摘  要  為提高鎂鈣磚AOD爐齡，對比了鎂鈣磚和鎂鉻磚的特點，分析了AOD爐內不同區域的侵蝕狀態，并分析了在冶煉過程中不同階段的侵蝕。分析結果顯示，AOD爐內渣線部位侵蝕嚴重，主要是由于低堿度渣造成。因此，通過提高爐渣堿度，提高爐渣中的MgO含量，控制冶煉及還原時間，降低AOD冶煉過程溫度等一系列的針對措施，從而使AOD的平均爐齡從63次左右提高到68次以上。

關鍵詞  鎂鈣磚  爐渣堿度  耐火材料  AOD  爐齡

1  前言

AOD（Argon Oxygen Decarburization）爐主要應用于冶煉不銹鋼。爐襯使用鎂鈣質耐火磚，長期以來的平均爐齡在63次左右，造成噸鋼耐火材料消耗偏高，而且AOD爐齡是AOD冶煉工藝整體水平的體現，因而提高AOD爐齡一直是不銹鋼冶煉追求的重要指標。自投產以來，精煉分廠的AOD爐技術人員齊心協作，潛心研究，以找出AOD爐襯的侵蝕機理，并采取針對措施，實現爐齡的提升。

2  AOD精煉的特點

AOD精煉技術的冶金原理是向爐內吹入O2和惰性氣體（N2,Ar）的混合氣體，用Ar或N2稀釋由脫碳反應產生的CO氣體的分壓，從而促進脫碳反應的進行，并抑制鋼水中的鉻的氧化。AOD由于精煉溫度高，冶煉周期長，氣體攪拌劇烈，鋼渣沖刷嚴重，爐襯溫度周期性變化幅度大，爐渣堿度變化幅度大等，爐襯工作條件十分惡劣。

2.1  影響AOD爐齡的主要因素

2.1.1  爐襯的耐火材料和爐襯的砌筑、烘烤工藝的影響

AOD一般使用堿性耐火材料。耐火材料本身的質量，包括耐火度、高溫強度、氣孔率、雜質含量、磚型尺寸、內部結構、防水化性等，都嚴重影響爐齡壽命。同時爐襯砌筑、烘烤工藝，如磚型設計、砌筑磚縫大小、烘爐溫度及升溫速度等，也會對AOD爐襯壽命產生很大的影響。

2.2  冶煉工藝和操作的影響

AOD冶煉工藝和操作對爐襯壽命影響很大，具體表現如下：

（1）爐溫高。有研究表明，當熔池內溫度在1700℃以上時，溫度每提高50℃，爐襯耐火材料的侵蝕速度就會提高一倍。而AOD在冶煉不銹鋼時脫碳期溫度可能達到1750℃，并且爐襯耐火材料在高溫下工作的時間比較長，因此AOD在脫碳期熔池的溫度和精煉時間對爐襯使用壽命影響比較大。

（2）爐溫變化大。首先AOD生產是間歇式的，出完鋼在等鋼水期間，爐襯溫度會下降至1300℃左右，而脫碳期熔池內爐襯溫度高達1700℃左右，而在還原期又降至1560℃左右；第二供氣原件都是氣冷的，在等鋼水期間風槍周圍爐襯耐火材料會急降至900℃以下；第三，冶煉過程中，爐襯的溫度也是不均勻的，風眼區爐襯溫度較高，而其他區域的爐襯溫度較低；第四，由于在不銹鋼精煉期間，需要向熔池加入大量的造渣料、合金及金屬等，會在短時間內造成渣線部位爐襯溫度的急劇下降，這些都使AOD的爐溫變化大，導致爐襯耐火材料剝落而影響爐襯壽命。

（3）氣體及鋼流對爐襯的沖刷嚴重。在AOD整個操作過程中，都會想熔池吹入大量的氣體。隨著技術的不斷發展，熔池的供氧強度、攪拌強度還在不斷提高。這對熔池的耐火材料造成了嚴重的沖刷，特別是AOD的后墻要承受很大的氣流和鋼流沖刷，這會使AOD爐齡降低。

（4）爐渣堿度波動大。AOD爐襯不僅要受熔渣的侵蝕和沖刷，而且在一個精煉周期內熔渣堿度的波動范圍很大，其值在1.0-4.0內波動，精煉前期由于熔渣未熔化，此時吹O2升溫熔渣的堿度在1.0左右，還有就是還原期，渣中SiO2含量突然升高，在惰性氣體的攪拌下，渣中的SiO2會與堿性耐火材料中的MgO和CaO發生反應，生成低熔點的鈣鎂橄欖石（CaO?MgO?SiO2)和鎂薔薇輝石（3CaO?MgO?2SiO2），同時破壞方鎂石之間的結合。而這些低熔點產物在AOD精煉期間會發生軟化和脫落，從而使爐襯壽命降低。

