宝钢不锈钢生产用耐火材料使用实践

宝钢不锈钢生产用耐火材料使用实践发表日期：2007年11月1日【编辑录入：bbyy】摘要：介绍了宝钢不锈钢分公司不锈钢生产线自2004年4月18日投产以来，95t脱磷铁水包、100t超高功率交流电弧炉、100t电炉母液包、120t AOD氩氧脱碳转炉、120t VOD真空精炼装置、不锈钢连铸中间包系统及连铸用功能性耐火材料的选择和使用情况。

投产近3年来，不锈钢分公司不锈钢生产线各热工设备的包龄、炉龄、功能性耐火材料的使用寿命都有了较大幅度的提高，特别是AOD转炉和VOD钢包的耐火材料迅速国产化，以国产耐材代替进口耐材，使不锈钢，台炼用耐火材料成本大幅降低，使宝钢不锈钢在市场更具竞争力。

关键词：不锈钢；耐火材料；脱磷铁水包；电炉；电炉母液包；AOD；VOD0 前言宝钢不锈钢分公司2001年初在宝钢集团上海第一钢铁有限公司老生产场地开始了不锈钢技术改造工程，经过3年的建设，两条共150万t的不锈钢生产线分别于2004年4月18日、2005年的6月18日建成投产。

宝钢股份不锈钢分公司已成为目前国内最大的不锈钢生产基地。

1 不锈钢生产用耐火材料1.1 铁水预处理不锈钢分公司为长流程钢铁生产企业。

过去，铁水预处理是不锈钢分公司的空白点，高炉铁水直接兑入炼钢炉。

现在铁水全量“三脱”，脱硅后的铁水在260t鱼雷型混铁车内机械扒渣后倒入铁水包，并进行混冲脱硅。

1.1.1 脱磷铁水包工况条件脱磷铁水包公称容量95t，采用喷吹脱磷工艺，作业周期是90～120min/炉，铁水温度为1300～1400℃，脱磷喷粉枪作业时间40～60min/炉。

1.1.2 脱磷铁水包及脱磷喷粉枪用耐火材料脱磷铁水包及脱磷喷粉枪耐火材料配置情况如下：包壁保温层及永久层用蜡石砖，包底永久层用高铝增强浇注料，包底、熔池工作层、包壁渣线用铝碳化硅碳砖，自由面工作层用蜡石碳化硅砖，包嘴用铝碳化硅碳浇注料，脱磷喷粉枪用高铝莫来石浇注料进行浇注。

1.1.3 脱磷铁水包及脱磷喷粉枪的使用情况脱磷喷粉枪2004年和2005年平均使用次数均为9.2炉，最高使用次数是32炉，月平均最高使用次数为13炉；2006年平均使用次数为16炉，最高使用次数是46炉。

脱磷铁水包2004年平均包龄是127.5炉，2005年平均包龄是227炉，2005年最高达到354炉，2006年平均包龄是230炉，最高达到278炉。

1.1.4 脱磷铁水包及喷枪主要损毁原因脱磷铁水包主要损毁方式是熔损，喷粉脱磷过程中需要吹氧，靠近氧枪的一侧损毁加剧。

脱磷喷枪主要是机械震动造成的疲劳损伤。

1.2 超高功率三相交流电弧炉不锈钢分公司的100t电炉为超高功率三相交流电弧炉，用于不锈钢初炼铁水(即不锈钢母液)的生产，供AOD精炼转炉冶炼不锈钢。

1.2.1 电炉工况条件铁水的入炉温度为1250～1300℃，处理周期70～90min，母液倒出时温度1600～1700℃。

1.2.2 电炉用耐火材料国产化后100t三相交流电炉永久层仍用镁砖，炉底工作层用镁碳砖、炉底修补用镁钙捣打料，炉墙、炉墙热点区以及出钢口用镁碳砖，电炉炉顶使用刚玉预制件，渣线以及炉墙修补用镁质喷补料。

1.2.3 电炉耐火材料使用情况电炉用耐火材料实际使用中是进口耐材与国产耐材混合使用。

2004年平均炉龄105炉(月平均炉龄54～128炉)，2005年平均炉龄144炉(月平均炉龄71～195炉)，最高为294炉，2006年平均炉龄321.5炉，最高炉龄达到443炉，炉底一次性最高使用寿命1790次。

