浅谈中频炉炉龄的提高

张广贺

（广益矿产集团有限公司，辽宁 营口 115000）

炉龄也称炉衬寿命，是指中频炉炉衬从投入使用到更换新炉衬止，一个炉役期间所炼钢的总炉数。是衡量中频炉生产水平的一项综合性指标。因此，炉龄的高低不仅代表着技术装备、工艺操作、生产管理等水平，也决定着中频炉的生产率、生产成本的高低。本文以中频炉常用的镁质炉衬材料为例，谈谈如何提高镁质炉衬的使用寿命。

1 炉衬材质

在电弧的作用下炉衬不同部位的内表温度可达到1500℃～1800℃，这就要求炉衬材料应有足够的耐火度和荷重软化点。在炼钢过程中，炉渣、烟尘在高温下通过炉衬的孔隙向其内部渗透，使耐火材料熔损、发生组织分层、引起剥落，这就要求炉衬材料应有较强的抗渣性。开启炉门、提升炉盖等会使炉衬用耐火材料的温度发生聚变而产生剥落、崩裂，使炉衬过早损坏，这就要求炉衬材料应有较好的抗热震性。在电炉装料时、炉衬受冲击，倾动时受震动，沸腾时受金属、熔渣和气流的冲刷，这就要求炉衬材料应有足够的强度。同时，还要求炉衬材料具有热导率小、电导率低，这样才能保证炉内钢水温度的恒定，节约能源，提高热效率。

由此可见，炉衬耐火材料的损坏机理，与耐火材料的化学成分、矿物结构、粒度、配比、炼钢工艺过程等复杂的因素有关。

1.1 镁质炉衬材料的特点

镁质炉衬材料是中频炉常用的一种碱性炉衬材料，镁质炉衬材料具有五大特性：

1）足够的耐火度和荷重软化点；

2）较强的抗渣性；

3）较好的抗热震性；

4）足够的强度；

5）热导率小，电导率低。

镁质炉衬材料是采用天然菱镁矿经高温煅烧、破碎、在通过合理的粒度级配、添加适当的化学材料制备而得。

炉衬材料的质量、粒度、配比等因素对炉衬的使用寿命影响很大。因此要求镁砂的MgO含量必须大于88%，CaO含量必须小于4%，SiO2含量必须小于4%，耐火度必须大于1900℃，灼减必须小于0.6%。

1.2 镁质炉衬材料的使用

通常冶炼普通钢采用重烧镁砂。冶炼高锰钢等碱性钢种采用重烧镁砂、或重烧镁砂加中档镁砂、或重烧镁砂加高纯镁砂，也有直接采用中档镁砂或高纯镁砂的。冶炼不锈钢则采用电熔镁砂。而在实际使用过程中，大部分使用单位只是将购进的镁砂（重烧镁砂、中档镁砂、高纯镁砂或电熔镁砂，或二种、或二种以上的镁砂）简单进行级配，在加入1.5%～2.5%的硼酸就打结炉衬进行使用。这种做法直接导致炉衬在烧结过程中只能形成10mm～20mm厚的烧结层，使镁砂颗粒加速产生热裂，使烧结层迸裂倾向加大，导致炉衬开裂而使炉衬报废，使镁质炉衬材料的使用寿命大打折扣。

粒度级配、临界颗粒则依据炉子的大小、冶炼的钢种、使用环境、钢（铁）液中的有害元素的多少、供电系统所供电流的大小来决定的。

通常2t左右的炉子临界颗粒采用5mm。

2 提高炉龄的措施

2.1 炉衬绝缘层的改进

炉衬与感应圈之间的绝缘层、隔热层，一般用5mm石棉板来隔开感应圈和耐火坩埚，以保证炉衬有良好的绝缘与隔热性能。但在烘烤烧结过程中，炉衬材料及化工材料中的水分很难排出，往往造成炉衬绝缘性能下降及烘炉时间延长。经研究与实践，采用在石棉板上钻φ2mm～φ4mm的小孔，这样既能加快炉衬材料及化工材料中水分的及时排出，又能很好地固定散状炉衬材料。

还有的采用石棉布来隔开感应圈和耐火坩埚，这种做法既省时又省力，但必须做到严密紧实。最好采用弹簧圈上下绷紧。

炉体修砌时应留有足够的膨胀缝，一般膨胀缝的厚度为12mm～15mm。

2.2 炉衬的打结

这里讲的是干法打结炉衬。炉衬打结质量好坏直接关系到烧结质量。打结时砂粒粒度分布均匀不会产生偏析，打结后的砂层致密度高（捣实密度应大于 2.2g/m3、 烧后耐压强度应达到 12.5 MPa），烧结后产生裂纹的机率下降，有利于提高炉衬的使用寿命。反之，由于炉衬打结的致密度不够，易产生炉衬烧结不好易酥松、易穿铁穿炉、使镁砂颗粒加速产生热裂、使烧结层迸裂倾向加大，直至导致炉衬开裂而使炉衬报废。

