王 哲，晏 武，张忠福，李 毅，付有彭，孙海坤，张李鹏，张彦龙

（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照276800）

1 转炉耐材镁碳砖损坏机制

1.1 镁碳砖中碳氧化侵蚀

镁碳砖中含有一定数量的碳，使得其与熔渣的润湿角较大，其润湿性比较差，这样阻碍着熔渣向砖体内的渗透，根据观察，镁碳砖残砖表面较光滑，附着一层0～5 mm的渣层。用肉眼是很难看到熔渣在镁碳砖表面的渗透出与脱碳层，只有在显微镜下才可观察到渗透层与脱碳层的存在。

镁碳砖在工作过程中，工作表层的碳受到熔渣中FeO、Fe2O3等氧化物及O2、CO2等氧化性气体的氧化作用以及高温条件下镁碳砖内MgO的还原反应使得镁碳砖工作层形成脱碳层，其反应如下所示。

在电子显微镜下观察镁碳砖残砖表面时，发现脱碳层有金属铁粒，这从侧面证明碳被FeO氧化。镁碳砖砖体的工作表面由于碳的氧化，使得砖体组织结构松动不完整，形成小气孔，砖体在炉渣的冲刷下而侵蚀。

1.2 镁碳砖与炉渣的化学反应侵蚀

当镁碳砖与碱度低、TFe含量低的炉渣接触时，炉渣中的钙、硅、铁等元素会侵入到镁碳砖表层，与镁碳砖中方镁石反应生成CMS（CaO·MgO·SiO2）和C3MS2（3CaO·MgO·2SiO2）等低熔点的矿物。起初这种液相矿物比较黏稠，暂时留在方镁石晶粒的表面，起到阻碍炉渣的进一步侵蚀。但是随着反应的继续，温度不断升高，低熔点化合物不断增加，液相矿物黏度不断降低，直至不能黏结在方镁石晶粒表面，引起方镁石的侵蚀和镁砂的解体，因而方镁石晶粒分离浮游而进入熔渣中，砖体熔损也就形成。

1.3 炉渣与方镁石间的固溶反应

镁碳砖与碱度高、TFe含量高的熔渣接触时，铁以FeO的形式侵入砖体，与方镁石晶粒形成固溶体，也称镁浮氏体。当FeO固溶量超过一定限度后，就会形成镁铁型矿物、镁浮氏体与镁铁矿物共存。由于FeO的侵入，伴随着温度与炉气气氛的变化，镁浮氏体与镁铁矿物相互的转化，其体积亦发生变化，从而产生微细裂纹，此时熔渣中硅、钙等成分侵入方镁石晶粒，使方镁石晶体脱落砖体而流入熔渣中。

2 影响转炉炉衬寿命的主要因素及相应对策

2.1 镁碳砖的侵蚀

从镁碳砖的损坏机制可以看出，主要是以下几种因素主导着镁碳砖的侵蚀：

1）炉渣的温度。温度越高，侵蚀越严重。

2）炉渣的碱度。碱度越高，越有利于炉衬的维护。

3）渣中TFe含量。TFe越高，侵蚀越严重。

4）渣中MgO含量。MgO越高，越有利于炉衬的维护。

根据目前转炉工场实际生产情况，第1）条中的温度是基本没有空间可以去降低，目前生产的主要钢种是低碳钢和汽车钢，考虑到终点温度对精炼的影响和综合成本（转炉降低的温度和精炼处理时间的电耗），目前转炉的终点温度1 648℃是合适现在的生产情况的。

那么只能从碱度、TFe含量、MgO含量上着手做调整，而碱度和TFe含量都影响着MgO含量，先从MgO着手考虑。

2.2 调整渣中MgO含量

2.2.1 MgO饱和溶解度

日本钢铁协会提供的转炉渣中MgO的饱和公式（这是一个根据试验测定结果统计得到的计算公式，用于拟和试验数据而得）：

从经验公式中可看出：随着温度升高，MgO饱和溶解度会升高；随着TFe含量升高，MgO饱和溶解度会升高；随着碱度升高，MgO饱和溶解度会降低。

根据转炉工场4月份的生产数据见表1。

表1 4月份生产数据

在这种情况下计算的MgO饱和溶解度为8.23。

要保证转炉耐材能比较好的受到保护，一般需要将渣中w（MgO）含量做到比饱和溶解度大1%～2%，即我们需要将渣中w（MgO）含量做到8.23+（1～2）=9.23～10.23，或者是降低MgO饱和溶解度。

