大废钢比生产模式下钢包耐火材料的侵蚀及影响分析

肖同达 李慕耘 孔勇江 胡 波 徐国涛

1）宝钢股份武钢有限责任公司炼钢厂 湖北武汉 430080

2）宝钢股份中央研究院 湖北武汉 430080

钢铁行业的CO2排放约占全球CO2排放的7%。为实现碳达峰，减少碳排放，钢铁行业必须走“低碳化”发展道路。与高炉-转炉长流程相比，全废钢-电炉短流程工艺吨钢可减少CO2排放量1.45 t，每提高1%废钢比，吨钢CO2排放量降低22.36 kg。因此，降低铁耗，提高废钢比成为目前转炉低碳冶炼的发展方向。炼钢厂通过铁水直兑，废钢加热，多方式加废钢等来增加废钢量。陈亚团等［1］对提高废钢比的方案进行了介绍，通过提高入炉温度、减少过程温降、外加增热剂等方式来创造热量条件，对高炉系统加废钢、铁包及钢包加废钢等技术方案进行了投资预算，对高废钢比工作如何开展提出了建议。杜金磊等［2］的研究表明：通过高炉出铁沟及铁水包加废钢，废钢比由17.4%提升到23.3%，废钢比提升未对转炉冶炼钢水质量造成明显影响。转炉工序兑铁水之前加废钢，废钢比较低，铁耗较高，加入形式单一；采用废钢加热、铁水直兑、多方式加废钢等形成了大废钢比的新生产模式。

在本文中，针对武钢有限责任公司炼钢厂三炼钢300 t钢包加废钢后的工艺变化，对钢包用耐火材料的侵蚀及影响因素进行了分析和探讨。

1 300 t钢包加废钢的工艺变化

1.1 铁水直兑

降低KR工序过程温降，减少扒渣过程铁损，部分钢种工艺路径优化，铁水到钢厂后不经KR脱硫，直接往转炉内兑铁水。钢水在钢包工序完成脱硫，成分合格后进入连铸工序。

1.2 改变废钢加入方式

根据设备工艺特点，废钢加入方式同步优化，采取了鱼雷罐、炉后平台、钢包等加废钢的新模式。炉后平台通过铲车加入，钢包工序加入时采用升降式废钢槽和行车吊箱。2020年吨钢废钢加入量由0.12 t增加到0.25 t，铁钢比由0.99降低到0.85。

1.3 钢包加热比例增加

炼钢工艺变化导致钢包加热比例增加20%，钢包底吹氩气流量增加29.6%，加热时间增加1倍。炼钢工艺变化导致渣线砖穿漏事件时有发生，包壁砖残厚不足，供气砖寿命降低。

2 炼钢工艺变化对钢包用耐火材料的影响

2.1 工艺变化对渣线砖的影响

2.1.1 渣线砖穿漏频次增加

大废钢比生产模式之前渣线砖寿命为53.9次，按2个周期（50次）组织生产，寿命达到3个周期的比例为10%。大废钢比模式之后，渣线砖平均寿命51.1次，部分钢包渣线砖只能使用1个周期。渣线砖低于安全残厚（60 mm）的钢包个数逐月增加，渣线砖穿漏频次达到每月1.5次，影响生产顺行。

2.1.2 控制措施

（1）局部渣线砖材质优化：渣线砖穿漏位置主要在供气砖上方的钢渣界面处，对应21～22环缝位置。为此，对该位置渣线砖材质［3-4］进行优化，渣线镁碳砖选用大结晶电熔镁砂、高纯鳞片石墨，控制CaO／SiO2比例，降低B2O3含量。

（2）钢包精细化管理：钢包加热比例增加，加热时间延长是渣线砖穿漏的重要原因。为此，对钢包加热时间进行折算，钢包每加热36 min，渣线砖使用记录额外增加1次；钢包渣线砖累计55次时，已达到渣线砖寿命末期，残厚偏薄，该钢包后续只能用于氩站或真空处理钢种，避免进入钢包工序，降低钢包加热对渣线砖寿命的影响。

（3）渣线砖残厚确认：钢渣界面处侵蚀最快，残厚大于130 mm时可以继续使用，残厚小于130 mm时渣线砖整环拆除；钢渣界面下方渣线砖侵蚀稍慢，根据残厚是否大于130 mm决定拆除范围（13～20环）。采取措施后，杜绝了渣线砖穿漏事件，满足两个周期（50次）使用要求。

