【案例】降低转炉总包耐火材料消耗实践|炉型|炉底|耐火材料|转炉|钢厂|钢水|铁水

前言

转炉内衬耐火材料的使用直接关系到钢厂的安全、操作及生产，也显著影响钢厂炼钢工序成本，先进的钢厂及耐火材料供应商将转炉的耐火材料消耗作为其工作的主要指标之一。转炉耐材的消耗水平，目前比较直观且科学的计量方式为吨钢消耗，即每生产1t钢水所消耗的转炉内衬及维护材料的数量。现代转炉冶炼过程中，日本转炉耐材消耗的指标可以控制到0.41~0.91kg/t钢(含砌筑材料和维护材料)。目前武钢耐火公司总包的印度某钢厂的250t转炉全炉役(8000炉)吨钢消耗也已达到0.7kg/t钢。对转炉来讲，钢厂炼钢理念、生产节奏、转炉内衬质量、转炉砌筑施工、转炉操作、镁碳砖匹配优化、转炉的日常维护及施工质量等，是能否获得更低耐材消耗的关键。

本实践针对武钢耐火公司总包的国内某钢厂210t转炉耐火材料消耗高，转炉耐火材料总消耗在0.98kg/t钢，开展一套完善的转炉总包优化方案并制定相应措施。通过优化的转炉炉型设计，转炉耐材匹配，转炉终渣控制等措施，降低转炉耐火材料总消耗至0.87kg/t钢。

转炉优化的具体措施

2.1 转炉炉型优化

某钢厂210t转炉炉底永久层设计为195mm,炉底工作层镁碳砖厚度为800mm,炉容比0.86m³/t,工作层自中心砖至熔池部位为圆弧平缓过渡，炉底中心砖处于最低位，具体如图1所示。

图1 优化前转炉炉底设计

随着钢铁企业对钢水纯净度的需求提升，近几年来，转炉底吹流量逐渐加大，转炉炉底运行压力大，且从炉底中心开始即起弧砌筑，周边坡度较大，导致转炉在运行过程中炉底从中心砖开始侵蚀，并逐渐扩散至炉底10环。转炉3500炉时残厚为600~700mm(含永久层),侵蚀速率约0.11mm/炉，导致转炉运行过程中维护消耗大，同时影响了转炉运行效率。炉底工作层设计已无法满足钢厂冶炼需求，为此对其炉型进行优化改型，炉底设计见图2。

图2 优化后转炉炉底设计

2022年对其炉型进行优化调整，炉底1~13环工作层加厚至1000mm。且炉底1~6环形状设计为“平底锅”型，工作层砖紧贴永久层环形砌筑至炉底第6环，自第7环开始缓慢起弧过渡。优化后的设计方案，中心砖不再是最低点，自炉底中心砖至第六环整体为平底，共同承担了钢水的搅拌和静压力。

2.2 转炉耐材匹配优化

不同的转炉在使用过程中，由于受到不同的铁水成分、冶炼工艺、不同的钢种及辅助设备等诸多因素影响，导致转炉某些局部区域侵蚀下降过快。为降低转炉运行时的侵蚀速率并尽可能使转炉下线时避免出现残厚严重不足的情况，在转炉材质设计过程中对整体或局部进行牌号和材质优化。

镁碳砖自诞生以来，由于石墨与炉渣的不润湿性及良好的导热性，使镁碳砖具有优良的抗渣侵蚀及热震稳定性能而被广泛应用于炼钢各种窑炉上。当前镁碳砖国家标准(GB/T22589—2017)将镁碳砖分成7种不同碳含量26个牌号。目前武钢耐火公司总包转炉主要采用的镁碳砖牌号为：MT-10A、MT-12A、MT-14A、MT-16A、MT-18A。由于不同钢厂的冶炼工艺及钢种不尽相同，选择适合不同钢厂的镁碳砖牌号显得尤为重要。国内有研究表明，普通镁碳砖脱碳层厚度是低碳镁碳砖脱碳层厚度的2.4倍。同时，与高碳材料相比，碳含量低的镁碳砖MgO之间颗粒间距小，在材料工作表面容易形成富MgO的反应层4,氧化后镁碳砖更加致密，具有更好的抗氧化性。

鉴于此，武钢耐火公司也对转炉镁碳砖在碳含量为12%、14%和18%时开展了一系列验证性试验。表1为不同镁碳砖在1000t摩擦压力机同等工艺条件下的各项理化指标对比情况。

表1 不同镁碳砖牌号性能对比

某钢厂冶炼的钢种以低碳钢(平均出钢C为0.04%)为主，通过试验确定某钢厂转炉镁碳砖材质匹配方案，如表2所示。炉底、前大面及熔池工作层在运行过程中受钢水搅拌需良好的抗冲刷性能，镁碳砖碳含量调整为MT-12A;后大面镁碳砖由于接触钢水时间长需要良好的抗氧化性及抗侵蚀性能，材质方案由MT-18A调整至MT-14A。

表2 转炉不同部位与镁碳砖牌号对应

2.3 转炉终渣控制

采用优质的转炉耐火材料是转炉安全顺行的基础，还与适宜的转炉操作和现场维护密切相关。不同成分铁水Si、Mn、P含量，转炉冶炼枪位等，尤其是溅渣操作及比例、终点成分及终渣控制等，均会对转炉炉衬侵蚀产生一定的影响。

影响转炉炉渣熔点的主要物质有FeO、MgO和碱度。目前某钢厂TFe一般在15%～20%。转炉终渣在一定的TFe比例下，碱度及Mg0%含量越高，渣的熔点就越高，渣越黏稠。从护炉角度来看，对炉衬就越有利，钢厂出于成本角度考虑，转炉碱度一般控制在2.8~3.2。图3和图4分别展示了某钢厂优化前后210t转炉终渣的碱度及MgO含量，优化前及优化后终渣碱度由2.9提升至3.3,终渣MgO含量由5.8%提升至6.5%。

图3优化前后渣样碱度对比

图4 优化前后渣样MgO含量对比

图5为某钢厂优化前及优化后210t转炉全炉役溅渣比例与平均溅渣时间图。优化后转炉自开新炉就开始溅渣护炉，全炉役总溅渣比例为98.4%。平均溅渣时间为2.68min,全炉役溅渣比例较优化前升高14.8%。

图5 优化前后溅渣比例及平均溅渣时间

应用效果

3.1 侵蚀速率下降

某钢厂210t转炉优化前全炉役炉底测厚数据如图6所示。炉底侵蚀速率为0.046mm/炉，下线时炉底工作层厚度约400mm。转炉在运行前期中心砖周边1.5m范围内侵蚀明显较快。

图6 优化前转炉全炉役炉底测厚数据曲线

采取炉底炉型优化、合理的耐材匹配及转炉终渣控制等一系列措施后，7525炉下线。全炉役测厚数据如图7所示，侵蚀速率为0.037mm/炉，侵蚀较优化前明显减慢，且转炉运行前期未出现中心砖明显下降的状况，底吹元件与转炉同步下线。

图7 优化后转炉7525炉下线炉底测厚图

3.2 维护消耗下降

采取炉底炉型优化、合理的耐材匹配及转炉终渣控制等一系列措施后，转炉维护材料消耗如图8所示。后大面维护材料自0.4kg/t钢降至0.35kg/t钢，下降0.05kg/t钢;炉底维护吨钢消耗自0.25kg/t钢降至0.17kg/t钢，下降0.08kg/t钢。转炉维护总消耗合计下降0.13kg/t钢。炉役合计减少维护消耗210t。