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江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司在1994年就引進(jìn)了90噸FUCHS電爐。在90噸電爐成功應(yīng)用多種節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上，又先后引進(jìn)了4座100噸FUCHS超高功率交流電弧爐。其電爐及后續(xù)工序采用了廢鋼預(yù)熱、泡沫渣工藝等先進(jìn)新技術(shù)，為沙鋼生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無扭控冷熱軋盤條包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線用鋼、簾線鋼等19大系列100多個(gè)品種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品提供了保障。隨著電爐煉鋼技術(shù)的不斷發(fā)展，對耐火材料提出了新的要求。
技術(shù)進(jìn)步帶動耐材升級
"一包到底"技術(shù)降低鐵水包用耐材消耗。沙鋼在1998年400m3高爐籌建期間就大膽采用"一包到底"的設(shè)計(jì)思路，采用重型汽車運(yùn)輸鐵水包，鐵水直接兌入電爐或轉(zhuǎn)爐，取消了魚雷罐車和相應(yīng)的倒包、稱量、維修系統(tǒng)，使煉鐵-煉鋼工序布置高度緊湊。2004年，"一包到底"設(shè)計(jì)思路又應(yīng)用到650萬噸鋼板系統(tǒng)工程，采用"四軸線方向一致"的設(shè)計(jì)思路，成功實(shí)現(xiàn)了鐵水包直接從高爐出鐵場接收鐵水，運(yùn)到煉鋼脫硫后直接兌入轉(zhuǎn)爐，有效地縮短了鐵水包的周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了鐵水溫降，減少了鐵水包耐材消耗。
眾所周知，耐火材料的使用效果取決于其性質(zhì)，單純的耐火材料理化指標(biāo)與實(shí)際使用效果不完全統(tǒng)一，企業(yè)要結(jié)合自身實(shí)際，找出耐火材料與生產(chǎn)工藝相匹配的性能最佳結(jié)合點(diǎn)，使耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量在使用過程中保持穩(wěn)定。沙鋼自2000年起就開始實(shí)施耐火材料整體承包管理模式，加強(qiáng)了鋼廠與耐火材料供應(yīng)商的溝通，推動了煉鋼和耐火材料的技術(shù)、管理水平提升，實(shí)現(xiàn)了供需雙羸、共同發(fā)展的愿景。鐵水包耐火材料永久層采用高鋁澆注料搗打成型，工作襯采用Al2O3-SiC-C磚，嚴(yán)格控制Al2O3、SiC、F.C含量以及顯氣孔率、體積密度、耐壓強(qiáng)度等指標(biāo)，鐵水包平均使用壽命超過1150次。
電爐高效化促進(jìn)耐材品質(zhì)提升。我國鋼鐵蓄積量相對較低，廢鋼資源遠(yuǎn)不能滿足鋼鐵生產(chǎn)快速增長的需要。隨著電爐熱裝鐵水等新技術(shù)的應(yīng)用和完善，電爐煉鋼面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，電爐煉鋼要生存和發(fā)展，就必須圍繞電爐生產(chǎn)高效化多做文章。
隨著市場對成本控制的不斷加強(qiáng)，產(chǎn)品檔次的升級，沙鋼的電爐熱裝鐵水工藝也在不斷改進(jìn)完善，電爐煉鋼廠逐步對原有電爐相關(guān)裝備和操作方法等進(jìn)行了一系列技術(shù)改造和優(yōu)化：一是開發(fā)了電爐鐵水烘爐技術(shù)，改變了以前電爐新砌爐襯采用廢鋼進(jìn)行烘爐的模式；二是開發(fā)電爐全吹煉模型，實(shí)現(xiàn)了電爐高鐵水比條件下的轉(zhuǎn)爐化生產(chǎn)；三是摸索出電爐煉鋼根據(jù)原料情況、原料價(jià)格等方面的因素綜合考慮各類原料的搭配使用，實(shí)現(xiàn)效益最大化；四是碳氧槍復(fù)吹技術(shù)的應(yīng)用，有效地屏蔽了電弧光對爐襯和爐蓋的輻射，對降低耐火材料消耗、降低噪聲、改善工作環(huán)境有較大的作用；五是對爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，延長了爐襯使用壽命；六是鋼包澆余熱態(tài)渣的回收，實(shí)現(xiàn)了熱態(tài)鋼渣循環(huán)利用。
