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200t轉(zhuǎn)爐出鋼口穿鋼的原因及分析
攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司煉鋼廠現(xiàn)有2座200噸提釩轉(zhuǎn)爐，2座200噸煉鋼轉(zhuǎn)爐，4座轉(zhuǎn)爐均采用相同的砌筑方式，采用整體式出鋼口，出鋼口壽命分布在80～120次之間。自2011年投產(chǎn)后，煉鋼轉(zhuǎn)爐常發(fā)生出鋼口穿鋼(或漏鋼)事故，頻率為5～7次/年，發(fā)生出鋼口穿鋼后，需要立即停爐處理，影響轉(zhuǎn)爐的正常生產(chǎn)作業(yè)。轉(zhuǎn)爐出鋼口是轉(zhuǎn)爐的一個(gè)耐材通道，出鋼時(shí)，鋼水通過出鋼口注入鋼包，示意圖見圖1。出鋼口磚部分損壞時(shí)，鋼水穿過出鋼口磚到達(dá)爐殼區(qū)域，發(fā)生法蘭盤與爐殼連接處的爐殼鋼板熔穿，使渣、鋼流出。發(fā)生穿鋼后，需要將剩余鋼水加入大批量的石灰調(diào)渣后，將爐內(nèi)剩余鋼水從大爐口倒入鋼包中，防止?fàn)t殼大面積燒損。由于大爐口出鋼沒有擋渣措施，渣鋼共出，下渣回磷嚴(yán)重，易產(chǎn)生成品磷高改判、爐口燒爛的現(xiàn)象。
圖1 轉(zhuǎn)爐出鋼口示意圖
轉(zhuǎn)爐發(fā)生出鋼口穿鋼后，檢查轉(zhuǎn)爐的出鋼口通道，可看見出鋼口磚有明顯的熔損，穿鋼(或漏鋼)發(fā)生位置見圖2。
圖2 出鋼口穿孔漏鋼位置
由圖2可見，發(fā)生穿鋼的具體位置在距出鋼口內(nèi)側(cè)靠西面200mm處左右，出鋼口整體耐材磚有部分開裂，鋼水從裂縫處穿出導(dǎo)致漏鋼。穿鋼的出鋼口次數(shù)發(fā)生在49～105次之間。
穿鋼原因分析
1.1 出鋼口角度轉(zhuǎn)爐的出鋼口角度通常采用0°～15°設(shè)計(jì)。國內(nèi)大部分鋼廠使用0°出鋼口設(shè)計(jì)，西昌200噸轉(zhuǎn)爐采用10°出鋼口設(shè)計(jì)，10°夾角設(shè)計(jì)的出鋼口有利于縮短鋼包車在出鋼過程中的行程，提高出鋼效率。但在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，鋼水不能在垂直方向進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，鋼水在10°夾角的通道內(nèi)傾斜運(yùn)動(dòng)，受到一個(gè)朝爐后方向的力，出鋼摩擦力明顯增大，造成出鋼口受力增加。出鋼過程中鋼流旋轉(zhuǎn)形成的旋渦會(huì)加劇耐材的侵蝕，容易在出鋼口通道內(nèi)局部侵蝕產(chǎn)生坑洞。出鋼口的角度設(shè)計(jì)較難改進(jìn)，只能通過其它措施來彌補(bǔ)該缺陷。1.2 座磚損壞出鋼口座磚靠近爐內(nèi)部分，耐材厚度呈現(xiàn)出“下薄上厚”的趨勢，轉(zhuǎn)爐內(nèi)側(cè)的部分成為一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。隨著冶煉爐次的增加，轉(zhuǎn)爐的爐體耐材逐步被侵蝕，轉(zhuǎn)爐后大面的侵蝕會(huì)造成座磚的厚度逐漸減薄。在轉(zhuǎn)爐的爐役中后期，由于長期受到鋼水沖刷，轉(zhuǎn)爐后大面耐材最薄的地方厚度僅有300～400mm。此時(shí)，出鋼口內(nèi)座磚厚度僅有100mm左右。在受到出鋼口更換的外力沖擊時(shí)，座磚容易產(chǎn)生裂紋，座磚的抗侵蝕能力變差。為實(shí)現(xiàn)爐齡的長壽，依靠濺渣、掛渣、噴補(bǔ)等手段，使出鋼口和后大面厚度重新增加至700～800mm，此時(shí)轉(zhuǎn)爐出鋼口的座磚為粘接的濺渣層和修補(bǔ)料填充層，抗侵蝕能力明顯低于座磚。