摘    要：针对某钢厂60 t LF钢包的操作条件和使用情况, 采取以下措施进行改进:渣线采用再生镁碳料质量分数为66%的再生镁碳砖, 熔池采用再生镁碳料质量分数为88%的再生镁碳砖;控制电炉末期下渣量和渣中的FeO含量;采用镁钙碳质改质剂;改善维护制度, 用二级高铝砖对熔池进行贴补。改进后的60 t LF钢包的使用寿命由原来的40～50次提高到88次, 吨钢耐火材料单耗由9.3 kg下降到5.6 kg。

钢包用耐火材料消耗占钢铁冶金耐火材料总消耗的30%以上, 而且随着精炼比例的增加, 钢包用耐火材料的单耗在增加[1,2,3]。因此, 降低钢包用耐火材料的单耗对降低整个冶金耐火材料的单耗, 节约资源, 节能减排起到重要的作用。

为了实现共赢, 近年来国内出现了耐火材料承包。为了提高承包经济效益, 耐火材料承包商必须提高耐火材料的使用寿命, 降低耐火材料单耗。在本文中, 以某钢厂60 t LF钢包为例, 介绍了根据其操作条件和使用情况采取一些改进措施使耐火材料单耗大大降低的情况。

1 60 t LF钢包的基本情况

1.1 钢包的操作条件

电炉出钢温度一般在1 620～1 650 ℃, 正常周转的钢包温度为1 590～1 620 ℃。钢包容量约59 t。钢包精炼时间为40～50 min, 盛钢时间共约110 min。氩气压力0.2～0.4 MPa, LF精炼比例100%。一般每炉加SiC脱氧剂40～50 kg。

钢包渣的化学组成 (w) 为:Fe2O3 1.44%, Al2O3 5.6%, CaO 40.42%, CaF2 9%, MgO 9.97%, SiO2 29.84%。说明该钢包渣为含萤石的低碱度渣。

电炉下渣量较大, 并且电炉末期渣氧化性较强, FeO含量 (w) 时常达到45%。

1.2 改进前60 t LF钢包包衬使用状况

60 t LF钢包渣线曾采用MT-14A镁碳砖, 熔池采用铝镁碳砖, 其理化性能见表1。由表1可知, 这两种砖的理化性能是可以的, 尤其渣线镁碳砖具有良好的致密度。这种渣线镁碳砖的使用情况是:第一套渣线砖使用到15～19次时, 渣线残厚<50 mm, 使得钢包下线更换渣线砖;第二套渣线镁碳砖使用15次左右后再次更换;第三套渣线镁碳砖使用寿命为12～14次。三套渣线镁碳砖总使用寿命只有40～50次, 甚至经常出现40炉次左右的情况。观察使用后钢包的表面形貌发现, 该砖侵蚀均匀, 砖缝没有增大现象, 砖没有出现馒头状、枪眼、剥落或断裂等异常现象, 渣线侵蚀速度达到了7～10 mm·次-1, 包壁也达到了2.5～3.5 mm·次-1。所以, 渣线镁碳砖侵蚀较快是使用寿命低的主要原因。

表1 60 t钢包包衬用砖的理化性能 

2 降低60 t LF钢包耐火材料单耗的措施

2.1 根据钢包的操作条件设计镁碳砖

该钢包侵蚀速度快的主要原因是渣的碱度较低。根据MgO-CaO-SiO2相图[4], m (CaO) /m (SiO2) 越低, 渣对MgO的溶解度越大, 即渣对镁碳砖的侵蚀越严重。根据分析, 采取了提高砖中CaO含量的方法, 以提高与渣接触反应后渣的m (CaO) /m (SiO2) , 并提高与渣反应后渣的熔点和黏度, 从而达到降低侵蚀速度之目的。

钢包前期渣具有较高的FeO含量, 使镁碳砖中的碳容易被氧化。采取措施提高渣线镁碳砖的抗氧化性, 改进后渣线镁碳砖在1 000 ℃氧化 3 h后, 氧化脱碳层只有1 mm, 而改进前的MT-14A渣线镁碳砖氧化脱碳层厚度达到了5～7 mm。

