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新型炼钢转炉炉衬综合砌筑与传统炉衬砌筑设计的优劣对比

【摘要】:

在转炉炼钢生产中,转炉各部位的炉衬工作条件不同,因而蚀损速度和程度也各不相同。根据转炉各部位的炉衬工作条件和蚀损原因不同,在同一座转炉上采用多种材质或结构的耐火砖搭配砌筑称为综合砌筑。综合砌炉可避免因局部蚀损严重而停炉,达到了均衡蚀损和延长炉衬使用寿命的目的。炉衬的砌筑质量对提高炉衬的寿命非常重要,转炉的内衬是由绝热层、永久层和工作层组成。绝热层一般用石棉板或耐火纤维砌筑;永久层是用焦油白云石砖或者低档镁碳砖砌筑;工作层都是用镁碳砖砌筑。转炉的工作层与高温钢水和熔渣直接接触,受高温熔渣的化学侵蚀,受钢水、熔渣和炉气的冲刷,还受到加废钢时的机械冲撞等,工作环境十分恶劣。在冶炼过程中由于各个部位工作条件不同,因而工作层各部位的蚀损情况也不一样。针对这一情况,视其损坏程度砌筑不同的耐火砖,容易损坏的部位砌筑高档镁碳砖,损坏较轻的地方可以砌筑中档或低档镁碳砖,这样整个炉衬的蚀损情况较为均匀,这就是所谓的综合砌炉。随着技术的进步,新型综合砌炉相比传统的综合砌筑更有优势,可以达到炉衬蚀损均衡,提高转炉内衬整体的使用寿命,有利于改善转炉的技术经济指标。

传统综合砌筑存在的问题

1)熔池圆弧过渡部位。传统熔池圆弧过渡部位砌筑是在砌筑完毕最外层炉底镁碳砖后进行炉底捣打操作,用镁碳质捣打料对最外层炉底镁碳砖下部与四周炉壳之间的三角区域用风锤进行捣打找平,炉底四周捣打结实以炉壳球冠高度为基准进行找平后,再砌第一层返平砖,砌筑时用水平仪逐块找平,水平高度误差控制在2mm以内。返平砖砌筑要求前面捣紧、背后靠实。砌完第一层返平砖后用风锤对返平砖前部的捣打料捣实找平,以此为基准砌筑至熔池第一层镁碳砖,传统综合砌筑存在着:砌筑工艺复杂,每一层返平砖均需找平,影响砌炉效率;炉底砖受热膨胀与返平砖自身质量的双重作用下,造成应力集中,形成应力集中点;返平砖与最外环炉底砖间存在砖缝,钢水涡流将对该缝隙进行强烈的冲刷,从而逐渐损毁砖体部分,再加上热应力作用,最终演变成“薄弱点”在返平砖底部捣打料在转炉生产过程中,易松散脱落,加上钢水的静压力的作用下,易发生“漏钢”事故等问题。

2)炉帽部位设计。炉帽这个部位是受熔渣侵蚀最严重的部位,同时还受温度急变的影响和含尘废气的冲刷,故使用抗渣性强和抗热震性好的镁碳砖。传统的炉帽砖由镁碳砖和镁砖组成,存在着:炉帽过渡没有弧线,受烟气冲刷较严重;炉帽过渡位置镁碳砖尺寸较短,对上层镁碳砖支撑力有限;炉帽镁砖与镁碳砖、镁砖和炉壳之间空隙较大,易变松弛等主要问题。

3)底吹砖布置设计。传统转炉底吹外环供气砖的位置半径比较大,如某钢厂在工作面0.76D(D为熔池直径)的圆周上分布,距转炉三角区太近。正常情况下,三角区基本是钢水搅拌的盲区,钢水流动最不剧烈,钢水对耐材的冲刷和侵蚀最轻。但是耳轴位于熔池上方,该部位是钢水的冲刷区,又不易挂渣和修补。吹炼时镁碳砖处于熔渣侵蚀状态,是转炉炉衬中薄弱的环节之一。但随着炉龄増加,在底吹砖上部形成过厚或致密的渣层,阻碍底吹气体进入钢水。在这种状态下,底吹气体会以炉底工作层和渣层之间的缝隙为通道,从三角区进入钢水,成为搅拌最剧烈的地方,増加三角区炉衬砖部位的侵蚀速度。极易出现三角区侵蚀过快,増加了漏钢的可能性;改变了底吹供气模式,冶金效果差,同时増加了炉底维护难度;耳轴下方区域侵蚀严重,存在较大安全风险等现象。