2.2.1 打结炉底

在作好绝缘层、隔热层后，将炉衬材料分批加入捣制。

为防止打结密度不均，烘烤与烧结后的炉衬不致密。因此，必须严格控制加料厚度。同时，打结时用力一定要均匀，以免造成密度不均。

首次加入约炉底厚的25%炉衬材料，捣实。二次加入约炉底厚的33%的炉衬材料，捣实。三次加入约炉底厚的42%的炉衬材料，捣实。炉底捣实后将表面浮层料清除，保证厚度即可（上述数据采自KYPS-150感应电炉打结炉底的实际数据）。

也可根据炉子的大小及炉底的厚度分多次加料。但布料一定要均匀，打结一定要致密。

炉底打结达到所需高度时刮平，即可放置坩埚模。准备打结炉壁。

2.2.2 打结炉壁

放置坩埚模应注意保证坩埚模与感应圈同心，上下调整垂直，坩埚模尽量与所筑炉底紧密结合，调整周边间隙相等后用定位块固定，中间吊重物压上，避免炉壁打结时坩埚模产生位移。

炉壁厚度一般为110mm～120mm，分批加入打结料，布料一定要均匀，每次填料厚度不大于60mm。打结一定要致密。捣实后用打炉钢钎检验，直到与感应圈上沿平齐。（这里表述的是2t中频炉的炉壁厚度及每次填料厚度）。

炉壁最上层材料加入3%～4%的水玻璃。捣好后准备修炉领和炉嘴。

这时用浇花用的喷雾器注满清水，均匀地在炉底和炉壁喷上一层薄薄的水雾，可促使炉衬材料与化工材料较好的结合，增强炉衬的表面强度。

打结好炉底、炉壁后，也可不取出坩埚模，在烘干和烧结时坩埚模起感应加热作用。

2.2.3 打结炉领、炉嘴

将炉衬材料沿炉壁捣实，修出炉领和炉嘴，用气针在上面扎出气孔，以便烘干时排气。为加强表面强度，可在上面涂一层水玻璃。

炉领、炉嘴打结好，也可在炉膛内放置高度大于炉膛的炉料，准备烘烤与烧结炉衬。

2.3 炉衬的烘烤与烧结

烘炉的主要目的是获得较为理想的烧结层，烧结层的好与坏直接影响到炉衬的使用寿命。因此烘炉是延长炉龄的一个十分重要的环节。

炉衬的烘烤与烧结分为三个阶段：烘烤阶段、半烧结阶段、完全烧结阶段。

炉衬的烘烤与烧结的总体要求是低温缓慢烘烤，高温满炉烧结。烧结好的炉衬要求烧结层占炉衬总厚度的30%。

2.3.1 烘烤阶段

分别以25℃/h、50℃/h的速度将坩埚模加热至600℃，保温4 h。目的是彻底排除炉衬中的水分。

2.3.2 半烧结阶段

以50℃/h升温至900℃/h，保温3 h；以100℃/h升温至1200℃/h，保温3 h。必须控制升温速度，防止产生裂纹。

2.3.3 完全烧结阶段

高温烧结时，坩埚的烧结结构是提高其使用寿命的基础。烧结温度不同，烧结层的厚度也不同。由于烧结层不足，其使用寿命明显降低。

烧结好的炉衬要求烧结层占炉衬总厚度的30%。

除了按照上述工艺筑炉以外，还要保证熔炼过程中的正确操作。

在熔炼第一炉钢时，应使用干净无锈的回炉料，以减少熔渣。缓慢加料，应料少批多，随熔随加并扒清炉渣；熔炼初期采用低功率熔炼；每天熔炼完毕后倒空炉内的钢液，密封炉盖使其缓冷。

2.4 优化炼钢工艺

炼钢过程的工艺操作，对炉衬的使用寿命也影响很大。为此，除改进炉衬材质、修砌方法外，在工艺操作上也应采取措施优化炼钢工艺。

2.4.1 优化炉料结构

原材料是炼钢的基础，其质量好坏除直接影响炼钢工艺和钢的质量外，还对炉龄有很大影响。

废钢、铁成分对炉衬耐火材料寿命有显著影响，特别是硫的含量。

为减少钢水对炉衬的影响，针对炉容量较小、出钢量小且频繁，钢水的温度、化学成分波动大，尤其是钢水中的[S]、[P]、[Si]等含量高的问题，在配料的过程中采取依[S]含量的高低搭配使用废钢、铁；为保证低硫钢的生产，使用内部回收的低[S]废钢、废钢中调锰铁、出钢过程中加脱硫剂等方法，减少炉子脱[S]压力，避免了高温脱硫造成的炉衬加快侵蚀。

