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基礎(chǔ)氧氣轉(zhuǎn)爐的襯里壽命、可靠性和成本對(duì)于利用基礎(chǔ)氧氣工藝進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)的熔煉車間的順利運(yùn)作至關(guān)重要。 襯里壽命越長，轉(zhuǎn)爐的利用率就越高，從而提高其生產(chǎn)率。

實(shí)現(xiàn)基本氧氣轉(zhuǎn)爐更高的爐襯壽命的三個(gè)重要因素是：（1）轉(zhuǎn)爐中耐火材料的質(zhì)量及其鋪設(shè)方式；（2）遵循的操作規(guī)范；（3）監(jiān)測爐襯磨損和維護(hù)耐火材料的做法。改進(jìn)的耐火材料的開發(fā)，結(jié)合改進(jìn)的工藝控制和更好的維護(hù)工作，可以提高基本氧氣轉(zhuǎn)爐的襯里壽命。

圖1 影響基礎(chǔ)氧氣轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯壽命的因素

如今，由于氧化鎂-碳（MgO-C）耐火材料的性能優(yōu)于其他類型的轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯材料，所以基本的氧氣轉(zhuǎn)爐無一例外地采用了氧化鎂-碳耐火材料的內(nèi)襯。然而，在轉(zhuǎn)爐的不同區(qū)域使用不同質(zhì)量的氧化鎂-碳耐火材料，是一種分區(qū)的耐火材料襯里做法。

氧氣轉(zhuǎn)爐中耐火材料的磨損原因有的是化學(xué)原因，有的是物理原因。轉(zhuǎn)爐爐襯磨損的化學(xué)原因主要是由于氣態(tài)物質(zhì)（氧化性氣體、還原性氣體和水蒸氣）、液態(tài)物質(zhì)（爐渣、熱金屬和液態(tài)鋼熔體）和固態(tài)物質(zhì)（熔劑和碳分解）。 導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐襯里磨損的物理原因是溫度過高（散熱不良和熱點(diǎn)），靜態(tài)機(jī)械應(yīng)力（剝落和膨脹），以及動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力（磨損、沖擊和振動(dòng)）?；拘脱鯕廪D(zhuǎn)爐耐火材料襯里的關(guān)鍵磨損機(jī)制可歸納為以下幾點(diǎn)。

• 轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)金屬和液態(tài)爐渣的最高溫度

• 高溫材料在轉(zhuǎn)爐中的停留時(shí)間

• 熔體的氧化狀態(tài)（腐蝕引起的磨損）

• 爐渣的化學(xué)成分（因腐蝕而產(chǎn)生的磨損）

• 吹氧過程中氧氣射流的沖擊和穿透力

• 在吹氧和轉(zhuǎn)爐傾斜過程中，由于熔渣和金屬對(duì)耐火材料的侵蝕。

• 耐火材料的磨損（由于灰塵和氣體的產(chǎn)生）

• 轉(zhuǎn)爐裝料過程中廢鋼和熱金屬的影響

• 熱循環(huán)

• 清洗設(shè)備造成的機(jī)械損傷

耐火材料的腐蝕是由于化學(xué)侵蝕而發(fā)生的，而侵蝕包括化學(xué)侵蝕（侵蝕）和耐火材料的機(jī)械磨損。侵蝕經(jīng)常來自于轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生的湍流或機(jī)械侵蝕（例如，將廢料送入轉(zhuǎn)爐）。強(qiáng)化侵蝕往往發(fā)生在金屬/爐渣和爐渣/大氣界面的爐襯中。這種類型的侵蝕被稱為 "渣線侵蝕"。

耐火材料的質(zhì)量

決定MgO-C耐火材料質(zhì)量的重要參數(shù)如下。

• 氧化鎂--制造氧化鎂--C磚的主要原料是Periclase礦物或燒結(jié)的海水氧化鎂。重要的特性是其純度、燒結(jié)或熔融等級(jí)或組合、密度、晶體大小、晶粒結(jié)構(gòu)和晶粒大小分布。

• 碳--碳的相關(guān)屬性是純度、粒度分布（片狀石墨）、晶粒結(jié)構(gòu)（片狀石墨）、炭黑的數(shù)量和片狀石墨的數(shù)量。

• 粘接劑 - 重要的參數(shù)是樹脂的數(shù)量和類型、玻璃碳、瀝青（石墨碳）的數(shù)量和類型，以及再浸漬。

• 金屬添加物 - 金屬添加物（抗氧化劑）有鋁、硅、鋁鎂等?？梢越Y(jié)合使用幾種金屬添加劑。重要的參數(shù)是金屬添加物的數(shù)量、粒度和類型。