2.2 工艺变化对包壁砖影响

2.2.1 残厚变薄

三炼钢钢包壁砖1～12环由刚玉质预制块砖湿砌而成，包龄220次。大废钢比模式之后，壁砖残厚逐月降低，平均由74 mm降低到68 mm。部分钢包壁砖残厚低于50 mm的安全值，且不同部位侵蚀速率不一致；如：9＃钢包包龄147炉，南边倒渣面1／4周长区域壁砖残厚45 mm，侵蚀速率每炉1.1 mm；北边残厚83 mm，侵蚀速率每炉0.8 mm；二者均高于每炉0.5 mm的正常值。

2.2.2 控制措施

（1）倒渣面壁砖局部加厚：浇铸后余渣倾翻过程中，倒渣面壁砖与钢渣发生物理、化学反应［5］，导致壁砖侵蚀速度加快。因此，将倒渣面周长3.5 m范围的1～12环壁砖厚度由170 mm增加到200 mm。

（2）转炉出钢时钢包位置精准控制：钢包与转炉出钢口位置不对应，出钢钢流冲刷壁砖，导致局部异常侵蚀。因此，出钢过程中钢包车动态调整，确保钢流在钢包冲击板正上方。

（3）壁砖定期维护：针对钢包倒渣面异常侵蚀，采取打围、贴补、修补、全抹工艺进行维护。包龄50次后，每次下线对南边包壁进行修补，同时检查其他部位壁砖，对凹陷部位进行修补；包龄75次后，包壁南侧进行贴补，贴补范围为南侧倒渣面至东南面；包龄75、125、200次时南3环打围修补；包龄100、175次时，包壁全面修补。采取上述措施后，倒渣面壁砖大面积挖补得到控制，包龄平均220炉，壁砖残厚75 mm，满足50 mm的安全残厚使用要求。

2.3 工艺变化对供气砖的影响

2.3.1 供气砖寿命降低

三炼钢钢包底部有两块供气砖，安装位置在半径的1／2处，沿直径方向对称分布，供气砖连线与耳轴连线夹角45°。供气砖结构有芯板复合式、弥散式及狭缝式，不同结构供气砖均满足使用要求。大废钢比模式后，供气砖寿命由24.1次降低到22.2次，残厚由213.6 mm降低到182.7 mm。

2.3.2 控制措施

（1）供气砖材质优化：针对芯板式及狭缝式供气砖，通过制定高标准技术要求及定期抽检，对板状刚玉等主要原料的质量进行优化，提高原料质量，优化基质组成，控制水泥加入量，提高供气砖抗侵蚀性和抗氧气清吹能力，使供气砖具有更好的热体积稳定性和良好的抗热震性。因弥散式供气砖不耐清吹引起了烧损［6-7］，为此，增加了弥散块的体积密度和质量，单块质量提高5%，相应的弥散块显气孔率降低，减少了使用过程中的渗钢问题。

（2）供气砖狭缝宽度优化：300 t钢包供气砖狭缝宽度＞0.2 mm时，钢水渗透深度达15～20 mm，狭缝堵塞造成底吹失败，表面难清理；当狭缝宽度＜0.1 mm时，底吹气量小，达不到二次精炼目的［8-10］。根据现场运行参数计算，改变供气砖结构，狭缝宽度由0.2 mm优化到0.17 mm，供气砖狭缝渗钢问题得到控制。

（3）供气砖维护工艺优化：供气砖使用前10次时采用选择性清烧：当炉精炼工序为氩站或钢包时，供气砖表面不清烧；当炉精炼工序为真空时则清烧。增加氮气清吹工序，钢包上热修台架后马上接氮气软管，将狭缝内钢渣吹出，并观察氮气流量。在标准条件下，当氮气流量为20～60 m3·h-1时，判定透气砖满足使用要求；不在流量范围内，则接天然气观察火焰实际情况；氮气流量低于20 m3·h-1，判定供气砖存在堵塞现象；氮气流量高于60 m3·h-1，判定供气砖存在串气或管道漏气的可能。

制定相应的对策和实施相应的措施后，钢包供气砖底吹成功率由95%提高到97.5%，供气砖使用次数由22.4炉提高到24.3炉，

3 结论

（1）通过铁水直兑、废钢烘烤、多方式加废钢等工艺变化来增加废钢加入量，使铁钢比由0.99降低到0.85，钢包加热比例由35%提高到55%。

（2）通过渣线砖材质优化、钢包周转精细化管理、残厚确认等控制措施，杜绝渣线砖穿漏事件，渣线砖平均寿命提高到54.1次，满足两个周期的使用要求。

（3）通过壁砖局部加厚、出钢时钢包位置精准控制、壁砖定期维护，倒渣面大面积挖补现象得到控制，包龄稳定220炉，壁砖平均残厚75 mm，满足安全残厚要求。

（4）通过狭缝宽度、维护方式优化，供气砖寿命由22.4炉提高到24.3炉。