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        延長(zhǎng)首鋼京唐200 t鐵包包齡實(shí)踐

        2022-10-19 07:15:36張建魏繼東
        耐火材料 2022年5期
        關(guān)鍵詞:周轉(zhuǎn)率

        張建 魏繼東

        首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鐵作業(yè)部 河北唐山063200

        首鋼京唐公司200 t鐵包總高5 620 mm,鐵包上口外徑4 510 mm,鐵包底口外徑4 084 mm,鐵水最大裝入量220 t。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明,鐵包砌筑質(zhì)量及上線(xiàn)前的烘烤過(guò)程已經(jīng)不再是鐵包包齡的限制環(huán)節(jié),制約鐵包包齡的因素是服役包況。京唐公司200 t鐵包的包況較為惡劣,表現(xiàn)為100%的脫硫率,KR脫硫過(guò)程的高轉(zhuǎn)速(平均100 r·min-1)攪拌,長(zhǎng)期無(wú)規(guī)律且頻繁的上下線(xiàn),承接回爐鋼及渣鐵等。因此,2020年,200 t鐵包包齡約為240次。

        鑒于此,分析了上述各種不利包況對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料的影響,并制定有效的措施進(jìn)行管控,成功延長(zhǎng)了200 t鐵包包齡。

        1 影響200 t鐵包包齡的因素

        1.1 鐵包無(wú)規(guī)律下線(xiàn)

        由于鋼軋部生產(chǎn)的波動(dòng),鑄機(jī)斷澆或臨時(shí)檢修時(shí)常發(fā)生,致使200 t鐵包大規(guī)模下線(xiàn)的情況較為常見(jiàn),甚至經(jīng)常出現(xiàn)鐵包上線(xiàn)后還未接鐵就下線(xiàn)的情況。每一次這種無(wú)規(guī)律的下線(xiàn)將導(dǎo)致鐵包內(nèi)襯耐火材料承受一次劇烈的熱震,而熱震是耐火材料失效的最主要原因。此外,較低的鐵包周轉(zhuǎn)率造成鐵包存在較長(zhǎng)的等待時(shí)間,使耐火材料的溫度從兌完鐵水時(shí)的1 200~1 300℃快速降至600~800℃;而再次接鐵時(shí)又直接接觸1 500℃的鐵水,包襯受到強(qiáng)烈的急冷急熱作用。尤其是在冬季,這種空包等待造成的鐵包內(nèi)襯溫降更大。

        1.2 回爐鋼影響

        1.2.1 鋼水成分與鐵包耐火材料體系的不匹配

        鋼水和鐵水的不同冶煉過(guò)程(不同渣系)決定了盛鐵容器與盛鋼容器耐火材料體系的截然不同。鐵包用耐火材料體系為中性偏酸,而鋼包用耐火材料體系則為堿性。相應(yīng)地,鋼水也與堿性耐火材料體系相共容,與酸性耐火材料體系則易發(fā)生反應(yīng)。

        1.2.2 鋼水與鐵水不同的物理性質(zhì)

        首先,鋼水與鐵水的物理溫度不同。出鐵溫度一般不高于1 510℃,鐵水進(jìn)入鐵包時(shí),與相對(duì)溫度較低的鐵包內(nèi)襯接觸,溫度可降40~50℃。鐵包進(jìn)煉鋼廠時(shí),溫降可達(dá)100~110℃;而煉鋼過(guò)程又多為升溫過(guò)程,溫度為1 550~1 600℃。

        其次,工業(yè)實(shí)踐證明,鐵包向轉(zhuǎn)爐兌完鐵水后,包內(nèi)基本無(wú)黏附的殘鐵;而承接回爐鋼后,包內(nèi)或多或少均有黏包現(xiàn)象,需沖兌2~3次方可看清鐵包磚。這說(shuō)明鋼水的黏度比鐵水大,流動(dòng)性不如鐵水。鋼水與鐵水對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料的潤(rùn)濕性也不同。

        再次,承接過(guò)回爐鋼的鐵包內(nèi)襯表面更容易吸附脫硫劑中的CaO和CaF2,導(dǎo)致鐵包內(nèi)襯被二次侵蝕。

        1.3 熱清包沿及KR脫硫劑的影響

        1.3.1 熱清包沿的影響

        200 t鐵包在使用過(guò)程中渣線(xiàn)部位極易生成大渣圈。這種渣圈不僅影響鐵包裝準(zhǔn)率,而且對(duì)渣線(xiàn)部位工作層耐火材料威脅極大。因?yàn)檫@種大渣圈質(zhì)量能達(dá)到5~10 t,如果不及時(shí)對(duì)其熱清處理,其較大的重力會(huì)對(duì)黏附的鐵包內(nèi)襯耐火材料表面造成層狀撕裂。如果等到鐵包下線(xiàn)對(duì)其進(jìn)行冷清包沿時(shí),鐵包渣線(xiàn)部位的耐火材料極易因機(jī)械作用被打壞而不得不進(jìn)行小修。