• 磚的物理特性 - 重要的特性是密度、孔隙率、熱和冷強(qiáng)度。

• 加固 - 加固是用纖維完成的。纖維的種類和數(shù)量是重要的因素。

制磚機(jī)的類型和大小（無論是摩擦式還是液壓式）影響著磚的性能。

菱鎂礦的氧化鎂含量至少要達(dá)到99%。顆粒中形成的礦物質(zhì)也很重要。整體SiO2應(yīng)盡可能低（低于0.3%）。高硼（B）含量也非常關(guān)鍵，會(huì)破壞晶粒的熱強(qiáng)度。

晶粒密度通常在3.2到3.5g/cc以上的范圍內(nèi)變化。低晶粒密度意味著高孔隙率，使晶粒容易被熔渣滲透。

大的晶粒尺寸一般被認(rèn)為是超過140微米的尺寸。熔融氧化鎂晶粒可以超過1000微米。大晶粒通常優(yōu)于小晶粒，這是因?yàn)闇p少了間隙孔隙率，從而減少了熔渣滲入晶界的機(jī)會(huì)，并且在高溫使用過程中，降低了氧化鎂被磚中的C還原的敏感性。還原過程破壞了磚中的C和晶粒中的MgO，產(chǎn)生金屬鎂蒸汽和CO氣體。

磚是用粘結(jié)劑結(jié)焦后剩余的細(xì)小的C的殘余物進(jìn)行碳結(jié)合。這就是將磚塊固定在一起的原因。石墨對(duì)煉鋼爐渣是不濕潤的，可以防止?fàn)t渣滲入磚內(nèi)，從而使鎂質(zhì)顆粒溶解。石墨還具有很好的導(dǎo)熱性，可以將熱量從磚的表面轉(zhuǎn)移出去，從而減少侵蝕性反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。在化學(xué)上，所有的石墨都是純碳，但都含有一些灰分（石墨礦床中的粘土礦物）。不純的石墨會(huì)在磚中加入硅和氧化鋁等雜質(zhì)，這只會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。通常使用片狀石墨，因?yàn)樗葻o定形石墨具有更高的抗氧化性和更高的導(dǎo)熱性。一般來說，石墨的使用量從5%到25%不等。在其他條件相同的情況下，石墨含量越高，磚的抗渣性和導(dǎo)熱性就越高。

添加到Mag-C磚中的金屬粉末可以作為氧氣的清除劑，延遲石墨和C-鍵的氧化。這些粉末通過在磚中形成復(fù)雜的金屬-硫化物-氧化物鍵，明顯提高熱強(qiáng)度。

在基本氧氣轉(zhuǎn)換器的不同區(qū)域的耐火材料受到不同條件的影響，由于它們的磨損率不同。因此，在轉(zhuǎn)爐的不同區(qū)域需要不同質(zhì)量的耐火材料，以獲得統(tǒng)一的磨損率。這種類型的爐襯被稱為平衡爐襯或分區(qū)爐襯。在分區(qū)襯里模式中，具有較小磨損的襯里部分被分配到較低質(zhì)量或較小厚度的耐火材料。同樣，具有較高耐磨性和通常較高成本的耐火材料被分配到轉(zhuǎn)爐襯的那些具有較高磨損模式的部分，以便使這些嚴(yán)重磨損區(qū)域的壽命更長。

操作方法

良好的控制爐渣發(fā)展、氧氣流量和噴槍做法、使用底部攪拌和有限使用再吹做法是影響基本氧氣轉(zhuǎn)爐襯里壽命的操作方法的關(guān)鍵特征。了解工藝化學(xué)、吹煉動(dòng)力學(xué)和轉(zhuǎn)爐襯板磨損之間的相互作用，可以實(shí)現(xiàn)高效煉鋼和延長轉(zhuǎn)爐襯板的使用壽命。