电炉小炉顶2004年平均使用寿命为136炉，2005年平均使用寿命为128炉，最高为246炉，2006年平均使用寿命为114炉，最高炉龄达到250炉。

1.2.4 电炉炉衬损毁部位和原因投产初期新开炉炉墙耐火材料蚀损速率达到8～10mm/炉，极个别情况新炉子十几炉时就出现热点区无砖的情况，熔损速率高达33mm/炉。

由于不锈钢电炉不宜造泡沫渣的生产特点，炉壁热点区几乎全部暴露在电弧弧光下，烧损严重，使用返回料和脱磷铁水多次熔清，致使母液温度高、滞留时间长及间歇性作业，熔渣侵蚀、氧化脱碳，炉墙砖损毁严重，使得炉龄偏低。

针对上述情况除采取加长易损区域砖的尺寸，工艺上也采取一些减少热点区电弧辐射的措施，使得炉衬损毁情况有所缓解。

1.3 电炉母液包电炉母液包用于接受电炉的不锈钢母液和炉渣，经扒渣处理后兑入AOD转炉，供AOD冶炼不锈钢。

1.3.1 电炉母液包工况条件电炉母液包公称容量为100t，接受电炉的不锈钢母液为100～120t，最大装入量是130t(含炉渣)，作业周期30～40min，出钢温度为1600～1700℃，间歇性作业。

1.3.2 电炉母液包用耐火材料国产化后电炉母液包永久层用蜡石砖，包底永久层用高铝增强浇注料，包口用铝碳化硅碳浇注料，渣线用镁碳砖，熔池扒渣侧包底工作层用铝尖晶石碳砖，包壁工作层用镁铝碳砖，填缝用刚玉自流料。

1.3.3 电炉母液包使用及损毁情况电炉母液包2004年平均包龄75炉，国产与进口耐材混合使用；2005年平均包龄90炉，2006年平均包龄95.14炉，最高炉龄116炉。

母液包背包带侧和包底由于热震严重造成损毁，包口清渣时造成机械损毁。

1.4 氩氧脱碳(AOD)炉AOD炼钢法是依据吹入惰性气体稀释CO而脱碳的原理开发的一种工艺，已成为世界上生产不锈钢的主要方法，约有75％的不锈钢是用AOD炉冶炼的。

不锈钢分公司现有120t AOD转炉2座，具有在不同的初炼钢水和原材料条件下冶炼多种不锈钢的能力。

AOD转炉主要采用二步法和三步法工艺路线，也可以用AOD炉直接冶炼不锈钢，实际生产中以二步法工艺为主。

1.4.1 AOD炉工作条件(1)高温。

氧化脱碳，将从电炉中倒出的不锈钢母液兑入AOD炉后，根据钢液中的含碳量吹人氩气和氧气，把碳降到所需要的含量，为此精炼温度必须长期保持在1750℃左右，该环境下的高温钢液及熔渣对炉衬的损耗是严重的。