首先想办法降低MgO饱和溶解度，需要想办法降低转炉终点温度，降低转炉渣中TFe含量，提高碱度来降低渣中MgO饱和溶解度，结合实际生产中情况，受生产节奏和钢种因素影响，转炉的终点温度没有降低空间。而氧化钙和氧化镁都是碱性氧化物，碱度高氧化镁饱和度降低，但碱度影响较小，氧化铁对氧化镁溶解度影响较大，并且结合实际生产情况，转炉工场主要生产的是低碳低磷钢种，按目前的碱度（R=3.542）可以做到比较稳定的成分控制，也就是说碱度满足目前的生产需求，即使提升碱度，会增加转炉石灰或者生白的单耗，并且相应增加渣量，对实际的生产指标是不利的，所以增加碱度不能大幅度增加。综上得出的结论：根据目前的生产条件和生产需求，需要做的是降低渣中TFe含量来降低渣中MgO饱和溶解度。

2.2.2 降低渣中TFe含量的建议

1）延长拉碳时间，冶炼终点前降枪，稳定炉口火焰，降低渣面，便于冶炼终点的判断和出钢操作的顺利进行，视为拉碳。延长冶炼终点的拉碳时间，即提前降枪，可降低终渣的全铁含量。

2）减少过氧化频次和补吹次数，优化静态模型。根据铁水硅含量不同，及时调整废钢比和转炉溶剂的加入量和时机，保证下TSC的命中率，为动态拉碳创造好条件，保证动态拉碳命中率，减少终点氧过高频次，和减少终点碳高、温度低造成的补吹频次。

3）转炉底吹后搅技术能大幅度降低渣中TFe含量。

4）动态加矿不能多，动态矿加入太多收得率低，造成渣中TFe含量高。

5）减少扫炉口次数，扫炉口明显能增加终渣TFe含量，但是扫炉口有利于炉型的维护，要控制扫炉口的频率，目前扫炉口的频率太高。

以上措施中，按照实施难度从难到易排列：

1）受入炉的铁水条件和废钢条件限制，当前废钢比高，铁水温度低，难以实现。

2）通过改变TSC下枪时间点，措施可实现，TSC目标碳：0.40%～0.55%。

3）减少扫炉口频次，由每炉都吹扫改为每3～4炉吹扫一次。

4）通过维护二级模型，精准计算热平衡，实现静态全部加料，动态加料量≤2 kg/t。

5）维护底吹原件，制定底吹工艺制度，初步实现底吹时间30～40 s，可有效降低渣中全铁2%～3%。

2.2.3 渣中MgO含量

以下是现场中4—5月份的生产数据（见图1、图2、图3）。

图1 终渣w（FeO）和w（MgO）的关系

图2 碱度和w(MgO)的关系

图3 终渣w(TFe)和碱度的关系

图1表明降低TFe含量能提高渣中渣中MgO的含量，并且渣中的TFe影响渣中MgO的程度很大，影响很明显；图2表明碱度提高能增加渣中MgO的含量；而图3表明渣中TFe含量能影响碱度的大小；也就是说降低TFe含量能有效降低渣中MgO的含量，也会提高渣中碱度，而提高碱度会小幅度提高渣中MgO的含量。

从现场数据中来看，有效的降低渣中TFe含量能有效提高渣中MgO的含量。降低渣中TFe含量的措施在上文中已有，不再做详述。

2.2.4 渣中MgO的来源

从别的钢厂的经验来看，鞍钢第二炼钢厂180 t转炉每炉溅渣层的蚀损可增加渣中w（MgO）达2%～3%；活性白灰等其他原材料可增加渣中w（MgO）约1%；补炉第1炉冶炼，溅渣层的蚀损和补炉料脱落可增加渣中w（MgO）达4%～6%。若要炉渣中的MgO达到饱和状态，需要冶炼过程进行配镁操作来完成。

从转炉工场的实际生产情况来看，现在的物料和渣中指标如表2。

表2 4月和5月生产数据

5月9日后，做出了物料调整，镁球由原来1.67 kg/t增加到3.33 kg/t，从表2中可以看出，增加镁球后，渣中MgO含量有明显增加，增加了（7.94-7.60）%=0.34%。