對(duì)堿性氧氣轉(zhuǎn)爐耐火材料磨損率有最大影響的最重要因素是吹煉結(jié)束時(shí)的高水浴溫度和爐渣中的高氧化鐵含量。此外，轉(zhuǎn)爐在吹煉結(jié)束后等待出鋼的時(shí)間過長，對(duì)耐火材料的襯里也有很大的不利影響。其他對(duì)堿性氧氣轉(zhuǎn)爐耐火材料有負(fù)面影響的因素包括：（i）熱金屬的硅含量高，（ii）熱金屬的錳含量高，（iii）重吹頻率高，（iv）反應(yīng)性差，石灰添加質(zhì)量低。(v) 石灰添加量不足，特別是在噴吹初期；(vi) 由于煅燒白云石或煅燒菱鎂礦等氧化鎂添加劑的添加量低，在噴吹的不同時(shí)期，轉(zhuǎn)爐渣未被氧化鎂飽和；(vii) 爐渣堿度低。

影響轉(zhuǎn)爐襯里壽命的重要因素還有：（i）熱金屬中的鈦含量和爐渣中的氧化鈦含量；（ii）轉(zhuǎn)爐槽中有液體物質(zhì)的時(shí)間；（iii）鐵礦石的高添加量；以及（iv）轉(zhuǎn)爐口的清潔頻率。

對(duì)堿性氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯磨損率有積極影響的最重要因素包括：（i）高頻率的濺渣，（ii）高頻率的涂渣，（iii）適當(dāng)添加煅燒白云石和/或煅燒菱鎂礦，（iv）經(jīng)常采取底部養(yǎng)護(hù)措施，如補(bǔ)磚，以及（v）經(jīng)常采取修復(fù)措施，如對(duì)磨損區(qū)域進(jìn)行炮擊等。

飽含石灰的爐渣不僅對(duì)煉鋼很重要，而且對(duì)防止轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯的過度磨損也很重要。在吹煉前和吹煉過程中添加石灰是為了確保在吹煉過程結(jié)束時(shí)有一個(gè)略帶石灰的超飽和爐渣。

不同熱金屬硅含量的爐渣發(fā)展路徑顯示，從高含鐵量的初始爐渣開始，由于硅氧化和石灰溶解的增加，爐渣中的SiO2和CaO含量上升。最初的熱金屬硅含量越高，在吹煉過程的早期SiO2含量也越高。在吹煉結(jié)束時(shí)，爐渣需要有輕微的石灰過飽和度，以避免耐火材料過度磨損。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須有一個(gè)石灰添加率，以適應(yīng)熱金屬中的硅含量和目標(biāo)爐渣的FeO含量。

由于基本的氧氣轉(zhuǎn)爐有一個(gè)氧化鎂-C的襯里，為了盡量減少襯里的磨損，爐渣應(yīng)該是氧化鈣和氧化鎂飽和的。MgO在爐渣中的溶解度取決于其堿性、溫度和FeO含量。當(dāng)?shù)V渣的堿性和FeO含量低且溫度高時(shí)，MgO在礦渣中的溶解度就高。因此，氧化鎂的溶解度隨著SiO2含量的增加而增加。低堿度的礦渣，相當(dāng)于礦渣中的低FeO含量，具有最高的MgO溶解度，因此，當(dāng)?shù)V渣堿度仍然較低時(shí)，菱鎂礦襯里在吹煉初期受到的攻擊最嚴(yán)重。氧化鎂的溶解度隨著堿度和FeO的增加而降低。

在飽和線以上，所有的氧化鎂都不能保持液態(tài)，因此在氧化鎂飽和的情況下，礦渣堿度的進(jìn)一步提高會(huì)導(dǎo)致氧化鎂的沉淀，并增加礦渣的粘度，其結(jié)果是轉(zhuǎn)爐底部和爐壁上出現(xiàn)堆積。這些堆積物延長了爐襯的壽命。

爐襯壽命受整個(gè)吹煉過程中的爐渣分析的影響。在FeO-SiO2邊界系統(tǒng)中，有一種化合物fayalith（2FeO.SiO2），其熔點(diǎn)很低，為1,205攝氏度。這個(gè)區(qū)域加上在這部分噴吹的低堿度下存在的高氧化鎂溶解度，對(duì)襯里的壽命有非常不利的影響。因此，為了盡早提高爐渣的堿度，添加的石灰快速溶解是非常重要的。

使用軟燒石灰和在噴吹開始時(shí)對(duì)金屬槽有足夠大的噴槍高度（這樣可以促進(jìn)鐵的氧化，從而促進(jìn)石灰的溶解），對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是有利的。此外，為了促進(jìn)石灰的早期溶解，石灰的添加應(yīng)在吹煉開始后的三到四分鐘內(nèi)完成。