4)炉底砖厚度设计。转炉炉底厚度对转炉全炉役相当重要,既要保证良好的底吹透气效果,又要保证合理的安全厚度,炉底长期承受吹炼时钢水、熔渣剧烈的冲刷、磨损等侵蚀,这是该部位镁碳砖损毁的主要原因,传统设计炉底镁碳砖700〜900mm厚左右,到炉役后期,为保证炉底安全,往往关闭底吹透气砖,这样造成钢水脱碳不均匀,碳氧积较高,生产成本较高。

新型转炉炉衬综合砌筑的优化

2.1熔池圆弧过渡部位

转炉炉底和熔池侵蚀速率较快,是转炉的薄弱环节,同时熔池的侵蚀程度直接影响转炉炉龄。在熔池部位采用MT-16A的镁碳砖,碳含量増加和抗氧化剂的加入,提高了镁碳砖的高温强度、抗渣侵蚀性和抗热震稳定性。炉底与炉身的连接部分采用圆弧砌筑,可以有效増加此部位的工作厚度,通过炉底和熔池之间没有接缝,减少了钢水的渗透和侵蚀,过渡部位受热均匀不会出现高温点,内弧砖表面无过氧化现象,外弧无明显热应力集中点,同时由于砌筑形式更加具有科学性,此部位的侵蚀速率会更加均匀,使用过程中有利于保证内衬的整体性,提高使用寿命,新型转炉熔池圆弧过渡部位具体见图1。

图1 新型转炉熔池圆弧过渡部位

2.2炉帽部位设计

通过优化设计后,炉帽砖存在以下优势:

1)炉帽砖成线性设计,高温烟气冲刷和钢渣喷溅在炉帽位置受到阻力较小,减少冶炼过程的冲刷和侵蚀。

2)炉身和炉帽过渡区域均匀过渡,镁碳砖重力传递良好。

3)炉帽镁碳砖为异形设计,减少炉帽镁砖与镁碳砖、镁砖和炉壳空隙,炉帽部位砖型整体较好。新型转炉炉衬炉帽部位设计具体见图2。

图2 新型转炉炉衬炉帽部位设计(mm)

2.3底吹砖布置设计

针对传统底吹砖布置设计存在的问题,对底吹砖布置进行优化,底吹元件位置应尽量避免布置在顶吹氧枪的冲击圆范围附近,防止造成顶、底吹冲击能量相互抵消,影响搅拌效果;底吹元件位置应是易于通过溅渣及吹扫炉底等工艺,保持良好底吹元件蘑菇头的形态;底吹供气元件应尽量布置于一环砖的环中心位置处,以减少切砖量,便于转炉炉底砌筑;避免底吹透气元件布置在副枪的下方,以减少副枪粘渣,影响测量[1]。另外考虑加料在炉底透气砖区域的影响,将底吹砖布置分别在转炉熔池直径0.48D、0.32D上,新型转炉炉衬底吹砖布置设计具体见图3。

图3 新型转炉炉衬衬底砖布置设计

 

2.4炉底砖设计

针对转炉炉底传统设计存在的问题,为提高炉底长期承受吹炼时钢水、熔渣剧烈的冲刷、磨损等侵蚀,将炉底镁碳砖设计为1300mm厚左右,既保证新转炉转炉重心对倾动系统的要求也满足转炉全炉役良好底吹要求。

结 论

1)新型转炉综合砌筑的优化,保证了转炉炉帽、圆弧过渡、透气砖、炉底等区域均衡侵蚀,实现转炉炉型的良好控制,特别是耳轴下部和熔池区域不存在明显的凹陷区域,为转炉安全、稳定、高效生产创造了条件。

2)新型转炉综合砌筑的优化,提高了转炉各部位耐侵蚀的能力,其中新转炉投产2500炉后熔池镁碳砖长度损耗0.04mm/炉,达到较好水平。

3)新型转炉综合砌筑的优化,设计科学、合理,技术先进成熟,使用效果良好,降低了吨钢耐材消耗,保证了复吹冶金效果。