座磚的損壞是造成出鋼口穿鋼的根本原因。受損的出鋼口的套磚存在外形不完整，內(nèi)部有裂縫的高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。當(dāng)維護(hù)跟不上時(shí)，高溫的鋼水從座磚縫隙中向外滲透，再遇上鋼水過氧化，在縫隙中過氧化的鋼水和鎂碳磚發(fā)生反應(yīng)，侵蝕速度會(huì)更快，造成座磚酥松、穿孔、損壞，如圖3所示。
圖3 座磚與出鋼口的配合情況
1.3 空隙水錘作用鋼水在出鋼過程中，粗糙的耐材表面吸附的氣泡在出鋼時(shí)上浮，從而引起鋼水向氣泡上浮相反的地方進(jìn)行填充，產(chǎn)生沖擊作用，沖刷耐火材料，這種現(xiàn)象稱為空隙水錘作用。鋼水的水錘作用對(duì)出鋼口的穿鋼影響較大，一旦發(fā)生出鋼口穿鋼，座磚基本上處于損壞狀況，繼續(xù)發(fā)生穿鋼的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)顯著增加。出鋼口套磚的損壞示意圖見圖4。從拆爐后出鋼口區(qū)域的解剖情況來看，法蘭盤與爐殼連接處至出鋼通道之間已形成空隙貫穿通道。穿鋼后重新鏜孔后塞滿打結(jié)料，用噴補(bǔ)料夯實(shí)，最后采用噴補(bǔ)填泥漿濕潤，使原本燒漏的出鋼通道在此形成致密的打結(jié)層。但打結(jié)層不及鎂碳磚，座磚實(shí)際上仍然是千瘡百孔，當(dāng)出鋼口爐內(nèi)部分套磚維護(hù)不好或出鋼口與座磚之間產(chǎn)生縫隙時(shí)，縫隙部位水錘作用顯著，極容易再次發(fā)生漏鋼。1.4 噴灌工藝及修補(bǔ)料質(zhì)量出鋼口更換完畢后，爐襯磚、出鋼口外座磚與出鋼口套磚之間的縫隙需要用修補(bǔ)料填充，耐火材料與水通過噴槍混合噴出，一起填充在縫隙中，噴灌的工藝如稀稠程度、噴射角度等對(duì)縫隙填充的致密程度有較大影響，從而對(duì)出鋼口的使用次數(shù)影響明顯。
圖4 出鋼口穿鋼示意圖
填縫使用的修補(bǔ)料在在煉鋼轉(zhuǎn)爐的余溫下(>1000℃左右)，經(jīng)水分的沸騰、蒸發(fā)，經(jīng)過一段時(shí)間的燒結(jié)，形成致密的燒結(jié)層以滿足鋼水冶煉和沖刷的需要。耐材中MgO含量，燒結(jié)料的抗沖刷性能等質(zhì)量指標(biāo)對(duì)出鋼口的使用次數(shù)影響也較明顯。
改進(jìn)措施
2.1后大面維護(hù)工藝的改進(jìn)
轉(zhuǎn)爐后大面的侵蝕會(huì)造成座磚受損，使耐材抗侵蝕能力減弱。后大面減薄后，依靠濺渣、掛渣、噴補(bǔ)等手段增厚的耐材，其抗沖刷能力弱，遇到高溫過氧化爐次，會(huì)加劇損傷產(chǎn)生漏鋼。因此要防止座磚受損，應(yīng)嚴(yán)格控制后大面的厚度。為控制后大面的侵蝕程度，采取了控制轉(zhuǎn)爐的裝入量，裝入量控制在215±5t范圍內(nèi)，廢鋼量按35kg/t控制，使用紅外線檢測下渣，防止在出鋼不盡的情況下濺渣，造成鋼水對(duì)爐襯的沖刷。圖5為轉(zhuǎn)爐后大面厚度的監(jiān)控圖。
圖5 轉(zhuǎn)爐后大面厚度的監(jiān)控
2.2座磚質(zhì)量的改進(jìn)出鋼口座磚質(zhì)量直接影響轉(zhuǎn)爐的出鋼口使用。選用98%鎂砂制作的出鋼口座磚，在實(shí)際使用中，發(fā)現(xiàn)抗侵蝕能力得到加強(qiáng)。2.3出鋼口質(zhì)量的改進(jìn)選用分體式組裝的出鋼口套磚，如圖6所示。分體式出鋼口在制作過程中，采用機(jī)械壓實(shí)，耐材致密度優(yōu)于整體式出鋼口套磚。出鋼口在使用時(shí)，不能選用有裂縫的出鋼口套磚，使用有裂縫的出鋼口套磚，會(huì)使出鋼口漏鋼的幾率增大。控制出鋼口的使用次數(shù)(≤120次)，出鋼口接近使用壽命時(shí)，應(yīng)及時(shí)組織更換，避免出鋼口局部過薄造成穿鋼。
