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   江苏沙钢集团有限公司在1994年就引进了90吨FUCHS电炉。在90吨电炉成功应用多种节能技术的基础上,又先后引进了4座100吨FUCHS超高功率交流电弧炉。其电炉及后续工序采用了废钢预热、泡沫渣工艺等先进新技术,为沙钢生产优质无扭控冷热轧盘条包括预应力钢绞线用钢、帘线钢等19大系列100多个品种优质产品提供了保障。随着电炉炼钢技术的不断发展,对耐火材料提出了新的要求。

技术进步带动耐材升级

   “一包到底”技术降低铁水包用耐材消耗。沙钢在1998年400m3高炉筹建期间就大胆采用“一包到底”的设计思路,采用重型汽车运输铁水包,铁水直接兑入电炉或转炉,取消了鱼雷罐车和相应的倒包、称量、维修系统,使炼铁-炼钢工序布置高度紧凑。2004年,“一包到底”设计思路又应用到650万吨钢板系统工程,采用“四轴线方向一致”的设计思路,成功实现了铁水包直接从高炉出铁场接收铁水,运到炼钢脱硫后直接兑入转炉,有效地缩短了铁水包的周转时间,降低了铁水温降,减少了铁水包耐材消耗。
   众所周知,耐火材料的使用效果取决于其性质,单纯的耐火材料理化指标与实际使用效果不完全统一,企业要结合自身实际,找出耐火材料与生产工艺相匹配的性能最佳结合点,使耐火材料产品质量在使用过程中保持稳定。沙钢自2000年起就开始实施耐火材料整体承包管理模式,加强了钢厂与耐火材料供应商的沟通,推动了炼钢和耐火材料的技术、管理水平提升,实现了供需双羸、共同发展的愿景。铁水包耐火材料永久层采用高铝浇注料捣打成型,工作衬采用Al2O3-SiC-C砖,严格控制Al2O3、SiC、F.C含量以及显气孔率、体积密度、耐压强度等指标,铁水包平均使用寿命超过1150次。
   电炉高效化促进耐材品质提升。我国钢铁蓄积量相对较低,废钢资源远不能满足钢铁生产快速增长的需要。随着电炉热装铁水等新技术的应用和完善,电炉炼钢面临新的机遇与挑战,电炉炼钢要生存和发展,就必须围绕电炉生产高效化多做文章随着市场对成本控制的不断加强,产品档次的升级,沙钢的电炉热装铁水工艺也在不断改进完善,电炉炼钢厂逐步对原有电炉相关装备和操作方法等进行了一系列技术改造和优化: 

   一是开发了电炉铁水烘炉技术,改变了以前电炉新砌炉衬采用废钢进行烘炉的模式

   二是开发电炉全吹炼模型,实现了电炉高铁水比条件下的转炉化生产

   三是摸索出电炉炼钢根据原料情况、原料价格等方面的因素综合考虑各类原料的搭配使用,实现效益最大化

   四是碳氧枪复吹技术的应用,有效地屏蔽了电弧光对炉衬和炉盖的辐射,对降低耐火材料消耗、降低噪声、改善工作环境有较大的作用

   五是对炉体结构进行改造,延长了炉衬使用寿命;六是钢包浇余热态渣的回收,实现了热态钢渣循环利用
   目前,沙钢电炉耐火材料全部实现了国产化。电炉炉顶采用全水冷炉顶技术,为适应电炉小炉盖受电极辐射、急冷急热、钢水和炉渣的化学侵蚀、铁水兑入比例多等苛刻的工作环境,在电极三角区位置采用刚玉质并添加钢纤维的耐火烧注料整体预制炉盖,满足了高铁水比条件下的生产需要;电炉炉衬砖使用优质镁碳砖;炉底采用高CaO含Fe2O3煅烧合成砂和高纯电熔镁砂制成的捣打料,烧结层薄且致密,热态强度好,过渡带短,易于拆除;出钢孔耐材采用热态更换方法,平均寿命超过180炉,解决了不能与中修炉龄同步的问题;电炉炉衬耐火材料寿命平均已超过1200炉,耐材消耗和成本逐年下降
   沙钢电炉耐火材料使用效果及成本优势,得益于“供需双方”共同发展的管理思路,双方共同加强对炉衬的管理,检测、记录炉役后的残砖厚度,与炼钢操作参数对照,通过优化电炉炼钢操作及耐火材料采取针对性优化材质等措施,不断降低生产成本,并提高生产效率科学管理延长精炼钢包耐材寿命。为满足电炉炼钢高效化和品种钢的冶炼要求,沙钢精炼钢包工作衬主要以含碳制品为主,熔池及包底采用Al2O3-MgO-C砖,渣线部位采用MgO-C砖,平均使用寿命在90次以上;钢包透气砖采用狭缝式刚玉铬质,使用寿命平均在33次以上;钢包上水口及座砖采用刚玉锆质,平均使用在33次以上;下水口及滑板平均使用寿命在3.8次/套以上;出钢孔填充铬质引流砂,在生产节奏正常情况下钢包引流砂自开率≥99%。
   沙钢在钢包用耐材的管理方面采取了如下措施:
   一是加强钢包砖的质量督查,确保工作衬的耐材质量;
   二是严格砌筑质量,确保砖缝符合砌筑工艺要求;
   三是严格新包烘烤质量,确保烘透;
   四是严格精炼工艺操作,控制好精炼出钢温度和炉渣碱度;
   五是采用合理的吹氩制度,确保透气砖透气性良好。通过这些措施的严格落实,钢包耐材寿命也在不断延长。

