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精煉分廠AOD爐齡提高措施
摘要：為提高鎂鈣磚AOD爐齡，對(duì)比了鎂鈣磚和鎂鉻磚的特點(diǎn)，分析了AOD爐內(nèi)不同區(qū)域的侵蝕狀態(tài)，并分析了在冶煉過(guò)程中不同階段的侵蝕。分析結(jié)果顯示，AOD爐內(nèi)渣線部位侵蝕嚴(yán)重，主要是由于低堿度渣造成。因此，通過(guò)提高爐渣堿度，提高爐渣中的MgO含量，控制冶煉及還原時(shí)間，降低AOD冶煉過(guò)程溫度等一系列的針對(duì)措施，從而使AOD的平均爐齡從63次左右提高到68次以上。
關(guān)鍵詞：鎂鈣磚 、爐渣堿度、 耐火材料 、AOD爐齡
1、前言
AOD(Argon Oxygen Decarburization)爐主要應(yīng)用于冶煉不銹鋼。爐襯使用鎂鈣質(zhì)耐火磚，長(zhǎng)期以來(lái)的平均爐齡在63次左右，造成噸鋼耐火材料消耗偏高，而且AOD爐齡是AOD冶煉工藝整體水平的體現(xiàn)，因而提高AOD爐齡一直是不銹鋼冶煉追求的重要指標(biāo)。自投產(chǎn)以來(lái)，精煉分廠的AOD爐技術(shù)人員齊心協(xié)作，潛心研究，以找出AOD爐襯的侵蝕機(jī)理，并采取針對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)爐齡的提升。
2、AOD精煉的特點(diǎn)
AOD精煉技術(shù)的冶金原理是向爐內(nèi)吹入O2和惰性氣體(N2,Ar)的混合氣體，用Ar或N2稀釋由脫碳反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體的分壓，從而促進(jìn)脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，并抑制鋼水中的鉻的氧化。AOD由于精煉溫度高，冶煉周期長(zhǎng)，氣體攪拌劇烈，鋼渣沖刷嚴(yán)重，爐襯溫度周期性變化幅度大，爐渣堿度變化幅度大等，爐襯工作條件十分惡劣。
2.1 影響AOD爐齡的主要因素
2.1.1 爐襯的耐火材料和爐襯的砌筑、烘烤工藝的影響
AOD一般使用堿性耐火材料。耐火材料本身的質(zhì)量，包括耐火度、高溫強(qiáng)度、氣孔率、雜質(zhì)含量、磚型尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、防水化性等，都嚴(yán)重影響爐齡壽命。同時(shí)爐襯砌筑、烘烤工藝，如磚型設(shè)計(jì)、砌筑磚縫大小、烘爐溫度及升溫速度等，也會(huì)對(duì)AOD爐襯壽命產(chǎn)生很大的影響。
2.2 冶煉工藝和操作的影響
AOD冶煉工藝和操作對(duì)爐襯壽命影響很大，具體表現(xiàn)如下：
(1)爐溫高。有研究表明，當(dāng)熔池內(nèi)溫度在1700℃以上時(shí)，溫度每提高50℃，爐襯耐火材料的侵蝕速度就會(huì)提高一倍。而AOD在冶煉不銹鋼時(shí)脫碳期溫度可能達(dá)到1750℃，并且爐襯耐火材料在高溫下工作的時(shí)間比較長(zhǎng)，因此AOD在脫碳期熔池的溫度和精煉時(shí)間對(duì)爐襯使用壽命影響比較大。
(2)爐溫變化大。首先AOD生產(chǎn)是間歇式的，出完鋼在等鋼水期間，爐襯溫度會(huì)下降至1300℃左右，而脫碳期熔池內(nèi)爐襯溫度高達(dá)1700℃左右，而在還原期又降至1560℃左右;第二供氣原件都是氣冷的，在等鋼水期間風(fēng)槍周圍爐襯耐火材料會(huì)急降至900℃以下;第三，冶煉過(guò)程中，爐襯的溫度也是不均勻的，風(fēng)眼區(qū)爐襯溫度較高，而其他區(qū)域的爐襯溫度較低;第四，由于在不銹鋼精煉期間，需要向熔池加入大量的造渣料、合金及金屬等，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成渣線部位爐襯溫度的急劇下降，這些都使AOD的爐溫變化大，導(dǎo)致?tīng)t襯耐火材料剝落而影響爐襯壽命。
(3)氣體及鋼流對(duì)爐襯的沖刷嚴(yán)重。在AOD整個(gè)操作過(guò)程中，都會(huì)想熔池吹入大量的氣體。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，熔池的供氧強(qiáng)度、攪拌強(qiáng)度還在不斷提高。這對(duì)熔池的耐火材料造成了嚴(yán)重的沖刷，特別是AOD的后墻要承受很大的氣流和鋼流沖刷，這會(huì)使AOD爐齡降低。
(4)爐渣堿度波動(dòng)大。AOD爐襯不僅要受熔渣的侵蝕和沖刷，而且在一個(gè)精煉周期內(nèi)熔渣堿度的波動(dòng)范圍很大，其值在1.0-4.0內(nèi)波動(dòng)，精煉前期由于熔渣未熔化，此時(shí)吹O2升溫熔渣的堿度在1.0左右，還有就是還原期，渣中SiO2含量突然升高，在惰性氣體的攪拌下，渣中的SiO2會(huì)與堿性耐火材料中的MgO和CaO發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的鈣鎂橄欖石(CaO•MgO•SiO2)和鎂薔薇輝石(3CaO•MgO•2SiO2)，同時(shí)破壞方鎂石之間的結(jié)合。而這些低熔點(diǎn)產(chǎn)物在AOD精煉期間會(huì)發(fā)生軟化和脫落，從而使?fàn)t襯壽命降低。
