摘  要  以高硅、高碳、底溫的高爐鐵水為源鐵水，大量加入冷料和使用價格低傔的高雜質、高硅、的高碳鉻鐵冶煉冶煉不銹鋼，雖然對以鎂鈣磚作為爐襯耐材的損耗較大，經過多年的實際冶煉探索發現，在爐內不同位置內襯使用不同的成份的鎂鈣磚，在渣線以下部分使用MgO含量85%以上高純鎂鈣磚抗酸性較好，在渣線以上部分，使用MgO含量75%、CaO含量15%以上的鎂鈣磚的抗渣性較好，配以相應的冶煉工藝，爐齡穩步提高，有效降低了耐材成本。

關鍵詞  AOD爐襯侵蝕原因分析  鎂鈣磚  耐火材料的侵蝕

1  前言

隨著原料成本價格斷飚升、環境污染的壓力、能源成本及人工成本的不斷提高，不銹鋼的生產成本也水漲船高，為了生存發展，企業必需不斷創新進取，以求降低成本，適應市場。AOD技術又是最近幾十年新發展起來的一種新型冶煉不銹鋼生產技術，生產的不銹鋼的產量比重越來越大。而AOD的耐材消耗是AOD生產的成本之一，既要讓AOD適應不同的鐵水源和原料環境，又要降低AOD耐材的消耗，提高耐材的使用壽命，已成為降低AOD生產成本的一個重要環節。我公司現直接使用高硅（1.0%左右）高碳（5%~6%）低溫（入爐溫度1250℃左右）高爐鐵水冶煉200和300系列不銹鋼，使用的鉻鐵的硅含量為3%~5%之間，冷料加入量50%以上，分若干次加入，溫度波動范圍很大，冶煉環境極為惡劣，化學侵蝕和物理侵蝕相互作用，爐襯損耗極快，但經過不斷研究總結，使用的鎂鈣磚爐齡達到百爐。

在鐵水入爐開始吹氧冶煉之后，由于鐵水中含有大量的硅 ，吹氧之后的硅被氧化，產生大量的二氧化硅，由于溫度較低，加入的石灰還沒來得急熔化，所產生的二氧化硅不能及時被石灰中和，留在鐵水之中，在氣體的攪拌作用下，跟隨鐵水沖刷爐襯，清晰看到在這種惡劣條件下的鎂鈣耐火磚，在化學侵蝕和物理侵蝕相互作用下形成了弧形，當侵蝕到一定程度，再加上被爐渣以及鋼液滲入，在溫度較大波動時，AOD耐材就會因膨脹系數不一致而產生裂紋，然后脫落，嚴重降低耐材的使用壽命。

化學、物理侵蝕機理分析：

（1）化學侵蝕，有二氧化硅（SiO2）、氧化鐵（FeO）、碳（C）的侵蝕作用。

由于源鐵水中含有大量的硅，在吹煉之后被氧化產生酸性的氧化物二氧化硅，在新爐次開冶煉時，入爐石灰溶（熔）化成渣需要一定溫度和時間，此時的二氧化硅就很難被快速被石灰中和，它就會跟隨著鐵液在氣體的攪拌作用下對，對鎂鈣材質內襯化學反應導致侵蝕，反應生成MgSiO3和CaSiO3，雖然MgSiO3和CaSiO3的熔點都1550℃以上附在爐磚上防止進一點侵蝕，但氧化期的鐵水里含有大量的FeO，FeO能大大降低MgSiO3和CaSiO3的熔點，CaO-SiO2-FeO可以看到，CaSiO3在有FeO的作用下，熔點溫度最低可降到1200℃，由于MgO與CaO有很相似的化學和物理性質，MgO與CaO與二氧化硅反應，生成的硅酸鹽并不能真正附于耐火磚上，而是在FeO的作用下熔化上浮，二氧化硅繼續與爐襯反應侵蝕內襯，從圖1左邊的使用用過的鎂鈣磚上，可以明顯看到化學侵蝕的痕跡。另外風槍眼附近，由于鋼液的渦旋作用，風槍口的化學反應熱很快就作于風槍眼附近的耐材，有較高的溫度，而且液體流速較快，流量大，接觸到的二氧化硅多，因此風槍眼附近耐材侵蝕更明顯，圖2使用中的爐子，可以看到內襯風槍眼附近爐襯明顯凹陷。

隨著冶煉的進行，熔池溫度升高，石灰溶（熔）化成渣，二氧化硅被石灰吸收之后，鋼液和渣液中的硅酸化合物以SiO32-離子形式存在，化學平衡式SiO32- SiO2+O2-，因此，只要鋼液和渣液中存在SiO32-離子，SiO2就存在，冶煉中的FeO和SiO2共同作，對爐襯侵蝕貫穿整個冶煉過程，提高渣子堿度，減少冶煉時間，控制渣中的FeO的量，可以減緩FeO對爐襯的侵蝕。