圖6 200噸轉(zhuǎn)爐使用150/170mm出鋼口結(jié)構(gòu)圖2.4噴灌工藝的改進(jìn)每次鏜孔作業(yè)，鏜孔頭都會(huì)震打出鋼口座磚，使本身受傷的出鋼口再次受損。如果鏜孔后，灌眼的泥漿(噴補(bǔ)料)過稠，就很難重新流入受損的座磚和縫隙中，造成出鋼口夾鋼。因此，鏜孔作業(yè)后應(yīng)先使用較稀的泥漿噴灌，使泥漿充分填滿空隙，保證燒結(jié)時(shí)間大于15min，使耐火材料內(nèi)部充分固化、燒干，形成致密的耐火材料打結(jié)層。出鋼口日常檢查和維護(hù)是防止出鋼口穿鋼的重要手段。出鋼結(jié)束后觀察出鋼口的爐內(nèi)部分，此時(shí)出鋼口耐材頂端距離濺渣層的距離控制在30～50mm為佳，不允許高出濺渣層，出鋼口爐內(nèi)部分露出時(shí)，必須進(jìn)行噴補(bǔ)。2.5修補(bǔ)耐材質(zhì)量的改進(jìn)提高出鋼口修補(bǔ)耐材質(zhì)量也是減少轉(zhuǎn)爐出鋼口漏鋼的重要措施。現(xiàn)使用MgO含量為80%的修補(bǔ)料，為減少出鋼口穿鋼，使用了MgO含量為90%的出鋼口修補(bǔ)料，使用磷酸鹽替代水玻璃做粘結(jié)劑。對(duì)比來看，MgO含量為90%的修補(bǔ)料抗沖刷能力明顯優(yōu)于現(xiàn)用修補(bǔ)料(MgO含量為80%)。推廣后，轉(zhuǎn)爐出鋼口的維護(hù)爐次從每班3次降低至每班1次。另外，要控制好鋼水溫度和氧化性。避免鋼水過氧化、高溫對(duì)耐材產(chǎn)生劇烈侵蝕。西昌鋼釩煉鋼廠通過實(shí)施優(yōu)化轉(zhuǎn)爐復(fù)吹工藝，動(dòng)態(tài)熱平衡控制，優(yōu)化鋼包烘烤等措施后，出鋼溫度從2013年的平均出鋼溫度1678℃，降低至2017年的1654℃，相同碳含量水平條件下，出鋼氧降低了100ppm，也對(duì)改善耐材的抗侵蝕能力起到了積極作用。
取得的效果
通過改進(jìn)轉(zhuǎn)爐膛孔后噴灌工藝，轉(zhuǎn)爐的出鋼口由整體式改為分段組合式，同時(shí)提高出鋼口座磚、提高修補(bǔ)料中MgO的百分比含量，加強(qiáng)日常檢查和維護(hù)等一系列措施，配合轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)降低鋼水的氧活度，降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，轉(zhuǎn)爐的后大面穩(wěn)定控制在900～1000mm之間，煉鋼轉(zhuǎn)爐的出鋼口漏鋼次數(shù)從頻率為5～7次/年，減少到0～1次/年，轉(zhuǎn)爐的出鋼口壽命也穩(wěn)定在118次左右，極大地提高了轉(zhuǎn)爐的冶煉效率。
結(jié)語
(1)轉(zhuǎn)爐的出鋼口角度設(shè)計(jì)、后大面侵蝕造成的座磚損壞、鏜孔后噴灌工藝不合理是造成轉(zhuǎn)爐出鋼口穿鋼的主要原因。
(2)通過加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐后大面的維護(hù)、規(guī)范鏜孔后的噴灌工藝、改進(jìn)座磚和修補(bǔ)料的耐火度，可有效提高耐材的抗侵蝕能力，使出鋼口穿鋼的次數(shù)得到有效控制。
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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