在钢厂的炼钢工艺中, 每炉添加萤石50～60 kg, 这使得渣黏度较低。因此选择了能提高含萤石渣黏度的添加剂, 以提高镁碳砖的使用寿命。单就提高性能来说, 应该采用大结晶高纯电熔镁砂、高纯度的天然石墨以及合适的抗氧化剂和增强剂。但是, 为了经济效益, 也要特别关注性价比, 在满足使用寿命基本要求的情况下, 可选用一定量的用后镁碳砖再生料, 并采用部分价格低廉的沥青改性的树脂结合剂。

根据上述分析, 综合考虑使用要求和性价比, 采用质量分数为66%～88%的优质再生镁碳料为主要原料, 适当配合MgO含量 (w) 为97%的电熔镁砂、少量-195牌号的石墨、复合添加剂和改性树脂结合剂经配料、混炼后, 在630 t摩擦压力机上成型, 再固化制得再生镁碳砖。其理化性能见表2。由表2可知, 再生镁碳砖的理化性能完全达到国家标准中镁碳砖MT-12A和MT-14A优质产品的水平。

表2 再生镁碳砖的理化性能 

改进后的镁碳砖应用于60 t LF钢包, 表现出优良的抗侵蚀、抗氧化和抗热震性。渣线寿命由改进前使用MT-14A镁碳砖的15～19次提高到24～28次, 侵蚀速度由7～10 mm·次-1降低到4.5～6.8 mm·次-1。包壁砖使用寿命由40～50次提高到45～55次, 侵蚀速度由2.5～3.5 mm·次-1降低到1.2～2.4 mm·次-1。

2.2 改善操作条件

2.2.1 出钢留渣操作

因为电炉末期渣FeO含量高, 不但影响了原料的收得率, 增加了炼钢成本, 同时也导致了精炼钢包衬使用寿命的降低。通过调整氧枪和碳枪的角度和深度、强化电炉后期喷碳、改善泡沫渣等方法, 减少电炉渣内FeO含量, 降低渣中的氧活度, 使渣钢分离 (以减少下渣量) 。实践证明, 通过控制下渣量和渣中的FeO含量, 精炼钢包的使用寿命由50次提高到60次, 提高了20%。

2.2.2 添加钢包改质剂

该钢厂采用了SiC脱氧剂, 随着电炉下渣量和渣中FeO含量的增多, 根据脱氧反应(SiC+4FeO==4Fe+SiO(SiC+4FeΟ=4Fe+SiΟ2+CO2) 就需要用更多的SiC脱氧剂, 不但导致炼钢成本增加, 而且导致钢包渣中m (CaO) /m (SiO2) 降低。为了降低钢包渣对炉衬的侵蚀, 脱氧剂不用SiC质, 而用碳含量 (w) 为15%的镁钙碳质钢包改质剂, 其加入量与碳化硅脱氧剂基本相同, 即每吨钢中加入1 kg。改质剂中的CaO提高了钢包渣的碱度, 使之对镁碳砖中MgO的熔蚀降低;改质剂中的MgO能提高渣中MgO的浓度, 因而降低镁碳砖中MgO的溶解速度。通过镁钙碳质改质剂的试用, 渣线镁碳砖的一次性使用寿命由26次提高到30次, 提高了15%。

2.3 改善维护制度

为了提高熔池的使用寿命, 用二级高铝砖对熔池进行了贴补, 即用厚度为40 mm的二级高铝砖贴补到熔池, 贴补砖与原衬层之间用可塑结合剂填塞和粘结。贴补后, 熔池的使用寿命由60次提高到88次, 提高了45%以上。

3 结论

通过上述措施, 钢包的使用寿命由40～50次提高到88次, 吨钢耐火材料单耗由9.3 kg下降到5.6 kg。如果把循环使用的再生料也扣除, 吨钢耐火材料资源性消耗由9.3 kg下降到1.4 kg, 下降了85%。这对节约耐火材料资源、节能减排是一个非常大的贡献。（来源：中国知网）