氧化镁：延长转炉衬寿、抑制耐火材料腐蚀的关键

MgO在基本氧气炉衬里防腐蚀中的作用

基本氧气炉(BOF)耐火衬里旨在转炉运行期间提供最大炉龄可用性，满足生产要求，确保最低单位耐火材料消耗。延长BOF衬寿提升可用率，对生产率提升和单位耐火消耗降低有积极影响。

现代BOF炼钢实践中，用含金属添加树脂结合镁碳(MgO-C)砖砌筑衬里。砖采用电熔烧结高纯MgO、高纯石墨混合制造，碳含量5%-15%。转炉通常分区衬里，用不同牌号砖实现性价比最优衬里。炼钢渣旨在MgO饱和。渣溅是获取高衬寿常用做法。激光测量衬里厚度360度全覆盖。定期用MgO基喷补料维护衬里厚度/廓型。为满意履行职责，渣成分须与BOF用耐火材料相容。

BOF炼钢时因放热反应温度升高。出钢温度通常维持1660°C以上。此时炼钢渣若MgO不饱和，炼钢过程中从BOF衬里材料夺取MgO尝试饱和。此过程耗尽衬里MgO导致衬里加速磨损。为最小化MgO基耐火衬里化学磨损，必需在炼钢过程中添加富MgO材料使炼钢渣饱和甚至过饱和MgO。常用富MgO材料为烧结白云石和烧结镁石。投入BOF的MgO材料须高活性、非死烧，以便快速溶入渣中。

影响BOF衬寿的交互参数

不同厂衬寿差异源于不同工厂存在不同交互参数。这些参数涉及：(i)炼钢工艺，(ii)耐火材料性能，(iii)耐火维护实践，见图1。

图1 影响BOF衬寿的交互参数

不同参数对衬寿影响见表1。

影响BOF衬寿各参数关系见图2。

图2 影响BOF衬寿参数关系

BOF耐火材料主要磨损机制

BOF耐火材料主要磨损机制为冲击、腐蚀、热机械应力、冲蚀。虽所有参数重要，但腐蚀因耐火材料溶入渣对衬寿影响最大。BOF炼钢产生各种氧化物，经烧结石灰熔融造渣。炼钢渣具腐蚀性，持续接触转炉衬里工作面。若渣与衬里材料不相容、条件有利，则在渣接触衬里表面处发生衬里溶解。

渣化学成分多维度重要。MgO-C砖为碱性耐火材料需碱性渣，亦为脱磷所需。渣碱度比(CaO/SiO₂)取决于铁水磷含量与目标钢级，通常维持3-3.5范围。

渣理化性能极大影响炼钢工艺生产率。快速形成理化活性渣促进熔体脱硫脱磷。减少金属损失与渣中金属团块形成；进而减少衬里磨损。粘性渣物理活性差、精炼能力低，渣与金属反应减缓。此类粘性渣导致金属团块形成与渣溅射增加金属损失。常导致氧枪堵塞、炉颈生成骨架。

过高渣流动性也不利，因增加BOF衬里耐火磨损。故吹炼末期需获得碱度3-3.5、充分流动、理化活性好均质渣。

已知BOF渣化学成分与衬里破坏强度在炼钢不同阶段变化。碱度1-1.5、高氧化态(FeO达30%)渣形成期衬里破坏率最高。故吹炼初期需形成在目标温度条件下MgO最大浓度、接近饱和渣。

提高渣中MgO含量的措施

为提高渣MgO含量，必需使用含MgO熔剂。渣造渣材料消耗按原料(铁水、废钢)成分与目标渣计算确定。熔炼过程中渣样成分可能偏离计算值，样中可能有未溶解石灰块。也可能冶炼结束仍未形成目标成分渣、有害杂质未充分去除。

MgO饱和动力学与MgO-C耐火材料同含MgO熔剂渣交互作用模拟研究显示：渣中MgO含量增加显著降低砖中MgO溶入渣速率，降幅达2-2.25倍。

碱性渣亦尝试从砖溶解MgO至饱和。典型MgO饱和度渣中约8%，视BOF内温度氧化状态而定。故添加MgO(通常烧结白云石或烧结镁石形式)后，渣优先溶解衬里MgO大幅减少甚至完全不溶解(条件有利时)，从而减少BOF衬里磨损。渣化学与氧化状态温度相关，高FeO稀释碱度与渣MgO含量，高温加速动力学反应速率。

一项工业研究基于衬里MgO含量估算碱性耐火材料在渣中溶解度。通过计算渣物料衡算得出衬里过渡入渣MgO比例。研究显示：随渣MgO饱和度提高，衬里MgO溶入渣明显下降趋势。

另一溶解速率研究向熔体添加不同含MgO氧化物，测定MgO含量变化。发现FeO-CaO-SiO₂渣与烧结MgO界面形成MgO和FeO固相。

MgO材料投入量取决于出钢温度。温度越高需越高MgO%使渣饱和。1660-1680°C出钢温度下，炼钢渣MgO最好维持10%以上。

转炉添加烧结白云石其他优势：减少炼钢烧结石灰消耗。10%-12%渣MgO对粘度无显著影响。若粘度增加可用渣稀释剂控制。高MgO渣对炼钢唯一担心不利影响是脱磷变差。