        1.3.2 KR脫硫劑的影響

        脫硫劑化學(xué)組成以CaO為主,還含有少量CaF2。CaF2與包襯耐火材料中Al2O3和SiO2的共熔點(diǎn)溫度都低于鐵水溫度,因此,CaF2容易造成耐火材料熔蝕。CaO與鐵包內(nèi)襯中的Al2O3和SiO2的反應(yīng)性較強(qiáng),反應(yīng)產(chǎn)物的共熔點(diǎn)也大多低于鐵水溫度。因此,磚襯在使用中容易受到脫硫劑的化學(xué)侵蝕而損壞[1]。由表1的200 t鐵包包沿黏渣烘烤前后成分對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出:200 t鐵包包沿黏渣烘烤前的二元堿度為1.29,烘烤后的二元堿度降至0.78,同時(shí)SiO2與CaO含量均有大幅減少;相反地,烘烤后Al2O3的含量大幅增加,說(shuō)明CaO與鐵包工作層耐火材料中的SiO2、Al2O3發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),即在高溫烘烤作用下,包沿黏渣對(duì)鐵包內(nèi)襯耐火材料造成了侵蝕。

        表1 200 t鐵包包沿黏渣烘烤前后主要成分對(duì)比

        由于鋼軋部脫硫工序中脫硫劑的成分異常,導(dǎo)致脫硫后200 t鐵包包沿及包壁殘留一層特殊黏結(jié)物。這種黏結(jié)物經(jīng)過(guò)烘烤后沿包壁流下,包壁呈掛壁狀殘留,而包底則被黑色渣狀物覆蓋或是堆積在外緣。這種鐵包再次上線(xiàn)接鐵時(shí),鐵水在包內(nèi)翻騰的概率較大。一旦發(fā)生鐵水在包內(nèi)翻騰的情況,則說(shuō)明鐵包內(nèi)襯耐火材料與烤化的黏結(jié)物在鐵水高溫作用下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),造成對(duì)鐵包耐火材料的異常侵蝕。這是因?yàn)殍F水包內(nèi)剩余的鐵氧化物,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤、保溫,轉(zhuǎn)化為FeO;FeO熔化或與鐵水中硅反應(yīng)生成低密度的液態(tài)鐵橄欖石;生成物上浮過(guò)程中,在鐵水包內(nèi)一定深度又與鐵水中碳反應(yīng)生成CO。當(dāng)攪拌發(fā)生時(shí),鐵水運(yùn)動(dòng)加劇CO的生成速度,進(jìn)而引起鐵水噴濺[2]。

        1.4 脫硫渣鐵影響

        鐵包兌空鐵水后出煉鋼廠房之前加入脫硫渣鐵。脫硫渣鐵的水分含量對(duì)鐵包的安全運(yùn)行有極大影響。

        如果脫硫渣鐵中含有大量的鐵氧化物,會(huì)使包底磚中的碳或碳化硅氧化,導(dǎo)致鐵包耐火材料的快速異常侵蝕。脫硫渣鐵中的CaO和MnO等滲透到Al2O3-SiC-C磚內(nèi)部,與磚中的氧化物生成低熔點(diǎn)相,也會(huì)造成磚的熔損。2021年初,2臺(tái)200 t鐵包由于消納脫硫渣鐵,導(dǎo)致低包齡時(shí)包底耐火材料的異常侵蝕。

        在煉鋼作業(yè)區(qū)由起重機(jī)吊運(yùn)渣鐵加入空鐵包內(nèi),較大粒度的渣鐵在加入鐵包的過(guò)程中存在約3 m的落差,掉落的渣鐵將對(duì)鐵包包底耐火材料造成嚴(yán)重的機(jī)械沖擊。

        2 延長(zhǎng)200 t鐵包包齡的措施

        2.1 穩(wěn)定鐵包周轉(zhuǎn)率

        鐵包周轉(zhuǎn)率的提高不僅意味著生產(chǎn)組織的緊湊合理,而且對(duì)于降低耐火材料噸鐵成本有較大的意義[3]。京唐公司不斷完善鐵包周轉(zhuǎn)指標(biāo)評(píng)比制度,持續(xù)開(kāi)展鐵包周期分段管控工作,將工序時(shí)間分配至相關(guān)部門(mén),及時(shí)調(diào)整鐵包周轉(zhuǎn)數(shù)量,確保鐵包周轉(zhuǎn)率穩(wěn)中有升。2020年,200 t鐵包周轉(zhuǎn)率雖然也比較穩(wěn)定,但是相對(duì)較低,每日每臺(tái)最高5.18次。通過(guò)各個(gè)部門(mén)的協(xié)作努力,2021年,鐵包周轉(zhuǎn)率有了一個(gè)臺(tái)階性提高,全年每日每臺(tái)平均5.78次。

