高钛铁水对转炉炉衬侵蚀机理及护炉工艺优化

1 前言

在钢铁冶炼过程中，为优化生产成本结构，部分企业调整原料配比，增加钒钛磁铁矿使用比例，导致铁水中钛元素及高炉渣中相关成分含量上升。此类高钛铁水在转炉冶炼时，易引发钢渣不分离、炉渣熔点异常变化等问题，直接影响溅渣护炉效果，造成转炉炉衬侵蚀加剧、金属液面下降、炉况稳定性降低，不仅制约转炉生产效率提升，还会使耐火材料消耗增加、成本攀升，甚至带来潜在的生产安全风险。因此，深入剖析高钛铁水对转炉炉衬的侵蚀机理，针对性探索护炉工艺优化路径，对提升转炉运行稳定性、延长炉龄、降低生产风险具有重要的现实意义。

2 高钛铁水对转炉炉衬的侵蚀机理分析

2.1 钛元素氧化对炉渣性质的影响

在转炉冶炼过程中，铁水中钛元素相较于硅、钒、锰等其他元素更易被氧化，其氧化生成的产物在碱性炉渣环境中，因自身粒子半径小且静电势大，会与渣中碱性氧化物释放的离子发生结合，形成复合阴离子，这些阴离子进一步聚合为更大的阴离子团，直接导致炉渣粘度上升。与此同时，钛的氧化物还会促进渣中氧化钙、氧化镁的溶解，减少因过饱和而析出的氧化钙、氧化镁粒子数量，这一作用与阴离子团的影响共同使得在非还原气氛下，炉渣粘度随钛元素氧化产物含量增加而持续增大，最终造成炉渣难以充分化透，转炉终点出现钢与渣无法有效分离的现象[1]。

2.2 炉渣熔点变化对炉衬的影响

炉渣中二氧化钛含量的变化对其熔点存在直接影响，这种影响在高钛铁水冶炼过程中表现尤为突出。当炉渣中二氧化钛含量每提升 1%时，炉渣的熔点会相应降低约 27℃，按照水钢转炉终渣中二氧化钛含量 4%～5% 的实际情况计算，其熔点较普通炉渣降低约 121.5^∘C∘ 炉渣熔点的大幅下降使得在溅渣护炉过程中，形成的溅渣层难以保持稳定的高温强度，在冶炼过程的温度波动及钢水、炉渣的冲刷作用下，溅渣层更容易发生软化、熔融甚至剥落。这种现象直接削弱了溅渣层对转炉炉衬的保护作用，原本依靠溅渣层隔绝炉衬与高温钢水、炉渣直接接触的防护效果减弱，炉衬直接暴露在侵蚀环境中的概率增加，从而使得护炉过程中需要应对更频繁的溅渣层损伤，整体护炉操作的复杂程度和实施难度显著上升。

2.3 钢渣不分离及渣中金属含量高的影响

钢渣不分离状态下，钢水中的金属成分无法与炉渣实现有效分离，大量金属会裹挟在炉渣中被排出，导致原本可用于炼钢的金属资源未得到充分利用，单位钢产量所需的钢铁料投入量相应增加，造成原料消耗上升。与此同时，渣中过高的金属含量会改变炉渣的物理化学性质，在溅渣护炉过程中，这些金属颗粒会干扰炉渣的流动性和附着性能，使溅渣层难以在炉衬表面形成均匀、致密且具有足够强度的保护层，原本依靠溅渣层阻隔高温钢水和炉渣对炉衬直接侵蚀的作用被削弱。炉衬表面因溅渣层覆盖不充分或易脱落而更多地暴露在高温冶炼环境中，受到钢水冲刷和化学腐蚀的程度加剧，进而加速炉衬的损耗，缩短其使用寿命，增加护炉操作的频率和难度 。

3 高钛铁水转炉护炉工艺优化策略

3.1 优化化渣过程，缓解钢渣不分离现象

（1）优化造渣制度

在造渣制度优化中，针对高钛铁水冶炼特点，第一批渣料选取低碱度、多组元且高氧化性的配方，这类渣料能增加初渣中的矿物组分种类，使初渣熔点相应降低，加快成渣速度，为后续化渣过程奠定基础。同时，采用提前造渣技术，在兑入铁水和加入废钢之前，向炉内投入部分石灰或轻烧镁球，借助铁水兑入时产生的冲击搅拌作用以及渣料自身被预热的条件，加速石灰在炉内的溶解过程，促进初期渣快速形成。通过这些操作，可使炉渣在冶炼前期就具备良好的流动性和反应活性，减少因高钛成分导致的炉渣化不透问题，从而缓解钢渣不分离的现象，为后续冶炼环节中钢与渣的有效分离创造有利条件[3]。

