用、高温、化学反应以及炉气冲刷的共同作用影响,炉衬的侵蚀行为呈现复杂的多因素耦合作用机制,薄弱部位主要集中在前大面、前渣线、后大面及熔池前渣线。
其次,炉渣中的MgO、TFe及TiO2含量以及出钢温度等参数对炉衬的侵蚀速度具有显著影响。通过合理控制这些参数,可以在一定程度上延缓炉衬的侵蚀速率,延长转炉的使用寿命。
最后,本研究提出的维护优化策略,已在阳春新钢铁120吨转炉中得到应用,并显示出显著的炉衬寿命延长效果。从而提升整体生产效率,降低生产成本。
参考文献
[1]渠松涛.提高转炉炉龄的实践[J].冶金与材料,2023,43(11):124-126.
[2]王连全,马兵书,王飞宇.高冶炼强度下转炉炉体维护实践[J].天津冶金,2022(4):29-32.
[3]黄景发,提高转炉炉衬使用寿命的具体措施[J].黑龙江冶金,2014,24(3):39-40.
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