(2)钢液涡流及气体冲刷。

由于冶炼过程中喷吹大量的高压气体，钢液涡流及气体的冲刷，使炉衬工作条件恶化。

(3)炉渣碱度变化大。

冶炼过程中炉渣组成和性质变化很大，碱度从低碱度变化到高碱度，耐火材料内衬在高温下遭受具有强烈腐蚀性的酸性渣和碱性渣的化学侵蚀，使炉衬损毁加剧。

(4)炉内气氛从氧化到还原。

AOD炉的冶炼经历了氧化脱碳，还原精炼的过程，炉内气氛发生从氧化到还原的改变，是造成AOD炉龄较低的原因之一。

(5)间歇式操作。

AOD炉的冶炼操作属于间歇式操作，炉衬工作面要经受温度骤冷骤热的急剧变化，使得炉料又会因爆裂和热剥落而损毁。

由于以上工作特点，要求AOD炉用耐火材料应具有良好的抗热震性和抗渣性，耐冲刷，结构致密，并具有较高的强度和高的荷重软化温度。

1.4.2 AOD炉有关参数AOD炉公称容量120t，带有顶枪，底部有7支侧吹风枪，冶炼周期为65～95min，冶炼温度l700℃左右，炉渣碱度1.3～3.5。

1.4.3 AOD炉用耐火材料日本的AOD炉风口及风口区大多使用优质镁铬砖砌筑，国内有许多小型不锈钢厂40t以下的AOD炉的风口及风口区域大多使用优质镁铬砖砌筑。

太钢、宝钢不锈、韩国浦项以及欧洲许多钢厂的AOD炉衬则是采用全镁钙质(或全白云石质)耐火材料。

宝钢不锈钢投产后，120t AOD炉所用的耐火材料采用进口与国产并举的方式。

国产镁钙砖是经二步煅烧的CaO和MgO的含量可以任意比例人工合成的镁钙砂制砖，一般使用CaO含量为20％和30％的两种制品。

国产化后的120t AOD炉炉衬是永久层用镁砖，炉底、炉身、炉帽用20镁钙砖，风口区、风枪砖用高纯镁钙砖。

1.4.4 AOD炉炉龄不锈钢分公司AOD炉炉龄设计指标为80炉。

投产至今近3年取得了较好成绩，2004年平均炉龄为48炉，最高炉龄70炉；2005年平均炉龄为61炉，最高炉龄8l炉，国产耐材2005年平均炉龄为65炉。

2006年最高炉龄达102炉，平均炉龄77炉。

1.4.5 AOD炉损毁原因及对策投产初期不锈钢分公司的120t AOD炉炉衬的主要损毁部位是炉底与下锥体结合部位。

接缝部位的三角区设计要求使用镁质捣打料，使用中该部位出现炉壳被烧红的现象，考虑捣打料强度及其他高温性能，将下锥体与炉底接缝处的捣打料改成砖砌，使得这一部位的情况有了很大改善。

随着炉龄的提高，主要损毁部位向渣线、迎钢侧和风口区域转移。

对策是加长易损区域砖的长度，提高易损部位用砖的纯度和强度，以减缓蚀损速率，达到提高炉龄多炼钢的目的。

1.5 不锈钢钢包不锈钢有VOD和LF两种精炼装置。

1.5.1 VOD钢包的工作条件VOD法是为不锈钢精炼而开发的。

VOD精炼装置系将氧枪经真空盖插入，真空吹氧脱碳，钢包底部安装吹氩透气砖，同时吹氩强烈搅拌，当碳降到较低水平时，停止吹氧，进一步降低真空度进行自然脱碳；随后加入硅铁，在真空条件下，进行渣还原、脱氧和脱气，真空处理时间60～90min，然后破坏真空，对钢水进行最终成分和温度调整，完成精炼。

不锈钢分公司以大气处理为主。

1.5.2 VOD钢包用耐火材料VOD精炼钢包用耐材的工作条件远比其他精炼设备的工作条件苛刻，因此对VOD钢包用耐材要求高温和真空条件下性能稳定、抗热震、耐侵蚀、抗机械冲刷能力强、不剥落、不掉片、防钢水及熔渣渗透或能够延迟渗透时间。

国产化后的VOD钢包永久层用蜡石砖，永久层与工作层之间用高铝砖，包底永久层用高铝增强浇注料，包口用高铝浇注料，渣线、包壁工作层用低碳镁碳砖，包底工作层用低碳铝尖晶石碳砖。

1.5.3 VOD钢包使用情况日本和西欧的VOD钢包采用烧成镁铬砖和白云石砖，寿命在20次左右。

宝钢不锈钢的VOD 钢包进口与国产耐火材料混用，以国产为主。

VOD钢包的设计包龄是18炉。

2004年VOD平均包龄20.6炉，投产的最初两个月平均包龄只有4炉和9炉，第三个月便出现飞跃，炉龄迅速攀升到20炉左右；2005年平均包龄为24.6炉，最高包龄33炉；2006年平均包龄为29炉，最高包龄32炉。

不锈钢LF钢包2006年平均包龄为35炉，最高包龄45炉。

1.5.4 VOD的钢包下线原因不锈钢钢包工作温度一般在1750℃左右，极端情况达1800℃，主要损毁是熔损，部位是熔池和渣线，还有些情况是因为包口结渣等。

1.6 不锈钢钢包用透气元件在大多数炉外精炼设备中，都采用透气砖吹入惰性气体，以强化熔池搅拌，纯净钢液使有害夹杂物和气体上浮，并使温度、成分均匀。

因此底吹透气砖在炉外精炼中所起的作用十分重要。

钢包用透气砖使用条件非常苛刻，钢液的搅动冲刷磨损，要求透气砖耐磨蚀抗冲刷，不同压力下有较好的透气性；与钢水有较大的润湿角，透气通道渗钢少；高温下高的抗剪切能力；透气砖的使用特点是间歇性操作、急冷急热，要求透气砖有很好的抗热震性和抗剥落性；浇注完毕和翻包倒渣后对透气砖进行吹氧清扫，会造成局部温度过高和强氧化，对透气砖有极大损害，因此要求透气砖应有好的抗氧化性。