周 軍，鄧南陽(yáng)，潘 軍，沈思寶，張文英

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司長(zhǎng)材事業(yè)部，安徽 馬鞍山 243000)

馬鋼長(zhǎng)材事業(yè)部一區(qū)現(xiàn)有4座65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，由于轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中，爐內(nèi)進(jìn)行著極其復(fù)雜、激烈的物理化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，受高溫和惡劣條件的影響，轉(zhuǎn)爐爐襯在使用過程中易于受到侵蝕和損壞[1-6]。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐襯工作層被侵蝕至殘余厚度約為100 mm左右時(shí)，就要更換爐襯，否則，不僅增加爐況維護(hù)耐材成本，還極易發(fā)生漏鋼事故[7]。對(duì)于活爐底轉(zhuǎn)爐來(lái)說，更換爐襯前，應(yīng)先將爐底與爐身分離，然后才能進(jìn)行拆爐作業(yè)，而要使?fàn)t底與爐身完全有效分離，必須先將熔池接縫處的濺渣層清除干凈。因此，活爐底轉(zhuǎn)爐熔池接縫處濺渣層清除完全與否，是爐底與爐身能否有效分離的關(guān)鍵。

1 工況條件

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)見表1，吹煉氧槍為4孔噴頭，供氧強(qiáng)度為3.2～3.6 Nm3/(t·min)，氧槍噴頭工藝參數(shù)見表2，3支雙環(huán)縫式供氣元件底槍，底吹強(qiáng)度為0.02～0.04 Nm3/(t·min)。

表1 65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)

表2 氧槍噴頭工藝參數(shù)

2 熔池接縫處濺渣層清除措施

2.1 熔池接縫處濺渣層清除工藝原理

高溫、高(FeO)含量爐渣對(duì)熔池接縫處濺渣層具有一定的侵蝕作用。通過氧槍向爐內(nèi)吹入氧氣，利用爐渣中鐵元素與氧氣反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下[8]：

Fe(l)+1/2O2(g)=FeO(l)

(1)

由式(1)可知，在轉(zhuǎn)爐煉鋼溫度條件下，△G<0，反應(yīng)向正方向進(jìn)行，且該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后生成高溫和高(FeO)含量爐渣浸泡在熔池接縫處濺渣層。溫度是改變?nèi)墼螒B(tài)的重要參數(shù)，溫度升高，不僅可以促使熔池接縫處附著的高熔點(diǎn)固態(tài)高堿度濺渣層由固態(tài)熔為液態(tài)，同時(shí)，還可以促使?fàn)t渣內(nèi)的某些離子鍵斷裂，聚合態(tài)的原子團(tuán)分解，降低了質(zhì)點(diǎn)傳輸所需要的活化能，幫助固態(tài)渣進(jìn)一步熔化成液態(tài)渣。

圖1為CaO-SiO2-FeO渣系的粘度曲線圖，隨著渣中(FeO)含量增加，爐渣粘度隨之減小，同時(shí)，渣中富含(FeO)，自由氧離子增多，降低了渣的熔化溫度和濺渣層中物相的分解溫度，降低了渣的粘性，渣的流動(dòng)性變好[9-10]。因此，渣中(FeO)含量的增加可以促進(jìn)轉(zhuǎn)爐爐底與爐身接縫處附著的濺渣層熔解。

圖1 CaO-SiO2-FeO渣系的粘度曲線圖

熔池的沖擊深度根據(jù)A Flinn公式計(jì)算[11-12]：

(2)

式(2)中，h為沖擊深度，mm；H為氧槍槍位，mm；p0為氧氣滯止壓力，MPa；d1為喉口直徑，mm；θ為中心夾角。

由式(2)以及表2數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出，不同氧壓、氧槍槍位與沖擊深度的關(guān)系，結(jié)果如表3所示。

表3 不同氧壓、氧槍槍位與沖擊深度的關(guān)系

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐熔池深度標(biāo)高為1133 mm，熔池接縫處標(biāo)高為650 mm，兩者之間差值483 mm，該值表示金屬液面距熔池接縫處距離，也就是氧氣所需要的沖擊深度值。由表2計(jì)算結(jié)果可知，表中沖擊深度值與483 mm最為接近的，是氧槍工作壓力為0.40 MPa，氧槍槍位為1000 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的沖擊深度為488 mm。