由上述分析可知，由于AOD精煉不銹鋼的特點(diǎn)，使得爐襯耐火材料處在高溫且溫度變化大，爐渣侵蝕嚴(yán)重，以及受渣、鋼強(qiáng)烈沖刷的環(huán)境下工作，工作條件非常的惡劣，因此爐齡的提高非常的困難。
3、提高AOD爐齡的措施
3.1 選用優(yōu)質(zhì)的鎂鈣磚作為爐襯耐火材料
AOD使用的耐火材料一般有兩種，鎂鉻磚和鎂鈣磚。兩種耐火材料各有優(yōu)缺點(diǎn)：鎂鉻磚的高溫強(qiáng)度高，但是其抗熱震性以及抵抗堿度大于1.5的渣侵蝕能力不如鎂鈣磚。鎂鈣磚的高溫性能好，可以承受1750℃以上的高溫，而且可以適應(yīng)堿性渣堿度的大范圍波動(dòng)。與鎂鉻磚相比，鎂鈣磚含有較多的CaO，而CaO能與渣中的SiO2生成C2S致密層，從而保護(hù)磚不在被侵蝕;另外，CaO在高溫下有較大的懦變性，可以延緩溫差熱應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生;此外鎂鈣磚在價(jià)格要比鎂鉻磚低，對(duì)環(huán)境的污染也較小。因此，目前精煉分廠采用鎂鈣磚做為AOD爐襯耐火材料。但鎂鈣磚的高溫強(qiáng)度和防水化性能不如鎂鉻磚。另外，針對(duì)風(fēng)口區(qū)爐襯侵蝕速度較快的情況，加大了風(fēng)口區(qū)爐襯的厚度。
3.2 制定合理的烘爐制度
制定合理的AOD爐襯的烘烤制度，使?fàn)t磚緩緩升至高溫，并保證爐磚被烤透;在出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間等鋼水或停爐檢修的情況下，也要對(duì)爐襯進(jìn)行烘烤，以避免爐襯耐火材料在接觸鋼水時(shí)急熱，或長(zhǎng)時(shí)間等鋼水時(shí)溫降過(guò)大而造成剝落。
3.3 調(diào)整冶煉工藝
在爐襯耐火材料和冶煉鋼種一定的情況下，AOD爐壽命是溫度與冶煉時(shí)間的函數(shù)。不銹鋼冶煉在氧化末期的溫度一般控制在1700℃左右，爐齡與冶煉時(shí)間成反比，因此在控制爐溫，渣堿度的同時(shí)，還因盡量縮短冶煉時(shí)間。控制渣量，渣量越大，渣對(duì)爐襯的沖刷也就越大，相應(yīng)的渣層厚，對(duì)于脫碳時(shí)間升溫速度及熱量利用率也是有比較大影響。以冶煉304不銹鋼為例，精煉分廠AOD冶煉時(shí)間2012年～2015年為130分鐘左右;石灰噸鋼消耗為160千克/噸;螢石噸鋼消耗為46千克/噸;硅鐵消耗為20千克/噸～23千克/噸。經(jīng)過(guò)多次技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備改造，目前冶煉304時(shí)間為110分鐘左右;石灰噸鋼消耗為125千克/噸;螢石噸鋼消耗為32千克/噸;硅鐵噸鋼消耗16千克/噸～18千克/噸。
3.4 調(diào)整爐渣堿度和成份
爐渣堿度和成分對(duì)爐襯的壽命都有很大的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著渣中CaF2含量的增加，爐襯壽命大大降低，而隨著渣中氧化鎂含量的增加，爐襯壽命相應(yīng)的提高，因此對(duì)還原渣的堿度和成分進(jìn)行了調(diào)整，爐渣堿度CaO/SiO2,控制在2.1，(CaO+MgO)/SiO2控制在2.3，且嚴(yán)格控制CaF2的加入量，控制CaF2/CaO的比例。
4、結(jié)論
通過(guò)以上闡述，提高AOD爐齡可通過(guò)：
(1)制定合理的烘烤制度及保證爐役上線后能夠盡可能的連續(xù)性生產(chǎn)。
(2)控制冶煉最高溫度不大于1710℃。由于鎂鈣磚的抗侵蝕能力隨溫度的升高急劇下降，因而必須控制冶煉過(guò)程中的溫度不得大于1710℃。
(3) 控制AOD入爐鐵水硅含量。AOD 冶煉前期由于鋼中硅的氧化而使?fàn)t渣堿度大幅度降低，同時(shí)由于石灰加入后與二氧化硅的反應(yīng)速度，與硅的氧化速度相比較慢。因而必須控制 AOD 入爐硅在 1.0% 以下。
(4)渣中氧化鎂含量 5%-7%。提高渣中氧化鎂含量，可以提升氧化鈣的熔解動(dòng)力學(xué)條件，促進(jìn)造渣。同時(shí)可以減少爐渣對(duì)鎂鈣磚的侵蝕，避免鎂鈣磚的氧化鎂向渣中轉(zhuǎn)移。
(5)提高渣中堿度≥1.5。提高渣中堿度，即相應(yīng)提高了 AOD 爐渣中 CaO 含量，減少了對(duì)爐襯的侵蝕。
(6)減少渣量。在不銹鋼冶煉過(guò)程中，產(chǎn)生的熔渣數(shù)量越多，對(duì)爐襯材料的機(jī)械和化學(xué)侵蝕就越大，爐襯的熔損速率就越大，而渣線部位的熔損速度就更快。因而，減小渣量是提高 AOD 爐齡的重要措施。
實(shí)時(shí)匯聚核
心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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實(shí)時(shí)匯聚核心行業(yè)動(dòng)態(tài)
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