提高炉渣碱度和渣中MgO含量，降低渣中FeO含量，有利降低炉渣对耐火材料的侵蚀。因此，在使用造渣剂时应注重选择高氧化镁的材料，合理配置渣料结构，加快成渣速度，缩短冶炼时间，降低渣中的氧化铁含量。

提高氧化镁含量及粘度，既有利减少对炉衬的侵蚀，有利于提高集渣效果。

2.4.2 规范装入制度

由于废钢种类较多，（诸如：生铁块、改性生铁、渣钢、渣铁、内部回收废钢铁、外购废钢铁等等。）炉料的体积和单重相差很大，加之废钢场地有限和生产节奏快。工人难以做到合理搭配，致使渣量波动较大，温度很不稳定，故各工厂应根据炉子的大小、废钢的实际情况与废钢堆放场地的实际，同时为防止装入过多或过少造成渣量波动大，来规范装入制度：既废钢块的块度与单重。

2.4.3 积极认真开展温降工作

据资料显示，耐火材料高温熔解、高温熔液渗透、高温下气相挥发是炉衬损坏的主要原因。炼钢过程、终点温度过高将导致耐材损坏加快，特别是当终点温度在1700℃以上，每提高10℃炉衬耐材的侵蚀速率都会成倍增加。

因此，通过强化炉衬的打结密度、确保炉衬的烘烤与烧结、优化炉料的结构、炉口加盖、加快钢包烘烤、缩短冶炼时间等方面的工作，使平均出钢温度下降10℃，就将有利地提高炉衬的使用寿命。

2.5 规范用炉制度

炉子使用过程中的各种工艺对炉衬的使用寿命也相当重要。操作不当将严重影响炉衬的使用寿命。尤其是新炉烧结层较薄，因此新炉的使用工艺更为重要。

1）新炉出水的第一炉应出50%既加料熔化。这样可以避免全部出水后加料导致炉衬聚冷出现裂纹等缺陷。

2）新炉应尽可能的连续熔炼，避免间断熔炼造成的聚冷聚热带来的裂纹。

3）下料时严禁强烈冲击炉底和炉壁。否则，会产生炉衬剥落、裂纹。

4）严禁出现炉料“架桥”。

由于炉料出现“架桥”，将导致炉衬出现局部高温甚至超过炉衬的耐火度，从而导致炉衬熔融而蚀损。

5）严格控制熔炼温度。

众所周知，中频炉升温速度相当快。因此，熔化温度太高，将导致炉衬过热而熔融蚀损。

6）由于镁质耐火材料的特性在炉冷时炉衬会出现细小裂纹。因此，冷炉启动时，应先低温烘炉，再进行融化，从而使裂纹先弥合，避免钢（铁）液渗入裂纹使裂纹进一步扩展。

7）在使用过程中，由于故障等原因需要长时间停炉，应将炉内的钢（铁）液倒空，避免钢（铁）水冷凝拉裂炉衬而使炉衬损坏；当无法倒清钢 （铁）水时，且钢（铁）水已冷凝，在无法判断炉衬是否完好时，为安全起见应拆炉。

8）在停炉冷却时，为了避免炉衬聚冷，应空炉冷却，同时为避免炉衬在冷却过程中上下温差过大而产生裂纹，应盖炉盖。使炉衬在冷却时上下均匀，从而保证炉衬的使用寿命。

2.6 炉衬的维护

中频炉炉龄受多种因素影响。其中炉衬的维护是重要的环节之一。科学有效的维护方法对提高炉龄起着至关重要的作用。

炉衬使用到了中后期就应及时修补。但许多厂家往往忽略了这一点。

修补炉衬的要点：

1）先将损坏部位的炉渣清理干净，将裂口扩大成60°的缺口，用浓硼酸刷一下，再撒上少许干硼酸粉；然后将拌匀的炉衬材料（外加化工材料）添于该处，用木槌打紧，并将表面抹光。

2）如炉底出现凹坑，修补时应首先铲除凹坑处的炉渣，将炉衬材料添人凹坑内，其厚度比周围炉衬高出20mm～30mm，用平锤打结紧实，打实后再刮掉多余的炉衬材料。然后用比较平整的炉料压上，再加其他炉料，用220V电压送电。

3）修补因侵蚀而变薄的炉衬时，应先将已被钢液或炉渣渗入的烧结层剥掉，然后放入金属模，再其周围空隙填入炉衬材料，打结后通电烘烤烧结。

3 结 语

1）炉衬耐火材质的提高是基础，炉衬的打结致密、优化炼钢系统、降低炼钢温度、及时补炉等是提高炉龄的关键。

2）合理使用适当量的结合剂、黏结剂、添加剂也将提高炉衬的整体质量。如：在镁质炉衬材料中添加一定比例的高铝质材料，使其在高温作用下生成镁铝尖晶石相，也有利于提高炉衬的使用寿命。

3）提高炉龄可以降低生产成本、增加产量、降低工人的劳动强度。同时也对生产、技术、管理起到带动和促进作用。