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摘  要  为提高镁钙砖AOD炉龄，对比了镁钙砖和镁铬砖的特点，分析了AOD炉内不同区域的侵蚀状态，并分析了在冶炼过程中不同阶段的侵蚀。分析结果显示，AOD炉内渣线部位侵蚀严重，主要是由于低碱度渣造成。因此，通过提高炉渣碱度，提高炉渣中的MgO含量，控制冶炼及还原时间，降低AOD冶炼过程温度等一系列的针对措施，从而使AOD的平均炉龄从63次左右提高到68次以上。

关键词  镁钙砖  炉渣碱度  耐火材料  AOD  炉龄

1  前言

AOD（Argon Oxygen Decarburization）炉主要应用于冶炼不锈钢。炉衬使用镁钙质耐火砖，长期以来的平均炉龄在63次左右，造成吨钢耐火材料消耗偏高，而且AOD炉龄是AOD冶炼工艺整体水平的体现，因而提高AOD炉龄一直是不锈钢冶炼追求的重要指标。自投产以来，精炼分厂的AOD炉技术人员齐心协作，潜心研究，以找出AOD炉衬的侵蚀机理，并采取针对措施，实现炉龄的提升。

2  AOD精炼的特点

AOD精炼技术的冶金原理是向炉内吹入O2和惰性气体（N2,Ar）的混合气体，用Ar或N2稀释由脱碳反应产生的CO气体的分压，从而促进脱碳反应的进行，并抑制钢水中的铬的氧化。AOD由于精炼温度高，冶炼周期长，气体搅拌剧烈，钢渣冲刷严重，炉衬温度周期性变化幅度大，炉渣碱度变化幅度大等，炉衬工作条件十分恶劣。

2.1  影响AOD炉龄的主要因素

2.1.1  炉衬的耐火材料和炉衬的砌筑、烘烤工艺的影响

AOD一般使用碱性耐火材料。耐火材料本身的质量，包括耐火度、高温强度、气孔率、杂质含量、砖型尺寸、内部结构、防水化性等，都严重影响炉龄寿命。同时炉衬砌筑、烘烤工艺，如砖型设计、砌筑砖缝大小、烘炉温度及升温速度等，也会对AOD炉衬寿命产生很大的影响。

2.2  冶炼工艺和操作的影响

AOD冶炼工艺和操作对炉衬寿命影响很大，具体表现如下：

（1）炉温高。有研究表明，当熔池内温度在1700℃以上时，温度每提高50℃，炉衬耐火材料的侵蚀速度就会提高一倍。而AOD在冶炼不锈钢时脱碳期温度可能达到1750℃，并且炉衬耐火材料在高温下工作的时间比较长，因此AOD在脱碳期熔池的温度和精炼时间对炉衬使用寿命影响比较大。

（2）炉温变化大。首先AOD生产是间歇式的，出完钢在等钢水期间，炉衬温度会下降至1300℃左右，而脱碳期熔池内炉衬温度高达1700℃左右，而在还原期又降至1560℃左右；第二供气原件都是气冷的，在等钢水期间风枪周围炉衬耐火材料会急降至900℃以下；第三，冶炼过程中，炉衬的温度也是不均匀的，风眼区炉衬温度较高，而其他区域的炉衬温度较低；第四，由于在不锈钢精炼期间，需要向熔池加入大量的造渣料、合金及金属等，会在短时间内造成渣线部位炉衬温度的急剧下降，这些都使AOD的炉温变化大，导致炉衬耐火材料剥落而影响炉衬寿命。

（3）气体及钢流对炉衬的冲刷严重。在AOD整个操作过程中，都会想熔池吹入大量的气体。随着技术的不断发展，熔池的供氧强度、搅拌强度还在不断提高。这对熔池的耐火材料造成了严重的冲刷，特别是AOD的后墙要承受很大的气流和钢流冲刷，这会使AOD炉龄降低。

（4）炉渣碱度波动大。AOD炉衬不仅要受熔渣的侵蚀和冲刷，而且在一个精炼周期内熔渣碱度的波动范围很大，其值在1.0-4.0内波动，精炼前期由于熔渣未熔化，此时吹O2升温熔渣的碱度在1.0左右，还有就是还原期，渣中SiO2含量突然升高，在惰性气体的搅拌下，渣中的SiO2会与碱性耐火材料中的MgO和CaO发生反应，生成低熔点的钙镁橄榄石（CaO•MgO•SiO2)和镁蔷薇辉石（3CaO•MgO•2SiO2），同时破坏方镁石之间的结合。而这些低熔点产物在AOD精炼期间会发生软化和脱落，从而使炉衬寿命降低。

