菱镁矿补炉工艺在大型转炉炉衬维护中的应用

贾建明

（河钢宣钢二钢轧厂，河北 宣化075100）

转炉前大面和炉底是转炉的重要部位，经常受到铁水、倒炉钢渣液体的冲刷侵蚀和废钢的机械撞击。使用菱镁矿替代部分生铁块补炉后，菱镁矿含高熔点的矿物质，耐火度高，提高了渣补的结构强度和抗冲刷能力，每次补炉大约20 min左右就能粘好，高熔点物质在附着转炉炉衬长达10~16 h，节约了生产时间，给公司单炉机生产创造了有利条件。

高炉的连续生产导致转炉生产压力较大，转炉必须适应高炉的生产节奏，这样转炉检修、补炉的机动时间较短，转炉维护也需要很大成本，如果长时间不对炉衬进行修补，将影响转炉的稳定生产，且会给后期炉役炉况的维护带来困难增加负担。

1 菱镁矿补炉的工作原理

转炉炉衬由绝热层、永久层和工作层组成。工作层因与高温金属液体、熔渣直接接触，工作环境恶劣，所以工作层全部砌筑耐高温，热稳定性好的镁炭砖[1]。

转炉在吹炼过程中，炉内在高温条件下进行着复杂、激烈的物理化学反应和机械运动。镁炭砖工作表面的碳首先受到氧化性熔渣，氧化亚铁等氧化物、冶炼时的氧、炉气中一氧化碳，等氧化性气体氧化作用，以及高温下碳还原氧化镁，使镁炭砖工作表面形成脱碳层。炉衬砖的工作表面由于碳的氧化脱除，镁碳砖组织结构遭破坏，在金属液和高温气体的流动冲刷下流失而被蚀损；同时，由于碳的脱除所形成的孔隙，熔渣从孔隙渗入，并与MgO反应生成低熔点CaO·MgO·SiO2矿物质粘附在炉衬上，由于转炉在冶炼时炉衬内发生反复性的氧化—脱碳—高温金属液和气体冲刷，转炉内衬逐渐融损，流失于炉渣中，就这样炉衬一步一步被蚀损。

1.1 菱镁矿的物理性质对补炉的影响

镁质矿石因其具有高熔点、耐高温侵蚀、不易氧化、又不与钢水反应的特点，其相对密度大约在2.9~3.1 g/cm3之间，而炉渣的相对密度大约在2.7 g/cm3左右，当把菱镁矿倒入转炉前大面时，菱镁矿可以完全浸泡在炉渣中，此作条件完全符合生铁块渣补的基本原理。

同时由于菱镁矿的比重低于生铁块的相对密度（大约0.3 g/cm3）左右，菱镁矿在液态炉渣中会自动逐渐均匀分布在转炉前大面，而生铁块的倒入转炉前大面后，由于生铁块比重大，倒入转炉后形状不会改变，所以菱镁矿弥补了生铁块补炉不够完全的地方，对维护炉型起到了重要作用。

1.2 菱镁矿的化学性质对维护炉衬的影响

菱镁矿的主要化学成分是MgO，是MgCO3和CaCO3的复盐，矿石中MgO含量越高，耐火度越高；当其遇到高温熔渣时分解为CaO和MgO的反应层[2]，其化学反应如式（1）所示。

它们与熔渣反应生成高温结合相，提高了渣补的结构强度和抗冲刷能力，由于出钢后炉渣的温度还很高，基本在1 450～1 550℃之间，菱镁矿在1 450～1 800℃煅烧，CO2气体完全溢出，MgO形成方镁石结晶致密结合块体，耐火度达到3 000℃以上；MgCO3、CaCO3的分解温度为627℃，因此，菱镁矿石加入到炉内完全满足反应热力学条件，其中一小部分菱镁矿在炉内反应生成MgO和CO2气体，生成的MgO溶解在炉渣中，提高了炉渣中MgO的含量，为溅渣护炉提供了高熔点的炉渣，溅后渣层可有效抗击高温钢液的冲刷，保护炉衬抗侵蚀能力，延缓炉衬侵蚀速度，稳定炉况正常运行。

2 菱镁矿加入量的确定

根据转炉采用生铁块渣补原理经验得出结论：渣补生铁块过多，天车倒入过快有结堆现象难以铺平，对炉型影响很大，不符合反应动力学原理，致使炉内反应空间不足，炉容比变小，吹炼过程难以控制，容易发生喷溅；渣补生铁块太少，渣补效果不太明显，起不到护炉作用，所以渣补生铁块一般选择4.5 t左右。

根据生铁块（相对密度约7 g/cm3）与菱镁矿（相对密度约2.9~3.1 g/cm3）的相对密度和加入转炉前大面形成的体积相等，计算菱镁矿的加入量M如式（2）所示：

由于河钢宣钢二钢轧厂现在菱镁矿用编织袋包装，每袋重量大约1 t左右，每次渣补加入2袋，使用也特别方便。

3 菱镁矿补炉工艺的操作要点

1）根据生产节奏，利用中包到点时时间充裕情况下进行菱镁矿补炉操作。

2）进行菱镁矿补炉前的吹炼炉次，终点控制按照：w(C)≥0.08%，炉渣碱度为2.8～3.5；炉渣中w(MgO)为8%～10%。

3）确保终点一次拉炉成功，严禁调生料，钢水全部出尽；为了保证渣面补炉后平整，炉渣致密度大，不进行溅渣操作；或根据实际情况静置一段时间后，待菱镁矿完全凝固铺平烧结好，可摇起炉适当溅渣操作，使补炉效果更好。

4）将炉体摇至与炉台夹角约50°，用废钢斗缓慢加入提前备好的1～2 t镁质矿石，然后来回上下小幅度摇炉直至镁质矿石完全平铺前大面，静置等待菱镁矿完全凝固。

5）当终点温度高于1 680℃或终点w(C)小于0.08%时，终渣w(FeO)高、黏度低，用废钢斗缓慢加入提前备好的1～2 t镁质矿石，静置10～15 min。然后起炉摇到零位，氧枪枪位降至2～3 m用氮气吹扫1～2 min，完后再把转炉摇平，让其自然凝固。

6）渣补完吹炼第一炉钢，要化好渣，过程温度控制合适，出完钢做好溅渣护炉工作，使得菱镁矿补炉效果进一步得到巩固。

4 菱镁矿补炉工艺的优点

1）使用菱镁矿替代部分生铁块补炉后，菱镁矿含高熔点的矿物质，耐火度高，提高了渣补的结构强度和抗冲刷能力，菱镁矿渣补大面较为平整，不存在凸出点，前大面耐侵蚀性明显提高，炉渣平稳，炉渣中不易带钢，杜绝了倒炉时炉渣发泡现象，有利于降低钢铁料消耗。

2）一个中包周期只用生铁块补炉一次，用菱镁矿补炉一次，一次补炉用1~2 t菱镁矿，大约20 min左右就能粘好，高熔点物质在附着转炉炉衬长达10~16 h，能替代两次生铁块补炉约8~10 t，节约了生产时间，给公司单炉机生产创造了有利条件。

3）改造前渣补铁块的用量为每班4 t、每天3次，耐侵蚀时间为8 h。改造后为每班2 t镁质矿石每天1次，耐侵蚀时间为10~16 h。另外还要在每天正常生产的时候渣补1次每次4 t，替代2次渣补用的生铁块8 t，每月除去正常维护炉衬的次数，菱镁矿渣补占渣补炉次的权重为30%，渣补用的铁块的成本为每吨0.25万元，该工艺年经济效益为216万元。