石灰不是純的CaO。它含有SiO2和Al2O3等雜質(zhì)，必須在添加量的計(jì)算中予以補(bǔ)償。此外，它的冶金效率還受到顆粒大小和反應(yīng)性（或燃燒程度）的影響。正常的顆粒尺寸是8毫米到40毫米（有些人喜歡10毫米到50毫米），因?yàn)榈陀?毫米的顆粒會(huì)和廢氣一起從轉(zhuǎn)爐中被提取出來；在某些情況下高達(dá)30％。如果發(fā)生這種情況，所產(chǎn)生的礦渣可能是不飽和的，會(huì)造成轉(zhuǎn)爐襯里的額外磨損。

粒徑范圍大的石灰在裝入儲(chǔ)料倉時(shí)也會(huì)發(fā)生分離，這樣，粗顆粒的材料就會(huì)流向錐形裝料堆的外側(cè)，而細(xì)顆粒的材料則留在內(nèi)部區(qū)域。因此，當(dāng)從料倉中裝入石灰時(shí)，石灰的質(zhì)量通常是不穩(wěn)定的，這對(duì)鋼的化學(xué)成分、溫度控制和轉(zhuǎn)爐襯里的壽命都有不利影響。

為了最終調(diào)整溫度或分析，往往需要重新吹灰，但代價(jià)是鐵的氧化程度增加，從而使耐火材料的磨損加劇。例如，不到一分鐘的重新吹掃會(huì)使溫度提高20攝氏度，但也會(huì)使?fàn)t渣的鐵氧化物增加5%。雖然理論上在復(fù)吹過程中要加入石灰，以使其保持在飽和線上（作為FeO增加的結(jié)果），但在大多數(shù)情況下沒有這樣做，特別是在需要復(fù)吹來提高溫度的情況下，因?yàn)殍F氧化造成的溫度增加在很大程度上被石灰溶解的熱量所補(bǔ)償。雖然由于冶金的原因，氧化鐵含量和溫度相當(dāng)高的低飽和爐渣是可以接受的，但它們對(duì)爐襯的壽命極為不利，而且在吹煉結(jié)束和出鋼之間，鋼液在轉(zhuǎn)爐中停留的時(shí)間越長，損害就越大。

要實(shí)現(xiàn)吹煉行為的一致性和可控性，以及吹煉結(jié)束后結(jié)果的低變化率，另一個(gè)重要因素是吹煉過程中充分的熔池運(yùn)動(dòng)。在主要的脫碳期，由于CO的形成，有良好的熔池運(yùn)動(dòng)。隨著C含量下降到0.30%以下，CO氣體的形成減少，浴槽的移動(dòng)量也大大減少了。在這一階段的吹煉中，要通過降低吹煉氧氣噴槍來完成熔池移動(dòng)的任務(wù)。雖然由噴槍引起的攪拌效果比CO形成時(shí)要小得多，但它能確保浴槽的攪拌保持到吹氣結(jié)束。這是引入惰性氣體的底部攪拌的一個(gè)原因。盡管通過塞子吹過轉(zhuǎn)爐底部的氣體量（通常在0.01到0.05N cum/t/min的范圍內(nèi)）與頂部吹出的氧氣相比很小，但其攪拌效果有多種好處，可以確保爐渣和熔池處于更高的平衡狀態(tài)，并在轉(zhuǎn)爐爐渣中產(chǎn)生更低和更可控的FeO水平，這對(duì)轉(zhuǎn)爐襯里的壽命是有利的。

為冷卻轉(zhuǎn)爐熔池而加入的鐵礦石塊，由于氧化鐵含量的增加，也會(huì)對(duì)襯里壽命產(chǎn)生影響。應(yīng)避免添加過多的礦石，因?yàn)榈V石帶來的額外氧氣量會(huì)導(dǎo)致無法控制的吹氣行為。礦石添加最好在主要脫碳期完成，否則可能沒有足夠的碳來減少熔化的礦石。如果礦石總是通過加料槽加到轉(zhuǎn)爐的同一側(cè)，那么在耳軸區(qū)域局部形成的富含F(xiàn)eO的礦渣會(huì)造成局部的襯板磨損。由于這個(gè)原因，有必要改變轉(zhuǎn)爐的礦石添加側(cè)。

襯板磨損監(jiān)測和襯板維護(hù)