（2）调整供氧制度

在供氧制度优化中，冶炼前期将氧枪枪位控制在1.1m，氧气流量保持 25000m³/h ，借助较高的氧气流量和较低的枪位增强对熔池的冲击搅拌，快速提升熔池温度，为铁水中钛元素快速氧化并进入炉渣创造条件。吹炼3-7 分钟时段，枪位调整至 1.2-1.3m ，氧气流量降至23000m³/h，通过枪位升高减少对熔池的直接冲击以控制喷溅，同时适度的流量维持渣中FeO 含量处于较高水平，保持炉渣活跃性。吹炼7 分钟后，枪位提升至1.2-1.35m，氧气流量恢复至25000m³/h，此时补加含FeO 材料补充消耗的FeO，避免炉渣因FeO 不足出现返干，确保炉渣持续化透。终点阶段将枪位压至 1.0-1.1m ，压枪时间不少于 30 秒，利用这一操作使部分 FeO 得到还原，改善终渣性能，整体通过各阶段供氧参数的精准调控，促进炉渣充分化透，缓解钢渣不分离现象。

3.2 调整终渣渣系，提高溅渣护炉效果

调整终渣渣系以提高溅渣护炉效果，需将渣中 TFe 控制在 10%-15%、MgO 在 10%-12%、MnO 在 3%-5%。加入烧结返矿等酸性成渣物质，利用其含有的 SiO₂提高炉渣中酸性氧化物含量，同时借助其中的 FeO 辅助化渣；开吹及吹炼过程投入足量轻烧白云石，过氧化炉次出钢时添加少量镁质料，溅渣阶段采用含镁材料调渣，通过这些操作将渣中 MgO 含量提升至10%以上；加入 Mn 含量较高的复合材料，使渣中 MnO 含量从原有水平提高至目标范围。以转炉热平衡为核心，提高终点拉碳合格率，降低渣中 FeO 含量；通过钢包全程加盖、扩大出钢口内径、改进合金烘烤等措施降低出钢温度，减少炉渣过热度，提高炉渣熔点，综合这些调渣手段优化终渣渣系，增强溅渣护炉效果[4]。

3.3 优化溅渣工艺参数

优化溅渣工艺参数需将溅渣氮气流量控制在 280000m³/h ，同时采用“低-高-低”的溅渣枪位模式，初始阶段以低枪位进行降温处理，使炉渣温度降至适宜溅渣的范围；随后切换至高枪位，通过调整枪位让炉渣在炉内均匀分布，保证溅渣覆盖的全面性；最后将枪位压至最低，持续操作直至炉渣完全溅干，确保溅渣层能紧密附着于炉衬表面。整个溅渣过程需将时间控制在3 分钟以内，通过这样的参数设置与操作步骤，使溅渣形成的保护层具备更优的致密性和稳定性，增强对炉衬的保护作用，配合终渣渣系的优化，进一步提升溅渣护炉效果 。

4 结语

综上所述，高钛铁水对转炉炉衬的侵蚀源于钛元素氧化改变炉渣粘度、降低炉渣熔点，以及钢渣不分离和渣中金属含量高的综合作用，这就需要通过优化化渣过程、调整终渣渣系、改进溅渣工艺参数等措施，缓解炉衬侵蚀。未来可围绕高钛铁水冶炼中炉渣性质动态调控、溅渣层形成与侵蚀的微观机制开展深入研究，进一步优化工艺参数，探索适配高钛条件的新型护炉材料，以持续提升转炉运行效率与稳定性。

参考文献：

[1]华福波, 王劼, 魏福龙, 等. 转炉冶炼高钛铁水护炉工艺研究与优化[J]. 冶金标准化与质量, 2023, 61(05): 37-44.

[2]韩鹏龙, 王强, 高春群, 等. 高钛铁水生产低钛轴承钢的工艺研究[J]. 河北冶金, 2023, (07): 1-4.

[3]张静, 姜金耀, 郑少波, 等. 高钛铁水转炉脱钛研究[J]. 上海金属, 2022, 44 (05): 87-92.

[4]王劼, 华福波, 谢祥, 等. 高钛铁水转炉少渣冶炼技术研究实践[J]. 炼钢, 2022, 38 (04): 28-35.

[5]陈柏宇, 齐志宇, 朱国强, 等. 转炉冶炼高钛铁水的喷溅原因及控制[J]. 鞍钢技术, 2021, (01): 40-42.