因鐵水和高碳鉻鐵的碳、硅含量高，熱量相對富余較多，在冶煉過程中，爐內溫度很快升到1700以上，槍眼附近因鋼液的渦旋作用，風槍口化學反應產生的大量熱量，直接隨著鋼液渦旋，作用于風槍眼附近的爐襯，此區域溫度比其他任何部位溫度更高，鋼水中的碳，隨著鋼液沖刷爐襯，把爐襯的MgO還原生成Mg揮發掉，使爐襯侵蝕，可由圖4氧化物的氧勢圖可以查到，當溫度在1750以上時，CO的分解自由能開始低于MgO，使化學反應MgO+C=Mg+CO得以進行，溫度越高C對爐子的侵蝕就越大，風槍附近侵蝕比其他地方快的另一個重要原因。

（2）物理侵蝕，氧化鎂和氧化鈣在鋼中的溶解度極低，其本可以忽略不計。物理侵蝕除了機械沖刷和風化作用之外，爐子使用時間越長，機械沖刷和風化作用越大，在這里不做討論。另外還有一個重要的物理侵蝕現象：爐襯斷裂脫，這個僅討論分析爐襯的斷裂脫原因。

鎂鈣磚耐火材料經過選料，加工，再機壓成型，然經過烤干燒成幾個階段，磚體表面及內部存在一定的氣孔，在使用過程中，渣液和鋼水就會向氣孔里面滲，從兩塊不同氣孔率的磚可以看到，氣孔率越多，滲入越明顯。當一定量的渣或都鋼液滲入到磚里，由于磚與渣子和鋼水的膨脹系數不一致，在溫度變化較大時，導致磚體產生裂紋。然后再經鋼水、渣子和爐氣的沖刷作用而脫落，從圖2的冶煉中的爐子可以看到，風槍上面至查線處以及風槍下面以的磚斷裂脫落參差不齊。

2  應對辦法

（1）對于前期二氧化硅中和問題，在加入石灰之后，用頂槍快速升溫，并利用頂槍的氧氣由上面向下吹的有利用條件，在沖擊區局部很高溫度的條件，快速熔（溶）化石灰，形成渣鋼氣乳濁液，有利于二氧化硅快速中和、脫碳。

（2）冶煉中采用雙渣法操作，開始冶煉之后，先燒硅燒碳升溫，熔（溶）化石灰，然后加入高碳鉻鐵，在加完高鉻之后待溫度升到1550℃、熔池里的硅基本氧化完畢，拉一次渣，除掉部分二氧化硅，還能帶走部分富余熱。拉完渣之后，重新加入石灰造渣繼續完成冶煉。

（3）在冶煉過程中，渣子堿度控在3.0左右，冶煉中，渣子成糊狀，有利于部分渣子粘附到爐子內襯上，可以效降低渣子、鋼液和爐氣機械沖刷作用，減緩FeO對爐襯的侵蝕作用。同時還可以防止部分有斷裂脫落。冶煉周期內，溫度控制1400℃至1700℃之間波動，冷料分多次小量加入，減少溫度波動的范圍，可有效減少爐襯的熱脹冷縮斷裂現象。

（4）爐襯在不同部位使用不同成份的磚，在渣線以上部分使用75%MgO和15%~20%CaO的磚砌筑，渣線以下部分，用85%MgO和10%~15%CaO的高純鎂鈣磚砌筑。MgO抗二氧化硅化學侵蝕較好，但抗渣性較差，在渣線以上部分提高氧化鈣的含量，抗渣性較好，但抗二氧化硅侵蝕能力較差，在渣線以下部分提高氧化鎂的含量，而渣線以上部分提高氧化鈣的含量。

（5）嚴格控制脫碳終點溫度，防止溫度超過1750，減緩碳的還原作對爐襯的侵蝕。加長風槍口以及風槍側的耐火材料長度，使之有更長的使用壽命。

3  結語

通過以上幾點改進措施之后，爐齡得升較大提升，磚斷現象減少，風槍附近問題得了改善，爐齡平均提高了20爐以上。AOD煉鋼工藝不是一成不變的，跟據當前源鐵水、源材料情況，制定出相應的操作工藝，因地制宜，一樣能在有限的設備條件下，降低成本，提高產品的市場競爭力。

4  參考文獻

[1]《耐火材料技術手冊》 許曉海 馮改山編著 北京冶金工業出版社 

[2]《鋼鐵冶金原理》黃希祜 編著  冶金工業出版社

[3]《流體力學》吳望一 編著  北京大學出版社

[4]《鋼鐵冶金——煉鋼學》 王新華 高等教育出版社