   连铸坯高质量对耐材提出高要求。现代炼钢厂为适应大批量、高品质钢的生产需求,连铸技术已向高拉速、高生产率和低成本的方向发展。沙钢90吨以上电炉车间连铸机为5流~6流,方坯断面150毫米×150毫米,连铸坯热送比达到70%以上,这就对连铸坯的质量提出了很高的要求。
   为最大限度地延长钢液在中间包内的平均停留时间,促进夹杂物的聚集上浮,改善中间包钢液流动特性,沙钢与高等院校合作设计了新的控流装置,最大限度地降低了中间包内夹杂物,使温度分布均匀、各流温差小、连铸坯质量明显改善。
中间包覆盖渣在控制连铸坯质量方面也发挥着重要作用,其主要功能有以下几点:
一是绝热保温,防止散热;
二是避免钢水二次氧化;
三是吸收上浮到钢/渣界面的夹杂物。
沙钢中间包覆盖渣采用高碱度、低Al2O3活度、低MnO+FeO含量,具有快速熔化及熔解夹杂物能力强的特点,渣中添加MgO减轻对长水口和中间包渣线的侵蚀。

   中间包保温层采用的是复合绝热板,与传统的绝热层相比,保温效果好,中间包包壁温度和钢水温降明显下降,有利于钢水温度稳定控制;永久层采用的是高强度镁铝质浇注料;工作层采用的是镁质干式料,具有施工方便、热效率高、周转快、使用寿命长,残衬解体性能好以及能耗低等优点;为了进一步降低连铸坯中的夹杂和针孔缺陷,消除低碳铝镇静钢等生产过程中因水口内壁沉积高熔点物而发生堵塞现象,满足多炉连浇生产,他们使用了不吹氩防堵塞浸入式水口,连浇时间不小于8小时,满足了洁净钢的生产要求。
技术发展带来新的需求
   近年来,电炉冶炼技术的不断发展,也对耐火材料提出了新的需求和要求,主要包括以下几个方面。
   电炉:为满足电炉高效化生产,增加了侧壁碳氧枪和氧油烧嘴。这些喷嘴产生的高温,增加了渣的氧化,对炉衬、炉顶耐火材料造成冲刷,即使采用适合熔炼周期定时调整喷嘴燃烧速率的方法来减少对炉衬耐材的侵蚀,但其对耐火材料的负面影响还是存在的,制约了炉龄的进一步延长。电炉耐火材料如何满足高效化生产要求,是需要钢厂与耐火材料供应商共同研究、探讨、攻关的课题。
电炉底吹搅拌新技术的应用,加剧了对炉底局部耐火材料的损毁,因而在整个炉衬使用周期内,必须加以监视,并进行维护。电炉底吹供气元件的安全使用和寿命的延长是急需要解决的难题。
电炉全吹炼技术的应用,对炉盖耐火材料寿命提出了新的考验,开发、设计、应用新的炉顶耐火材料是延长炉盖使用寿命、降低成本的关键。
   钢包:在炼钢系统中,精炼钢包耐火材料成本所占的比例较大,是耐火材料消耗大户。沙钢钢包寿命与国内先进钢铁企业相比差距还较大,进一步延长钢包寿命,是保证洁净钢生产和降低耐火材料消耗的发展方向。
此外,电炉及钢包会产生大量的废镁碳砖,废旧耐火材料原料及再生制品的标准制定对规范行业健康有序发展,保证用户放心安全使用,降低成本、保护环境和节约资源意义重大。
   连铸:实施中间包热周转可以大幅度降低中间包耐火材料消耗。此项技术在国外的钢铁企业已有应用,这不仅改善了非稳态浇铸过程钢的质量,而且大幅度降低了耐火材料成本,减轻了工人修复劳动强度。沙钢目前所使用的中间包的控流装置结构较为复杂,不适合进行热周转操作。随着精炼技术的不断发展,钢液的化学成分和温度的调节,杂质元素和夹杂物去除等均在钢包内基本完成,中间包也朝着简单的结构设计和操作方向发展。设计开发结构简单的中间包内腔,使用长寿命的中间包工作衬耐火材料是实施中间包耐火材料热周转的必要条件。


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