K-OBM-S转炉加料溜槽使用寿命提升方案

冯东耀

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西 太原 030000）

一般来说，钢中w（Cr）达到11.7%以上才能成为不锈钢，工业应用中的不锈钢w（Cr）通常为12%~30%，而进口铬铁的w（Cr）约为60%~70%。采用转炉融化合金的工艺冶炼不锈钢时需要在脱碳保铬期，连续加入大量的高碳铬铁、锰铁和镍粒，使熔池快速升温到1 700℃[1]，以90 t转炉计算，每炉次所需的高碳铬铁就高达15 t以上。加料溜槽作为易损件插入烟罩中，不仅需要考虑转炉加料过程中的磨损问题，还需要考虑冶炼期间的高温对溜槽的烧损情况。

1 加料溜槽使用的工况

K-OBM-S转炉烟道上的加料溜槽设置于转炉烟道炉口段两侧，且距离炉口位置约为2 m，导致其工况相当恶劣，主要表现在：转炉冶炼温度在1 700℃，而加料口离炉口位置近，加料溜槽表面温度高；不锈钢冶炼中，主要原料为高碳铬铁，在通过溜槽时对其磨损和冲击都比较大。

2 加料溜槽使用寿命提升的必要性

1）溜槽变短后物料直接冲刷固定烟道会造成漏水，存在极大的安全隐患。

2）加料溜槽长度的变化造成下料角度的变化，可能导致物料对炉衬的冲刷，影响炉龄。

3）加料溜槽角度的变化，可能造成物料冲刷氧枪导致氧枪漏水，存在较大安全隐患。

4）K-OBM-S转炉生产节奏紧，检修时间短，故障频繁，影响产能。

3 提升过程

水冷溜槽受限于烟道与炉口之间的相对位置，与烟道上溜槽插入口的大小应保证大于溜槽外径，且必须保证强制水循环冷却；水冷装置冷却效果好，但是耐磨程度差，使用不到半个月就会造成溜槽磨损漏水，不仅需要停炉进行检修，还存在较大的安全隐患，同时，水冷溜槽套中耐磨层内径为350 mm，如果增加耐磨层厚度就会减少溜槽口的大小，从而导致堵料。所以，水冷方式虽然冷却效果良好，但是对于需要持续大量的添加合金料块来说，耐磨性要作为第一参考因素。

铸铁溜槽的耐磨性有大幅度提升，但耐热性较差，而耐热铸铁是通过增加合金元素含量来提高固态相变临界点，基体为单相铁素体，使铸铁在使用范围内不致于发生相变，以减少由此而造成的体积胀大和显微裂纹等。在实际的应用中，溜槽根部烧红（如图1），表面温度可达到400℃以上。高温下，铸铁会发生氧化和生长现象。氧化是指铸铁在高温下受氧化性气氛的侵蚀，在铸铁表面产生氧化皮，减少了铸件有效截面，从而降低铸件的承载能力。生长是指铸铁在高温下产生不可逆的体积长大的现象，其原因是氧气通过石墨片的边界及裂缝间隙渗入铸铁内部，生成密度较小的氧化物，加上高温下渗碳体分解形成容积大的石墨，使铸铁的体积胀大，从而使铸件零件失去精度，产生裂缝和变形，导致零件失效[2]。

图1 溜槽表面烧红

铸铁具有良好的耐磨性能，但是缺乏降温冷却设备，随着温度的升高，铸铁的耐磨性降低，使用寿命依旧达不到预期的效果。

为了避免铸铁溜槽温度上升，同时为防止转炉冶炼过程中，煤气通过加料系统泄露，在加料溜槽上方溜管中利用氮气对炉内热量进行封堵。长期使用无自带气封溜槽（如图2）以来情况都很良好，但在2017年5月份，由于生产工艺发生变化，炉口处温度提升了约50℃，导致铸铁溜槽寿命严重缩短。

图2 无自带气封溜槽（mm）

据统计，K-OBM-S转炉在2017年6月至8月三个月中，南北溜槽总计更换5件，严重低于平均3个月的使用寿命，致使检修成本和备件成本大大提高，严重影响正常生产。

据长期的跟踪发现，溜槽末端在吹炼过程中被烧红约500 mm以上，使溜槽表面温度升高，加剧了磨损。究其原因为溜槽末端冷却不到位，无法封堵火焰和高温，造成溜槽表面温度升高。为测试气封对溜槽冷却效果，在溜槽冷却气封管处加一趟旁通，直接从溜槽法兰处通到溜槽底部。在试验过程中，使用不到2天的时间，伸入溜槽处的气封管就被物料砸断，而后通过改进气封管位置，保证了气封管不被砸断。但是又经过一段时间的跟踪，发现K-OBM-S转炉在冶炼过程中，加料时间大约为吹炼时间的一半，加料时间长，气封吹到物料的可能性就大，也就表明溜槽底部的冷却仍旧不到位，无法降低溜槽底部的温度。

在试验阶段溜槽内部的气封管被物料打漏，无法冷却溜槽底部，后又尝试在溜槽底部外侧与烟道排管之间无缝隙地增加管路，而一旦安装气封管，溜槽角度发生变化，加料时很有可能冲刷南北耳轴处炉衬，影响炉衬寿命，也可能直接冲刷氧枪造成氧枪漏水；而为使溜槽角度不变，适当将溜槽下放，会导致溜槽根部积渣，导致物料实际轨迹延长，同样冲刷炉衬和氧枪；与此相反，溜槽按照原角度向上调整，物料则会直接冲刷烟道加料孔导致固定烟道漏水。

通过现场实践进行分析讨论，设想在溜槽上铸造出气封管，确认该操作的理论可能性和在实践上的可实施性。经过几次测算，发现适当增厚溜槽下半部，同时压缩溜槽上半部厚度，预留出溜槽气封管铸造空间，自带气封冷却装置的溜槽即可铸造出来（如图3）。

图3 自带气封溜槽（mm）

在使用溜槽自带气封冷却装置一段时间后，发现溜槽底部仍旧存在烧红的现象，经过对气封进行拆检，发现气源管压力不足。考虑到是因为溜槽气封由总管到分管线路太多，从而造成了气源压力不足问题，因此将南北溜槽处各增加1个气包，然后分支，以保证支路气源的压力均等。

4 提升效果

根据三年的铸铁溜槽使用统计，在2017年全年共使用11件，2018年共使用10件，2019年共使用7件，溜槽平均寿命由2.18个月提升到3.42个月，通过对比发现，溜槽剩余平均长度比2018年平均长了约50 mm，溜槽寿命大幅提升，避免了固定烟道加料口发生的磨损漏水，同时也避免了冲击炉衬。