目前，沙鋼電爐耐火材料全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。電爐爐頂采用全水冷爐頂技術(shù)，為適應(yīng)電爐小爐蓋受電極輻射、急冷急熱、鋼水和爐渣的化學(xué)侵蝕、鐵水兌入比例多等苛刻的工作環(huán)境，在電極三角區(qū)位置采用剛玉質(zhì)并添加鋼纖維的耐火燒注料整體預(yù)制爐蓋，滿足了高鐵水比條件下的生產(chǎn)需要；電爐爐襯磚使用優(yōu)質(zhì)鎂碳磚；爐底采用高CaO含F(xiàn)e2O3煅燒合成砂和高純電熔鎂砂制成的搗打料，燒結(jié)層薄且致密，熱態(tài)強(qiáng)度好，過渡帶短，易于拆除；出鋼孔耐材采用熱態(tài)更換方法，平均壽命超過180爐，解決了不能與中修爐齡同步的問題；電爐爐襯耐火材料壽命平均已超過1200爐，耐材消耗和成本逐年下降。
沙鋼電爐耐火材料使用效果及成本優(yōu)勢，得益于"供需雙方"共同發(fā)展的管理思路，雙方共同加強(qiáng)對爐襯的管理，檢測、記錄爐役后的殘磚厚度，與煉鋼操作參數(shù)對照，通過優(yōu)化電爐煉鋼操作及耐火材料采取針對性優(yōu)化材質(zhì)等措施，不斷降低生產(chǎn)成本，并提高生產(chǎn)效率。
科學(xué)管理延長精煉鋼包耐材壽命。為滿足電爐煉鋼高效化和品種鋼的冶煉要求，沙鋼精煉鋼包工作襯主要以含碳制品為主，熔池及包底采用Al2O3-MgO-C磚，渣線部位采用MgO-C磚，平均使用壽命在90次以上;鋼包透氣磚采用狹縫式剛玉鉻質(zhì)，使用壽命平均在33次以上；鋼包上水口及座磚采用剛玉鋯質(zhì)，平均使用在33次以上；下水口及滑板平均使用壽命在3.8次/套以上；出鋼孔填充鉻質(zhì)引流砂，在生產(chǎn)節(jié)奏正常情況下鋼包引流砂自開率≥99%。
沙鋼在鋼包用耐材的管理方面采取了如下措施：一是加強(qiáng)鋼包磚的質(zhì)量督查，確保工作襯的耐材質(zhì)量；二是嚴(yán)格砌筑質(zhì)量，確保磚縫符合砌筑工藝要求；三是嚴(yán)格新包烘烤質(zhì)量，確保烘透；四是嚴(yán)格精煉工藝操作，控制好精煉出鋼溫度和爐渣堿度；五是采用合理的吹氬制度，確保透氣磚透氣性良好。通過這些措施的嚴(yán)格落實(shí)，鋼包耐材壽命也在不斷延長。
連鑄坯高質(zhì)量對耐材提出高要求。現(xiàn)代煉鋼廠為適應(yīng)大批量、高品質(zhì)鋼的生產(chǎn)需求，連鑄技術(shù)已向高拉速、高生產(chǎn)率和低成本的方向發(fā)展。沙鋼90噸以上電爐車間連鑄機(jī)為5流~6流，方坯斷面150毫米×150毫米，連鑄坯熱送比達(dá)到70%以上，這就對連鑄坯的質(zhì)量提出了很高的要求。
為最大限度地延長鋼液在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間，促進(jìn)夾雜物的聚集上浮，改善中間包鋼液流動特性，沙鋼與高等院校合作設(shè)計(jì)了新的控流裝置，最大限度地降低了中間包內(nèi)夾雜物，使溫度分布均勻、各流溫差小、連鑄坯質(zhì)量明顯改善。
中間包覆蓋渣在控制連鑄坯質(zhì)量方面也發(fā)揮著重要作用，其主要功能有以下幾點(diǎn)：一是絕熱保溫，防止散熱；二是避免鋼水二次氧化；三是吸收上浮到鋼/渣界面的夾雜物。沙鋼中間包覆蓋渣采用高堿度、低Al2O3活度、低MnO+FeO含量，具有快速熔化及熔解夾雜物能力強(qiáng)的特點(diǎn)，渣中添加MgO減輕對長水口和中間包渣線的侵蝕。