襯板磨損的監(jiān)測是通過激光技術(shù)測量襯板的厚度來完成的。這種技術(shù)利用激光束來測量襯板的厚度。為此，可以使用特殊的激光測量機(jī)。建議每天測量一次襯里厚度，以了解轉(zhuǎn)爐運(yùn)行期間的襯里情況。當(dāng)襯里厚度減少到一定程度時(shí)，就可以開始實(shí)施襯里維護(hù)技術(shù)。

為了提高轉(zhuǎn)爐襯里的壽命，采用了一些襯里維護(hù)方法。以下是這些做法。

爐渣涂層 - 爐渣涂層基本上是一種搖動(dòng)轉(zhuǎn)爐以形成爐渣工作襯里的技術(shù)。這是一門藝術(shù)，需要在轉(zhuǎn)爐運(yùn)行期間給予相當(dāng)?shù)年P(guān)注。爐渣涂布實(shí)踐成功所需的行動(dòng)有：（i）選擇正確的爐渣類型，（ii）在正確和適當(dāng)?shù)奶砑恿亢筮M(jìn)行爐渣調(diào)節(jié)，（iii）正確搖動(dòng)轉(zhuǎn)爐，（iv）必要時(shí)處理爐渣，以及（v）在最佳時(shí)機(jī)進(jìn)行涂布。這些項(xiàng)目都要精心計(jì)劃并正確執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)正確的爐渣涂布。成功涂渣的關(guān)鍵是遵循既定規(guī)則。爐渣涂層大約需要1-2分鐘。

濺渣 - 濺渣技術(shù)是一個(gè)相對(duì)較新的發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)爐襯里壽命的提高做出了重大貢獻(xiàn)。顧名思義，濺渣是利用煉鋼過程中的殘?jiān)?，?jīng)過調(diào)節(jié)和冷卻以提高其耐火度，從而在耐火材料表面形成一層涂層，在隨后的噴吹中作為耐磨襯。粘稠的液態(tài)爐渣通過高壓氮?dú)獯等朕D(zhuǎn)爐上部（錐體），粘在轉(zhuǎn)爐工作襯里上。濺渣技術(shù)需要在前一次加熱結(jié)束后和下一次加熱開始前占用轉(zhuǎn)爐幾分鐘的時(shí)間。濺渣技術(shù)已被開發(fā)出來，以對(duì)抗侵蝕，并在轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生一個(gè)凍結(jié)的襯里。在隨后的加熱過程中，濺出的爐渣可作為工作襯里。它已成為增加轉(zhuǎn)爐襯里壽命的有力工具。它需要使用氧槍向殘?jiān)档獨(dú)?。已知的兩種濺渣方法是：i）轉(zhuǎn)爐內(nèi)無鋼水，轉(zhuǎn)爐內(nèi)有所有的渣；ii）轉(zhuǎn)爐內(nèi)有鋼水和渣。第二種方法主要用于涂抹轉(zhuǎn)爐的耳軸和上部部分。兩種技術(shù)的噴吹做法是不同的。濺渣需要2-3分鐘，在轉(zhuǎn)爐垂直狀態(tài)下進(jìn)行。氮?dú)饬髁渴歉鶕?jù)噴槍的高度來控制的，通常是自動(dòng)化的。

噴射 - 這種技術(shù)有助于延長襯里的壽命。它包括以氧化鎂為基礎(chǔ)的炮擊耐火材料，通常是在遇到嚴(yán)重磨損的區(qū)域，如耳軸、廢鋼沖擊區(qū)和渣線的整體。炮擊通常只在有選擇的區(qū)域進(jìn)行，并在鋼和渣攻絲后進(jìn)行。炮擊過程中使用射手類型的噴槍，以應(yīng)對(duì)工藝中的惡劣環(huán)境。炮擊材料通常是水基的。對(duì)噴槍材料進(jìn)行了大量的研究，其質(zhì)量也在不斷提高。由于炮制材料是有成本的。在煉鋼過程中，噴槍的數(shù)量要與耐火材料的具體成本相平衡。

補(bǔ)磚 - 這種技術(shù)通常用于建立被侵蝕的底部。出鋼和出渣結(jié)束后，轉(zhuǎn)爐中會(huì)保留一些爐渣。粗的或破碎的廢轉(zhuǎn)爐耐火磚被添加到液態(tài)爐渣中。共需要30至60分鐘的額外時(shí)間來完成爐渣的凝固。用過的耐火材料要粗一些，以便能夠加固液態(tài)爐渣。