摘  要  以高硅、高碳、底温的高炉铁水为源铁水，大量加入冷料和使用价格低傔的高杂质、高硅、的高碳铬铁冶炼冶炼不锈钢，虽然对以镁钙砖作为炉衬耐材的损耗较大，经过多年的实际冶炼探索发现，在炉内不同位置内衬使用不同的成份的镁钙砖，在渣线以下部分使用MgO含量85%以上高纯镁钙砖抗酸性较好，在渣线以上部分，使用MgO含量75%、CaO含量15%以上的镁钙砖的抗渣性较好，配以相应的冶炼工艺，炉龄稳步提高，有效降低了耐材成本。

关键词  AOD炉衬侵蚀原因分析  镁钙砖  耐火材料的侵蚀

1  前言

随着原料成本价格断飚升、环境污染的压力、能源成本及人工成本的不断提高，不锈钢的生产成本也水涨船高，为了生存发展，企业必需不断创新进取，以求降低成本，适应市场。AOD技术又是最近几十年新发展起来的一种新型冶炼不锈钢生产技术，生产的不锈钢的产量比重越来越大。而AOD的耐材消耗是AOD生产的成本之一，既要让AOD适应不同的铁水源和原料环境，又要降低AOD耐材的消耗，提高耐材的使用寿命，已成为降低AOD生产成本的一个重要环节。我公司现直接使用高硅（1.0%左右）高碳（5%~6%）低温（入炉温度1250℃左右）高炉铁水冶炼200和300系列不锈钢，使用的铬铁的硅含量为3%~5%之间，冷料加入量50%以上，分若干次加入，温度波动范围很大，冶炼环境极为恶劣，化学侵蚀和物理侵蚀相互作用，炉衬损耗极快，但经过不断研究总结，使用的镁钙砖炉龄达到百炉。

在铁水入炉开始吹氧冶炼之后，由于铁水中含有大量的硅 ，吹氧之后的硅被氧化，产生大量的二氧化硅，由于温度较低，加入的石灰还没来得急熔化，所产生的二氧化硅不能及时被石灰中和，留在铁水之中，在气体的搅拌作用下，跟随铁水冲刷炉衬，清晰看到在这种恶劣条件下的镁钙耐火砖，在化学侵蚀和物理侵蚀相互作用下形成了弧形，当侵蚀到一定程度，再加上被炉渣以及钢液渗入，在温度较大波动时，AOD耐材就会因膨胀系数不一致而产生裂纹，然后脱落，严重降低耐材的使用寿命。

化学、物理侵蚀机理分析：

（1）化学侵蚀，有二氧化硅（SiO2）、氧化铁（FeO）、碳（C）的侵蚀作用。

由于源铁水中含有大量的硅，在吹炼之后被氧化产生酸性的氧化物二氧化硅，在新炉次开冶炼时，入炉石灰溶（熔）化成渣需要一定温度和时间，此时的二氧化硅就很难被快速被石灰中和，它就会跟随着铁液在气体的搅拌作用下对，对镁钙材质内衬化学反应导致侵蚀，反应生成MgSiO3和CaSiO3，虽然MgSiO3和CaSiO3的熔点都1550℃以上附在炉砖上防止进一点侵蚀，但氧化期的铁水里含有大量的FeO，FeO能大大降低MgSiO3和CaSiO3的熔点，CaO-SiO2-FeO可以看到，CaSiO3在有FeO的作用下，熔点温度最低可降到1200℃，由于MgO与CaO有很相似的化学和物理性质，MgO与CaO与二氧化硅反应，生成的硅酸盐并不能真正附于耐火砖上，而是在FeO的作用下熔化上浮，二氧化硅继续与炉衬反应侵蚀内衬，从图1左边的使用用过的镁钙砖上，可以明显看到化学侵蚀的痕迹。另外风枪眼附近，由于钢液的涡旋作用，风枪口的化学反应热很快就作于风枪眼附近的耐材，有较高的温度，而且液体流速较快，流量大，接触到的二氧化硅多，因此风枪眼附近耐材侵蚀更明显，图2使用中的炉子，可以看到内衬风枪眼附近炉衬明显凹陷。

随着冶炼的进行，熔池温度升高，石灰溶（熔）化成渣，二氧化硅被石灰吸收之后，钢液和渣液中的硅酸化合物以SiO32-离子形式存在，化学平衡式SiO32- SiO2+O2-，因此，只要钢液和渣液中存在SiO32-离子，SiO2就存在，冶炼中的FeO和SiO2共同作，对炉衬侵蚀贯穿整个冶炼过程，提高渣子碱度，减少冶炼时间，控制渣中的FeO的量，可以减缓FeO对炉衬的侵蚀。