洗爐作業(yè)時(shí)，氧槍工作壓力應(yīng)設(shè)定為0.40 MPa，供氧強(qiáng)度是正常吹煉供氧強(qiáng)度的40%～60%，可避免洗爐過程中發(fā)生漏鋼事故。氧槍槍位控制在1000 mm，一方面，有利于氧氣與爐渣內(nèi)鐵元素充分反應(yīng)，達(dá)到快速升溫并獲得高(FeO)含量爐渣的作用；另一方面，可確保氧氣射流主要作用于熔池接縫處濺渣層，并獲得較好的沖刷和攪拌效果。繼續(xù)吹氧過程中，提高氧槍槍位至2000 mm，氧氣流股對(duì)熔池接縫處濺渣層進(jìn)行弱攪拌，以提高該處濺渣層侵蝕的均勻性。

2.2 熔池接縫處濺渣層清除操作

2.2.1 停爐準(zhǔn)備

轉(zhuǎn)爐爐役計(jì)劃停爐前24 h不安排補(bǔ)爐，冶煉操作時(shí)，造渣輔料按照冶煉所需加入量參考值下限控制，爐底高度按照開新爐實(shí)測(cè)值-100～-200 mm控制。停爐前一爐出鋼完畢后，將爐內(nèi)終渣翻凈，采用激光測(cè)厚儀測(cè)量爐襯工作層厚度和爐底實(shí)際高度，為氧槍槍位、供氧強(qiáng)度以及浸泡侵蝕時(shí)間控制作參考。

2.2.2 停爐操作

爐役計(jì)劃停爐爐次，當(dāng)爐鋼水正常冶煉，鋼水出凈后，倒掉部分爐渣，轉(zhuǎn)爐倒渣參考傾動(dòng)角度100°～105°，爐內(nèi)渣量控制在25～30 kg/t鋼。

2.2.3 吹氧操作

因爐役后期，一般轉(zhuǎn)爐爐襯最薄弱工作層殘余厚度約為100 mm左右，為避免洗爐過程中發(fā)生漏鋼事故，洗爐作業(yè)供氧強(qiáng)度要求按照正常吹煉供氧強(qiáng)度的40%～60%控制，具體操作如下：

(1)倒渣結(jié)束后，轉(zhuǎn)爐搖至零位。

(2)下槍吹氧，氧槍槍位采取“低-高”控制模式，即氧壓0.3～0.4 MPa，氧氣流量6500～6750 Nm3/h，供氧強(qiáng)度1.6～1.8 Nm3/(min·t)，氧槍噴頭距爐底實(shí)測(cè)高度1000 mm，采用相對(duì)低的槍位，使氧氣與爐渣進(jìn)行充分反應(yīng)，快速升溫，在短時(shí)間內(nèi)獲得高溫和高(FeO)含量爐渣，吹氧時(shí)間5 min。

(3)當(dāng)氧氣累計(jì)量達(dá)到550 Nm3時(shí)，適當(dāng)提高氧槍槍位，氧壓0.3～0.4 MPa，氧氣流量6500～6750 Nm3/h，供氧強(qiáng)度1.6～1.8 Nm3/(min·t)，氧槍噴頭距爐底實(shí)測(cè)高度2000 mm，采用相對(duì)高的槍位，使氧氣流股主要對(duì)熔池接縫處濺渣層進(jìn)行沖刷攪拌，起到加速該處濺渣層侵蝕剝落的作用，繼續(xù)吹氧5 min。

(4)當(dāng)氧氣累計(jì)量達(dá)到1100 Nm3時(shí)，提槍至6500 mm等候點(diǎn)，停止吹氧。

2.2.4 浸泡侵蝕

吹氧結(jié)束后，浸泡侵蝕熔池接縫處濺渣層，以提高該處濺渣層侵蝕的均勻性和完全性，有利于爐底與爐身有效分離，浸泡侵蝕時(shí)間控制參照表4。

圖2 爐底與爐身接縫處濺渣層清除吹氧操作示意圖

表4 浸泡侵蝕時(shí)間控制參照表

2.2.5 檢查確認(rèn)