由上述分析可知，由于AOD精炼不锈钢的特点，使得炉衬耐火材料处在高温且温度变化大，炉渣侵蚀严重，以及受渣、钢强烈冲刷的环境下工作，工作条件非常的恶劣，因此炉龄的提高非常的困难。

3  提高AOD炉龄的措施

3.1  选用优质的镁钙砖作为炉衬耐火材料

AOD使用的耐火材料一般有两种，镁铬砖和镁钙砖。两种耐火材料各有优缺点：镁铬砖的高温强度高，但是其抗热震性以及抵抗碱度大于1.5的渣侵蚀能力不如镁钙砖。镁钙砖的高温性能好，可以承受1750℃以上的高温，而且可以适应碱性渣碱度的大范围波动。与镁铬砖相比，镁钙砖含有较多的CaO，而CaO能与渣中的SiO2生成C2S致密层，从而保护砖不在被侵蚀；另外，CaO在高温下有较大的懦变性，可以延缓温差热应力裂纹的产生；此外镁钙砖在价格要比镁铬砖低，对环境的污染也较小。因此，目前精炼分厂采用镁钙砖做为AOD炉衬耐火材料。但镁钙砖的高温强度和防水化性能不如镁铬砖。另外，针对风口区炉衬侵蚀速度较快的情况，加大了风口区炉衬的厚度。

3.2  制定合理的烘炉制度

制定合理的AOD炉衬的烘烤制度，使炉砖缓缓升至高温，并保证炉砖被烤透；在出现长时间等钢水或停炉检修的情况下，也要对炉衬进行烘烤，以避免炉衬耐火材料在接触钢水时急热，或长时间等钢水时温降过大而造成剥落。

3.3  调整冶炼工艺

在炉衬耐火材料和冶炼钢种一定的情况下，AOD炉寿命是温度与冶炼时间的函数。不锈钢冶炼在氧化末期的温度一般控制在1700℃左右，炉龄与冶炼时间成反比，因此在控制炉温，渣碱度的同时，还因尽量缩短冶炼时间。控制渣量，渣量越大，渣对炉衬的冲刷也就越大，相应的渣层厚，对于脱碳时间升温速度及热量利用率也是有比较大影响。以冶炼304不锈钢为例，精炼分厂AOD冶炼时间2012年～2015年为130分钟左右；石灰吨钢消耗为160千克/吨；萤石吨钢消耗为46千克/吨；硅铁消耗为20千克/吨～23千克/吨。经过多次技术改进和设备改造，目前冶炼304时间为110分钟左右；石灰吨钢消耗为125千克/吨；萤石吨钢消耗为32千克/吨；硅铁吨钢消耗16千克/吨～18千克/吨。

3.4  调整炉渣碱度和成份

炉渣碱度和成分对炉衬的寿命都有很大的影响。实验发现，随着渣中CaF2含量的增加，炉衬寿命大大降低，而随着渣中氧化镁含量的增加，炉衬寿命相应的提高，因此对还原渣的碱度和成分进行了调整，炉渣碱度CaO/SiO2,控制在2.1，（CaO+MgO)/SiO2控制在2.3，且严格控制CaF2的加入量，控制CaF2/CaO的比例。

4  结论

通过以上阐述，提高AOD炉龄可通过：

（1）制定合理的烘烤制度及保证炉役上线后能够尽可能的连续性生产。

（2）控制冶炼最高温度不大于1710℃。由于镁钙砖的抗侵蚀能力随温度的升高急剧下降，因而必须控制冶炼过程中的温度不得大于1710℃。

（3） 控制AOD入炉铁水硅含量。AOD 冶炼前期由于钢中硅的氧化而使炉渣碱度大幅度降低，同时由于石灰加入后与二氧化硅的反应速度，与硅的氧化速度相比较慢。因而必须控制 AOD 入炉硅在 1.0% 以下。

（4）渣中氧化镁含量 5%-7%。提高渣中氧化镁含量，可以提升氧化钙的熔解动力学条件，促进造渣。同时可以减少炉渣对镁钙砖的侵蚀，避免镁钙砖的氧化镁向渣中转移。

（5）提高渣中碱度≥1.5。提高渣中碱度，即相应提高了 AOD 炉渣中 CaO 含量，减少了对炉衬的侵蚀。

（6）减少渣量。在不锈钢冶炼过程中，产生的熔渣数量越多，对炉衬材料的机械和化学侵蚀就越大，炉衬的熔损速率就越大，而渣线部位的熔损速度就更快。因而，减小渣量是提高 AOD 炉龄的重要措施。