因铁水和高碳铬铁的碳、硅含量高，热量相对富余较多，在冶炼过程中，炉内温度很快升到1700以上，枪眼附近因钢液的涡旋作用，风枪口化学反应产生的大量热量，直接随着钢液涡旋，作用于风枪眼附近的炉衬，此区域温度比其他任何部位温度更高，钢水中的碳，随着钢液冲刷炉衬，把炉衬的MgO还原生成Mg挥发掉，使炉衬侵蚀，可由图4氧化物的氧势图可以查到，当温度在1750以上时，CO的分解自由能开始低于MgO，使化学反应MgO+C=Mg+CO得以进行，温度越高C对炉子的侵蚀就越大，风枪附近侵蚀比其他地方快的另一个重要原因。

（2）物理侵蚀，氧化镁和氧化钙在钢中的溶解度极低，其本可以忽略不计。物理侵蚀除了机械冲刷和风化作用之外，炉子使用时间越长，机械冲刷和风化作用越大，在这里不做讨论。另外还有一个重要的物理侵蚀现象：炉衬断裂脱，这个仅讨论分析炉衬的断裂脱原因。

镁钙砖耐火材料经过选料，加工，再机压成型，然经过烤干烧成几个阶段，砖体表面及内部存在一定的气孔，在使用过程中，渣液和钢水就会向气孔里面渗，从两块不同气孔率的砖可以看到，气孔率越多，渗入越明显。当一定量的渣或都钢液渗入到砖里，由于砖与渣子和钢水的膨胀系数不一致，在温度变化较大时，导致砖体产生裂纹。然后再经钢水、渣子和炉气的冲刷作用而脱落，从图2的冶炼中的炉子可以看到，风枪上面至查线处以及风枪下面以的砖断裂脱落参差不齐。

2  应对办法

（1）对于前期二氧化硅中和问题，在加入石灰之后，用顶枪快速升温，并利用顶枪的氧气由上面向下吹的有利用条件，在冲击区局部很高温度的条件，快速熔（溶）化石灰，形成渣钢气乳浊液，有利于二氧化硅快速中和、脱碳。

（2）冶炼中采用双渣法操作，开始冶炼之后，先烧硅烧碳升温，熔（溶）化石灰，然后加入高碳铬铁，在加完高铬之后待温度升到1550℃、熔池里的硅基本氧化完毕，拉一次渣，除掉部分二氧化硅，还能带走部分富余热。拉完渣之后，重新加入石灰造渣继续完成冶炼。

（3）在冶炼过程中，渣子碱度控在3.0左右，冶炼中，渣子成糊状，有利于部分渣子粘附到炉子内衬上，可以效降低渣子、钢液和炉气机械冲刷作用，减缓FeO对炉衬的侵蚀作用。同时还可以防止部分有断裂脱落。冶炼周期内，温度控制1400℃至1700℃之间波动，冷料分多次小量加入，减少温度波动的范围，可有效减少炉衬的热胀冷缩断裂现象。

（4）炉衬在不同部位使用不同成份的砖，在渣线以上部分使用75%MgO和15%~20%CaO的砖砌筑，渣线以下部分，用85%MgO和10%~15%CaO的高纯镁钙砖砌筑。MgO抗二氧化硅化学侵蚀较好，但抗渣性较差，在渣线以上部分提高氧化钙的含量，抗渣性较好，但抗二氧化硅侵蚀能力较差，在渣线以下部分提高氧化镁的含量，而渣线以上部分提高氧化钙的含量。

（5）严格控制脱碳终点温度，防止温度超过1750，减缓碳的还原作对炉衬的侵蚀。加长风枪口以及风枪侧的耐火材料长度，使之有更长的使用寿命。

3  结语

通过以上几点改进措施之后，炉龄得升较大提升，砖断现象减少，风枪附近问题得了改善，炉龄平均提高了20炉以上。AOD炼钢工艺不是一成不变的，跟据当前源铁水、源材料情况，制定出相应的操作工艺，因地制宜，一样能在有限的设备条件下，降低成本，提高产品的市场竞争力。

4  参考文献

[1]《耐火材料技术手册》 许晓海 冯改山编著 北京冶金工业出版社 

[2]《钢铁冶金原理》黄希祜 编著  冶金工业出版社

[3]《流体力学》吴望一 编著  北京大学出版社

[4]《钢铁冶金——炼钢学》 王新华 高等教育出版社