        2.2 規(guī)范承接回爐鋼

        由于2021年8月之前,200 t鐵包承接回爐鋼操作無(wú)明文要求,200 t鐵包接回爐鋼時(shí)的包齡過(guò)小或過(guò)大,接回爐鋼噸數(shù)較大等情況均時(shí)有發(fā)生。在2020年,甚至經(jīng)常有某一臺(tái)鐵包連續(xù)2~3次接回爐鋼的情況。鑒于此,煉鐵部協(xié)同制造部、鋼軋部對(duì)200 t鐵包接回爐鋼的操作進(jìn)行研討并規(guī)范管理,制定了200 t鐵包接回爐鋼的包齡范圍在50~150次,接回爐鋼≤210 t的措施。2020年,200 t鐵包接回爐鋼232次,合計(jì)29 801 t;2021年,接回爐鋼174次,合計(jì)25 564 t。

        2.3 管控KR脫硫劑成分

        由于KR脫硫劑對(duì)200 t鐵包內(nèi)襯耐火材料的較大影響,其成分必須嚴(yán)格控制,嚴(yán)禁超標(biāo)。尤其是脫硫劑中的CaF2比例必須嚴(yán)格控制,因?yàn)镕-對(duì)高熔點(diǎn)脫硫產(chǎn)物有助熔作用[4]。烘烤后在包壁呈掛壁狀殘留的黏結(jié)物極有可能與過(guò)量的CaF2或脫硫劑不同粒度時(shí)CaF2、CaO的質(zhì)量比有關(guān)系[5]。對(duì)于KR脫硫劑的管控,每天抽檢4次,如有1次超標(biāo)則要求隔2 h再抽檢1次,檢驗(yàn)合格后方可使用。通過(guò)嚴(yán)格管控,2021年,200 t鐵包二次上線(xiàn)接鐵時(shí)鐵水翻騰的情況,前11個(gè)月共計(jì)26次,比2020年前11個(gè)月的57次下降了54.4%。

        2.4 管控脫硫渣鐵水分

        加入脫硫渣鐵的鐵包,使用破碎廢鋼進(jìn)行墊底,破碎廢鋼加入量為2 t,再加渣鐵2 t,提高脫硫渣鐵在鐵包內(nèi)的透氣性。通過(guò)嚴(yán)格的措施和管控,2021年,200 t鐵包包底修補(bǔ)次數(shù)有所下降,從2020年的32次減少至22次。

        每批次脫硫渣鐵在倒運(yùn)至KR脫硫之前,供料作業(yè)區(qū)通知鋼軋部生技室、煉鋼作業(yè)區(qū),三方共同取樣進(jìn)行水分檢測(cè),水分合格后方可倒運(yùn)。渣鐵在倒運(yùn)時(shí),嚴(yán)格把關(guān)脫硫渣鐵干燥程度,每批次脫硫渣鐵均需要進(jìn)行水分檢驗(yàn),不符合脫硫渣鐵回用條件的嚴(yán)禁倒運(yùn)、接收和向鐵包內(nèi)加入。脫硫渣鐵在鋼渣間原料大棚攤開(kāi)晾曬,要確保每間隔3~4 h用鏟車(chē)翻倒1次,脫硫渣鐵干燥后水分含量≤0.5%(w)算合格。

        2.5 階段性鐵包數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

        200 t鐵包包況的管控是一方面,而使用240次后下線(xiàn)大修時(shí)鐵包耐火材料的足夠安全殘厚是延長(zhǎng)鐵包包齡的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)半年的拆包數(shù)據(jù)積累,發(fā)現(xiàn)200 t鐵包在極端情況下,包壁最薄殘厚為120~130 mm,包底最薄殘厚為160 mm;多數(shù)情況下,包壁最薄殘厚為150~170 mm,包底最薄殘厚為190~210 mm,遠(yuǎn)高于拆除標(biāo)準(zhǔn)(包壁殘厚75 mm,包底殘厚100 mm)。按照極端情況下的殘厚數(shù)據(jù),測(cè)算200 t鐵包耐火材料240次的平均侵蝕速率每次為0.56 mm,延長(zhǎng)20次包齡后包壁的理論計(jì)算殘厚約108 mm,仍然高于拆除標(biāo)準(zhǔn)。

        3 生產(chǎn)實(shí)際

        通過(guò)減少不利外部因素的影響,如穩(wěn)定鐵包周轉(zhuǎn)率,規(guī)范承接回爐鋼操作,管控KR脫硫劑成分及脫硫渣鐵水分,持續(xù)嚴(yán)抓砌筑質(zhì)量,積累拆包殘厚數(shù)據(jù),京唐公司200 t鐵包包齡從240次逐步突破至260次。在260次下線(xiàn)拆除時(shí),包壁殘厚最薄120 mm,包底殘厚仍有較大余量(160~200 mm),殘厚仍然高于拆除標(biāo)準(zhǔn),能夠同時(shí)保障200 t鐵包的安全運(yùn)行。

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)鐵包周轉(zhuǎn)率、接回爐鋼操作、脫硫劑成分波動(dòng)等各種不利因素加以控制和干預(yù),京唐公司200 t鐵包包齡從240次提高到260次。包齡提高后,鐵包耐火材料殘厚仍然高于拆除的殘厚標(biāo)準(zhǔn),保障了鐵包的安全運(yùn)行。

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