此时计算的MgO的饱和溶解度为：7.97%，现有的w（MgO）为7.94%，还不能满足现阶段的护炉要求。

根据表3简单的从理论上粗略计算一下现阶段的渣量和MgO的关系：

渣量=转炉溶剂量+铁水渣量=（28.33+25+1.67+3.33+28.33×50%）+13.33=87 kg/t

物料带入的w（MgO）=19%×25+65%×3.33=6.94 kg/t（忽略石灰和石灰石）

此时渣中MgO的含量：6.94/87=7.98%，算出来的结果7.98%跟实际情况7.94%基本一致，具有一定参考性。

可以考虑从降低渣量、提高镁球的使用量、提高溅渣层中MgO的含量来提高MgO的渣中含量。

2.2.4.1 降低渣量的措施。

在保持足够碱度（R＞3.5）的情况下，逐渐减少石灰和生白的使用量，尽量做到石灰不超过27 kg/t，生白云石不超过23 kg/t，镁球的用量提高到4 kg/t，并且随着头批料全部加入。

表3 含MgO溶剂成分 %

此 时 渣 量=（26.67+23.33+4+31.67×50%）+13.33=83.17 kg/t

此时物料带入w（MgO）的量=19%×23.33+65%×4≈7.04 kg/t

此时渣中w（MgO）=7.04/83.17≈8.46%。

经过粗略计算，适当减少石灰和生白，在镁球现在加入量3 kg/t的基础上增加到4 kg/t的加入量，渣中w（MgO）为8.46%。此时渣中MgO的饱和溶解度是7.97%，8.46%＞7.97%，基本可满足保护炉衬的要求。

物料单价：石灰为320元/t，生白云石为78元/t，轻烧镁球为445元/t，

增加物料成本：—320/1 000×1.67-78/1 000×1.67+445/1 000×0.30=0.36元/t，同时减少了渣量为87-83.17=3.8 kg/t，假设渣中w（TFe)为20%不变，则减少钢铁料消耗为：0.76 kg/t，等于节省了0.76×2.5=1.9元/t（钢铁料2.5元/（kg/t）），整体来说节约成本为1.9+0.36=2.26元/t。

2.2.4.2 提高镁球的使用量

在2.2.4.1中已讲述，即在镁球现在加入量3 kg/t的基础上增加4 kg/t的加入量。

2.2.4.3 提高溅渣层中MgO含量

根据目前终渣（FeO）高，MgO含量低的问题，需要在溅渣过程添加含碳和含镁的材料来达到降低渣中TFe和提高MgO含量的目的，根据目前调渣料的实际情况，有生白云石、高碳镁球和轻烧镁球三种物料（见下页表4），由于终渣（FeO）高，渣系中的钙硅化合物多为低熔点化合物，生白融化所需温度高，溅渣时加入大量的生白导致炉渣没有足够温度去融化生白，导致溅渣效果不良。此时该采取的措施为增加高碳镁球的用量，同时放钢快结束时往炉内扔碳粉用来脱氧，降低渣中（FeO）含量，同时减少生白用量，增加高碳镁球的用量，保证炉渣MgO含量。

表4 溅渣调渣料含量 kg/t

4月份转炉工场试验放钢后向炉内加碳粉脱氧，因为生白的加入量过多，导致熔渣没有温度，导致溅渣效果不理想，目前采取减少生白用量提高镁球用量。通过试验效果来看，护炉效果明显提升。

3 结论

根据现场实际情况，有效措施：

3.1 降低渣中TFe含量的措施

1）减少过氧化频次和补吹次数。优化静态模型，根据铁水硅含量不同，及时调整废钢比和转炉溶剂的加入量和时机，保证下TSC的命中率，为动态拉碳创造好条件，保证动态拉碳命中率，减少终点氧过高频次，和减少终点碳高、温度低造成的补吹频次。

2）延长拉碳时间。冶炼终点前降枪，稳定炉口火焰，降低渣面，便于冶炼终点的判断和出钢操作的顺利进行，视为拉碳。延长冶炼终点的拉碳时间，即提前降枪，可降低终渣的全铁含量。

3）减少扫炉口次数。扫炉口明显能增加终渣TFe含量，但是扫炉口有利于炉型的维护，要控制扫炉口的频率，目前扫炉口的频率太高。目前合适的吹扫频次为3～4炉吹扫一次。

4）通过维护二级模型，精准计算热平衡，实现静态全部加料，动态加料量≤2 kg/t。

5）维护底吹原件，制定底吹工艺制度，初步实现底吹时间30～40 s，可有效降低渣中w（TFe）为2%～3%。

3.2 降低渣量

改变渣料结构，提高轻烧镁球使用量，在铁水含w（Si）在0.30%左右时建议每炉渣料：石灰（质量分数）≤27 kg/t，生白质量分数≤23g k/t，轻烧镁球为4 kg/t。

3.3 调整溅渣料

用低熔点物料和含碳物料，有效提高溅渣料融速率和提高降低渣中氧含量的效果，提升护炉效果明显。