影响转炉炉衬寿命的主要因素分析及提高转炉

影响转炉炉衬使用寿命的措施和方法作者:李奇单位:一炼钢

（摘要）论述了转炉在极其复杂、激烈的物理化学反应的冶炼过程中，造成炉衬损坏的原因和侵蚀机理，提出提高转炉炉衬使用寿命的主要措施和方法

关键词：转炉、炉龄、炉衬、喷吹、溅渣护炉、寿命

自1952和1953年氧气顶吹转炉炼钢在奥地利的钢铁股份公司林茨钢厂与砂冶公司多纳维茨钢厂先后建成投产，转炉炼钢以其生产效率高、品种多、质量好、热效率高、原材料适应性好、消耗低、成本低、基础投资少、建设速度快等优点，被国内外钢铁冶炼行业广泛采用，成为现代炼钢的主要方法之一。

在转炉炼钢生产中，提高转炉炉衬的使用寿命对提高生产率、提高炉龄、提高钢产量、提高钢水质量、改善转炉炼钢的品种结构以及降低耐火材料、增加经济效率都具有十分重要的意义。

一、影响转炉炉衬寿命的主要因素分析

转炉炉衬用耐火材料砌筑，它由永久层、填充层和工作层组成。转炉在吹炼过程中，炉内进行着极其复杂、激烈物理化学反应和机械运动，受高温和恶劣条件的影响，转炉炉衬在使用中易于受到损坏，其主要因素有以下几个方面：

1.1兑入铁水、加入废钢时对炉衬的冲刷及机械磨损

氧气转炉炼钢的金属料主要是铁水，一般占转炉金属料的70%左右，为了降低铁水量，造渣材料和氧气的消耗，在装料期和冶炼中

期也可适当加入一定数量的废钢，当装料是，炉体倾动倒一定角度，用料斗先向炉内加入一定数量的废钢，然后兑入铁水，因此炉衬要受到炉料以及自重等静载荷的作用，遇到因加入废钢，兑入铁水时产生的动载荷的冲击冲刷与机械磨损，因而会造成炉衬受损。

1.2冶炼过程中，钢水炉渣以及炉气对炉衬的机械冲刷

转炉在吹炼过程中，熔池内进行着极其复杂剧烈的物理化学反应和机械运动。高压氧气在熔池上方经氧枪喷头喷出后形成超音速氧气射流，对熔池产生一定的冲击深度和冲击面积。对熔池起到搅拌作用并引起熔池液体的循环运动，特别是硬吹时，氧流对熔池产生的冲击更大，金属熔池被冲击成一深坑，一部分金属溶液形成液滴，从深坑中沿切线方向喷溅溢出熔池上方被大量氧化后又被卷入熔池，使熔池形成循环运动，随着脱碳反应的加剧，熔池中生成大量的CO气体合并长大后从熔池中排出会增加对熔池的搅拌作用。

另外在熔池上方形成的钢水、炉渣和炉气的三相混合物，增加了炉衬与钢液之间的接触面积，从而加快了钢水与炉渣之间的传递速度，使吹炼反应加速进行，熔池中的钢水、炉渣以及炉气的剧烈运动，会造成炉衬受损。

1.3炉渣、炉气对炉衬的化学侵袭

研究和分析表明，转炉在吹炼过程中炉渣中的（FeO）穿过炉衬砖反应层到达脱碳层，二者在相会界面发生脱碳反应，随着脱碳反应的不断进行，炉衬砖的原质层不断转化为脱碳层，脱碳层不断转化为反应层，反应层由于受到侵蚀，结构发生松弛，在钢液的冲击下脱落，

进入钢液中，脱碳后的炉衬砖继而又受到熔渣的进一步化学侵蚀，因此，炉衬砖的脱碳与熔渣对炉衬的化学侵蚀，导致炉衬砖的熔损。

1.4在兑入铁水停吹出钢以及装料时炉内温差变化造成炉衬砖受损

炉衬经常在1600℃以上的高温下工作，受热时会产生巨大的膨胀应力，在兑入铁水、停吹、出钢以及装料时由于炉内温度极冷极热变化很大，必将产生温度应力及其它一些外力，造成炉衬砖受损，另外，冶炼过程中的不当操作也会对炉衬造成损坏。