浸泡侵蝕結(jié)束后，將爐內(nèi)高溫和高(FeO)含量爐渣倒出1/2，參考轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度95°～100°，待轉(zhuǎn)爐倒渣結(jié)束平穩(wěn)后，觀察熔池接縫處濺渣層侵蝕情況。當(dāng)該處濺渣層侵蝕完全且存在明顯磚縫時(shí)，將爐內(nèi)剩余爐渣翻凈，洗爐作業(yè)結(jié)束。否則，參照2.2.3～2.2.5章節(jié)操作步驟，再次進(jìn)行洗爐作業(yè)，具體如下：

(1)將轉(zhuǎn)爐搖至零位，下槍再次吹氧，氧壓0.3～0.4 MPa，氧氣流量6500～6750 Nm3/h，供氧強(qiáng)度1.6～1.8 Nm3/(min·t)，氧槍噴頭距爐底實(shí)測(cè)高度1000 mm，吹氧時(shí)間3 min。

(2)當(dāng)氧氣累計(jì)量達(dá)到1430 Nm3時(shí)，適當(dāng)提高氧槍槍位，氧壓0.3～0.4 MPa，氧氣流量6500～6750 Nm3/h，供氧強(qiáng)度1.6～1.8 Nm3/(min·t)，氧槍噴頭距爐底實(shí)測(cè)高度2000 mm，繼續(xù)吹氧3 min。

(3)當(dāng)氧氣累計(jì)量達(dá)到1760 Nm3時(shí)，提槍至6500 mm等候點(diǎn)，停止吹氧。

(4)吹氧結(jié)束后，再次浸泡侵蝕熔池接縫處濺渣層2 min。

(5)浸泡侵蝕結(jié)束后，倒?fàn)t觀察熔池接縫處濺渣層侵蝕情況，直至該處濺渣層侵蝕完全且存在明顯磚縫時(shí)，將爐內(nèi)渣翻空，洗爐作業(yè)結(jié)束。

3 應(yīng)用效果

馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐爐役檢修時(shí)，該操作方法實(shí)施后，可快速將熔池接縫處濺渣層清除完全，確保爐底與爐身有效分離，進(jìn)而為后續(xù)拆爐作業(yè)提供安全保障。同時(shí)，該操作方法還具有操作平穩(wěn)和安全系數(shù)高的特點(diǎn)，洗爐作業(yè)時(shí)間可有效控制在30 min以內(nèi)。

4 結(jié)論

(1)利用預(yù)留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)爐渣中鐵元素與氧氣反應(yīng)，具有升溫迅速且反應(yīng)后產(chǎn)生高溫和高FeO含量爐渣的工藝特點(diǎn)，滿足了侵蝕熔池接縫處濺渣層所需高溫、高FeO含量爐渣的熱力學(xué)條件。同時(shí)，借助氧氣射流對(duì)熔池接縫處濺渣層進(jìn)行沖刷攪拌，又具有良好的動(dòng)力學(xué)條件，有利于該處殘余濺渣層侵蝕剝落。吹氧結(jié)束后，適當(dāng)增加浸泡侵蝕時(shí)間，可獲得更好的侵蝕效果。

(2)根據(jù)停爐前實(shí)測(cè)爐襯工作層厚度和爐底高度實(shí)際值，通過分階段對(duì)氧槍槍位、供氧強(qiáng)度、氧氣累計(jì)量以及浸泡侵蝕時(shí)間進(jìn)行合理控制，在達(dá)到爐底與爐身濺渣層清除完全的同時(shí)，避免發(fā)生漏鋼事故。

(3)該操作方法在馬鋼65 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上成功應(yīng)用，可快速將熔池接縫處濺渣層清除完全，確保爐底與爐身有效分離，進(jìn)而為后續(xù)拆爐作業(yè)提供安全保障，具有良好的推廣應(yīng)用前景。