中間包保溫層采用的是復(fù)合絕熱板，與傳統(tǒng)的絕熱層相比，保溫效果好，中間包包壁溫度和鋼水溫降明顯下降，有利于鋼水溫度穩(wěn)定控制；永久層采用的是高強(qiáng)度鎂鋁質(zhì)澆注料；工作層采用的是鎂質(zhì)干式料，具有施工方便、熱效率高、周轉(zhuǎn)快、使用壽命長，殘襯解體性能好以及能耗低等優(yōu)點(diǎn)；為了進(jìn)一步降低連鑄坯中的夾雜和針孔缺陷，消除低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼等生產(chǎn)過程中因水口內(nèi)壁沉積高熔點(diǎn)物而發(fā)生堵塞現(xiàn)象，滿足多爐連澆生產(chǎn)，他們使用了不吹氬防堵塞浸入式水口，連澆時(shí)間不小于8小時(shí)，滿足了潔凈鋼的生產(chǎn)要求。
技術(shù)發(fā)展帶來新的需求
近年來，電爐冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，也對耐火材料提出了新的需求和要求，主要包括以下幾個(gè)方面。
電爐：為滿足電爐高效化生產(chǎn)，增加了側(cè)壁碳氧槍和氧油燒嘴。這些噴嘴產(chǎn)生的高溫，增加了渣的氧化，對爐襯、爐頂耐火材料造成沖刷，即使采用適合熔煉周期定時(shí)調(diào)整噴嘴燃燒速率的方法來減少對爐襯耐材的侵蝕，但其對耐火材料的負(fù)面影響還是存在的，制約了爐齡的進(jìn)一步延長。電爐耐火材料如何滿足高效化生產(chǎn)要求，是需要鋼廠與耐火材料供應(yīng)商共同研究、探討、攻關(guān)的課題。
電爐底吹攪拌新技術(shù)的應(yīng)用，加劇了對爐底局部耐火材料的損毀，因而在整個(gè)爐襯使用周期內(nèi)，必須加以監(jiān)視，并進(jìn)行維護(hù)。電爐底吹供氣元件的安全使用和壽命的延長是急需要解決的難題。
電爐全吹煉技術(shù)的應(yīng)用，對爐蓋耐火材料壽命提出了新的考驗(yàn)，開發(fā)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用新的爐頂耐火材料是延長爐蓋使用壽命、降低成本的關(guān)鍵。
鋼包：在煉鋼系統(tǒng)中，精煉鋼包耐火材料成本所占的比例較大，是耐火材料消耗大戶。沙鋼鋼包壽命與國內(nèi)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)相比差距還較大,進(jìn)一步延長鋼包壽命，是保證潔凈鋼生產(chǎn)和降低耐火材料消耗的發(fā)展方向。
此外，電爐及鋼包會產(chǎn)生大量的廢鎂碳磚，廢舊耐火材料原料及再生制品的標(biāo)準(zhǔn)制定對規(guī)范行業(yè)健康有序發(fā)展，保證用戶放心安全使用，降低成本、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源意義重大。
連鑄：實(shí)施中間包熱周轉(zhuǎn)可以大幅度降低中間包耐火材料消耗。此項(xiàng)技術(shù)在國外的鋼鐵企業(yè)已有應(yīng)用，這不僅改善了非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程鋼的質(zhì)量，而且大幅度降低了耐火材料成本，減輕了工人修復(fù)勞動強(qiáng)度。沙鋼目前所使用的中間包的控流裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不適合進(jìn)行熱周轉(zhuǎn)操作。隨著精煉技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼液的化學(xué)成分和溫度的調(diào)節(jié)，雜質(zhì)元素和夾雜物去除等均在鋼包內(nèi)基本完成，中間包也朝著簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作方向發(fā)展。設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單的中間包內(nèi)腔，使用長壽命的中間包工作襯耐火材料是實(shí)施中間包耐火材料熱周轉(zhuǎn)的必要條件。