由上述分析可知，由于AOD精煉不銹鋼的特點，使得爐襯耐火材料處在高溫且溫度變化大，爐渣侵蝕嚴重，以及受渣、鋼強烈沖刷的環境下工作，工作條件非常的惡劣，因此爐齡的提高非常的困難。

3  提高AOD爐齡的措施

3.1  選用優質的鎂鈣磚作為爐襯耐火材料

AOD使用的耐火材料一般有兩種，鎂鉻磚和鎂鈣磚。兩種耐火材料各有優缺點：鎂鉻磚的高溫強度高，但是其抗熱震性以及抵抗堿度大于1.5的渣侵蝕能力不如鎂鈣磚。鎂鈣磚的高溫性能好，可以承受1750℃以上的高溫，而且可以適應堿性渣堿度的大范圍波動。與鎂鉻磚相比，鎂鈣磚含有較多的CaO，而CaO能與渣中的SiO2生成C2S致密層，從而保護磚不在被侵蝕；另外，CaO在高溫下有較大的懦變性，可以延緩溫差熱應力裂紋的產生；此外鎂鈣磚在價格要比鎂鉻磚低，對環境的污染也較小。因此，目前精煉分廠采用鎂鈣磚做為AOD爐襯耐火材料。但鎂鈣磚的高溫強度和防水化性能不如鎂鉻磚。另外，針對風口區爐襯侵蝕速度較快的情況，加大了風口區爐襯的厚度。

3.2  制定合理的烘爐制度

制定合理的AOD爐襯的烘烤制度，使爐磚緩緩升至高溫，并保證爐磚被烤透；在出現長時間等鋼水或停爐檢修的情況下，也要對爐襯進行烘烤，以避免爐襯耐火材料在接觸鋼水時急熱，或長時間等鋼水時溫降過大而造成剝落。

3.3  調整冶煉工藝

在爐襯耐火材料和冶煉鋼種一定的情況下，AOD爐壽命是溫度與冶煉時間的函數。不銹鋼冶煉在氧化末期的溫度一般控制在1700℃左右，爐齡與冶煉時間成反比，因此在控制爐溫，渣堿度的同時，還因盡量縮短冶煉時間。控制渣量，渣量越大，渣對爐襯的沖刷也就越大，相應的渣層厚，對于脫碳時間升溫速度及熱量利用率也是有比較大影響。以冶煉304不銹鋼為例，精煉分廠AOD冶煉時間2012年～2015年為130分鐘左右；石灰噸鋼消耗為160千克/噸；螢石噸鋼消耗為46千克/噸；硅鐵消耗為20千克/噸～23千克/噸。經過多次技術改進和設備改造，目前冶煉304時間為110分鐘左右；石灰噸鋼消耗為125千克/噸；螢石噸鋼消耗為32千克/噸；硅鐵噸鋼消耗16千克/噸～18千克/噸。

3.4  調整爐渣堿度和成份

爐渣堿度和成分對爐襯的壽命都有很大的影響。實驗發現，隨著渣中CaF2含量的增加，爐襯壽命大大降低，而隨著渣中氧化鎂含量的增加，爐襯壽命相應的提高，因此對還原渣的堿度和成分進行了調整，爐渣堿度CaO/SiO2,控制在2.1，（CaO+MgO)/SiO2控制在2.3，且嚴格控制CaF2的加入量，控制CaF2/CaO的比例。

4  結論

通過以上闡述，提高AOD爐齡可通過：

（1）制定合理的烘烤制度及保證爐役上線后能夠盡可能的連續性生產。

（2）控制冶煉最高溫度不大于1710℃。由于鎂鈣磚的抗侵蝕能力隨溫度的升高急劇下降，因而必須控制冶煉過程中的溫度不得大于1710℃。

（3） 控制AOD入爐鐵水硅含量。AOD 冶煉前期由于鋼中硅的氧化而使爐渣堿度大幅度降低，同時由于石灰加入后與二氧化硅的反應速度，與硅的氧化速度相比較慢。因而必須控制 AOD 入爐硅在 1.0% 以下。

（4）渣中氧化鎂含量 5%-7%。提高渣中氧化鎂含量，可以提升氧化鈣的熔解動力學條件，促進造渣。同時可以減少爐渣對鎂鈣磚的侵蝕，避免鎂鈣磚的氧化鎂向渣中轉移。

（5）提高渣中堿度≥1.5。提高渣中堿度，即相應提高了 AOD 爐渣中 CaO 含量，減少了對爐襯的侵蝕。

（6）減少渣量。在不銹鋼冶煉過程中，產生的熔渣數量越多，對爐襯材料的機械和化學侵蝕就越大，爐襯的熔損速率就越大，而渣線部位的熔損速度就更快。因而，減小渣量是提高 AOD 爐齡的重要措施。