二、提高炉衬寿命的主要措施

转炉炉衬寿命是一个综合性指标，特别是受冶炼操作水平和原料质量的影响较大，但是，合理选择炉衬的材质，改进耐火砖性能和质量，加强炉体维护也是提高炉衬寿命的主要途径。

2.1提高冶炼操作水平

转炉炉衬的侵蚀，主要是炉渣的侵蚀，在冶炼过程中提高操作水平有效地控制和降低渣量，减小SiO2的活度，适当控制炉渣碱度能够减少炉衬的侵蚀。

2.1.1对铁水成份的要求

氧气顶吹转炉炼钢要求铁水中各元素含量适当并稳定，这样才能保证转炉冶炼操作稳定并获得良好的技术经济指标。

（1）硅（Si）硅是转炉炼钢过程中发热元素之一，硅含量高，会增加转炉热源，能提高转炉废钢比，但是，硅含量过高

将会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，

Si含量高使渣中SiO2含量过高，也会加剧对炉衬的冲蚀，

并影响石灰渣化速度，延长吹氧时间，通常铁水

Si=.030%~.060%为宜。

（2）锰（Mn）铁水锰含量高对冶炼有利，在吹炼初期形成MnO，能加速石灰的溶解，促进初期渣及早形成，改善熔渣流动

性，利于脱硫和提高炉衬寿命。

（3）硫（S）除了含硫易切削钢以外，绝大多数钢种硫是要去除的有害元素，氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有

30%-40%，为了脱硫采用高温，双渣操作，将会使渣料和

消耗增加，延长吹炼时间，加快了炉衬的侵蚀速度。

2.1.2对石灰的要求

石灰是炼钢的主要造渣材料，具有脱P,脱S能力，用量也最多，其质量好坏对吹炼工艺，产品质量和炉衬寿命等有着重要影响，因此，要求石灰CaO含量要高，SiO2含量和S含量要低，石灰的生过烧率要低，活性度要高，并且要有适当的块度，此外，石灰还应保持清洁，干燥和新鲜。

2.1.3适当控制炉渣碱度，目前氧气转炉的炉渣碱度一般控制在2.8~

3.5左右，使SiO2活度基本稳定，从而减少对炉衬的侵蚀。

2.1.4适量控制炉渣中氧化铁的含量，炉渣中氧化铁的含量增加会加速对炉衬的侵蚀，在冶炼操作中控制合适的氧化铁含量，能够减少对炉衬的侵蚀。

2.1.5在保证脱硫磷的条件下，减少萤石的加入量，能减缓氧化

铁和硅酸盐侵入炉衬的速度，从而减少对炉衬的侵蚀。

2.1.6减少后吹次数，合理的控制冶炼过程及终点温度，缩短转炉的空炉时间也可以减少对炉衬的侵蚀，提高转炉的炉衬寿命。

a钢包对转炉出钢温度的影响

钢包在炼钢工序的生产过程中是不可缺少的设备，其使用寿命的长短，保温性能的好坏，直接影响出钢温度高低，其使用寿命长，保温性能好，出钢温度要求就低，从而降低了对炉衬侵蚀。

b钢车、渣车掉道对转炉炉衬的影响

由于钢车、渣车掉道一般处理时间在1-3小时造成钢水在炉内浸泡或空炉1-3小时，造成炉衬砖受损。

C连铸中包使用寿命对炉衬的影响

目前八钢一炼钢连铸中包采用塞棒式浇铸，其中包使用寿命的长短，直接决定着开机第一炉的次数，而开机第一炉对转炉炉衬砖的侵蚀是非常严重的。

2.2合理选择炉衬材质

生产实践证明，合理选择炉衬材质，改进耐火砖性能和质量，是提高炉衬寿命的重要途径之一，镁碳砖是20世纪80年代开始发展起来的一类较新型的碳复合耐火材料，它是采用天然菱镁矿和天然鳞片石墨为原料，用改质沥青和酚醛树脂做复合黏结剂，经破碎、筛分，调整黏度，加入适量鳞片石墨，加入黏结剂，添加适量抗氧化剂，经混炼成型，再经200°~250°C硬化处理后即为成品,镁碳砖具有耐高温、耐侵蚀、耐剥落、抗侵蚀、抗震性好等优点，以此材质砌筑的炉