转炉溅渣护炉技术：从原理、工艺控制到实践难题解析

转炉炉龄作为衡量炼钢综合技术经济水平的核心指标，其长短直接关联到生产效率与成本控制。炉衬在高温、高氧化性炉渣的持续化学侵蚀与机械冲刷下，不可避免地会发生蚀损。为了突破这一瓶颈，钢铁冶金工作者在耐火材料材质、砌筑工艺、炉衬修补技术等方面进行了不懈探索，其中，转炉溅渣护炉技术堪称一项里程碑式的进步。

这项技术诞生于20世纪70年代，但直到90年代后，随着耐火材料技术的成熟才得以大规模应用。其核心操作是在转炉出钢后，通过向残余炉渣中加入含氧化镁（MgO）的调渣剂，将其调整为具有特定黏度与高熔点（通常MgO含量为8%～14%）的炉渣，再利用顶吹氧枪喷射高速氮气流，在短短2～4分钟内将这些改性炉渣雾化并均匀喷溅涂敷于整个炉衬内壁，形成一层坚固的保护渣层。

图1 溅渣护炉示意图

溅渣护炉的原理、方式与技术价值

作用机理与实施方式

溅渣护炉的本质，是利用冶炼终渣“变废为宝”。通过调渣剂中的MgO与炉渣发生化学反应，生成一系列高熔点物相。随后，高压氮气射流（约1.0MPa）将这些高熔点渣液以极高的动能冲击并黏附在炉衬表面。当这些渣滴冷却凝固后，便形成一层可消耗的、致密的耐火保护层。在下一炉次的冶炼过程中，该保护层将作为“牺牲层”，有效抵御高温气流和新生成炉渣的侵蚀与冲刷，从而保护原始炉衬。

具体实施上，主要分为两种方式：

1. 顶吹转炉溅渣：出钢后保持炉体直立，利用顶吹氧枪系统切换为高压氮气，自上而下冲击渣池，使炉渣喷溅至炉壁。
2. 复吹转炉溅渣：将顶吹和底吹系统均切换为氮气，从上下两个方向搅动并溅射炉渣，以实现更全面的覆盖。

革命性优势

与传统的干法喷补、火焰喷补或人工砌砖等维护方式相比，溅渣护炉技术是一次理念上的飞跃。它不仅抑制了炉衬镁碳砖表面的氧化脱碳，减缓了耐材的侵蚀速率，还大幅降低了喷补料等耐火材料的消耗。其带来的经济效益与生产效益是显而易见的：减少修炉次数，显著提高转炉作业率和钢铁产量，降低工人劳动强度和操作成本。由于该技术无需大量额外投资，巧妙地化解了生产效率与生产成本之间的矛盾，因此被誉为与复吹炼钢技术并列的转炉炼钢两大核心技术。

自1991年美国LTV钢铁公司率先成功应用以来，溅渣护炉技术在全球范围内展现了惊人的效果。炉龄从几千炉次迅速提升至一万、两万甚至超过三万炉次的记录。我国自1996年引进并推广后，各大钢厂也取得了显著成就，宝钢300t转炉炉龄突破14000炉次，武钢更是创造了近30000炉次的优异成绩，技术经济指标得到根本性改善。

溅渣护炉工艺的核心影响因素

要实现理想的护炉效果，必须对工艺过程中的多个变量进行精细化控制。其中，对炉渣性质的调控是重中之重。

A. 终渣的合理选择与控制

炉渣的熔点是决定溅渣层“存活”时间的关键。影响炉渣熔点的核心化学成分包括FeO、MgO和炉渣碱度。一个基本原则是：提高渣相熔点，以增强溅渣层在高温下的稳定性，从而实现“多炉一溅”的理想目标。

• 终渣MgO含量的控制：提高终渣中MgO含量是提升炉渣熔点的直接手段。根据MgO-FeO二元系相图，增加MgO可以有效减少低熔点相的生成。在冶炼过程中，这层富含MgO的溅渣层不仅能物理隔绝侵蚀，其自身熔化后还能为炉渣提供MgO，成为一种“内循环”的造渣剂，从而降低整体成本。实践中，终渣MgO含量通常控制在9%～10%，既保证饱和度，又避免成本过高。关于调渣剂的加入时机，国内外有所不同，国内钢厂考虑到炉况波动，多在冶炼初期加入轻烧白云石等。

• 终渣FeO含量的双重作用：FeO的角色颇为微妙。一方面，较高的FeO含量能降低炉渣熔点和黏度，增强其流动性，使其更容易渗透进炉衬的微观孔隙和裂纹中，形成牢固的物理结合。但另一方面，过高的FeO会与溅渣层中的MgO反应，消耗高熔点相，从而降低溅渣层的耐火度和寿命。因此，这是一个需要权衡的参数。国内操作通常将终渣FeO含量控制在20%以下。不过，行业共识认为，只要MgO含量调整得当，FeO含量高低均可获得不错的溅渣效果。在FeO含量较低的情况下，适当降低MgO要求，反而能以更低成本实现高炉龄。

• 碱度的平衡：从耐火度角度看，较高的碱度（R=w(CaO)/w(SiO₂)）有利于生成高熔点的硅酸二钙（C₂S）和硅酸三钙（C₃S），对溅渣护炉有利。但碱度过高会给冶炼过程的脱磷、脱硫控制带来困难，并可能造成炉底上涨。因此，终渣碱度一般控制在2.h’h8～3.2的区间内较为适宜。

表1为典型转炉终渣的性质参考。

对炉渣成分的精确把控是溅渣护炉成功的基石。这不仅涉及化学成分的配比，还包括对熔点、黏度等物理性质的综合评估。要实现稳定高效的护炉效果，依赖于对每一炉终渣性质的准确分析与快速响应。这正是专业检测实验室的核心价值所在，通过高精度的化学成分分析，为现场工艺调整提供可靠的数据支持。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测炉渣成分、耐火材料性能，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

• 合理的留渣量：留渣量直接决定了溅渣层的厚度。理想的留渣量需保证能在炉衬表面形成10～20mm厚的保护层。渣量过少，氮气射流易穿透渣层，溅射效果差；渣量过大，则可能在熔池内形成浪涌，同样不利于均匀溅射，还可能导致炉口黏结。

B. 出钢温度的严格控制

出钢温度对炉龄的影响极为显著。有实验数据显示，在溅渣工艺条件下，出钢温度每降低1°C，炉龄可提高约121炉。因此，精准控制出钢温度，提高终点命中率，是最大化溅渣护炉效益的关键一环。

C. 枪位的动态调整

喷枪枪位的高低决定了溅射区域和效果。

• 高枪位：有利于炉渣的破碎与乳化，主要覆盖转炉上部区域。但枪位过高可能导致溅射点偏低，甚至冲刷已形成的保护层，并易引发炉底上涨。
• 低枪位：对渣液冲击深度大，能量集中，有利于转炉下部的溅渣，甚至可将渣滴溅至炉口。但冲击面积小，易造成液面剧烈波动。 实际操作中，常采用“前高后低”的策略，即先高枪位形成基础渣层，再降低枪位进行重点部位的补强，以达到最佳效果。

现场操作流程与效果评估

溅渣护炉的基本操作流程可概括为：

1. 留渣：出钢后，根据炉况留下全部或部分炉渣。
2. 观察与调质：观察炉渣状态，测定温度，决定是否加入调渣剂。
3. 预涂挂：适当摇炉，使炉渣初步涂挂在前后大面上。
4. 溅渣：降下喷枪至预定高度，开始吹氮，进行全面或定点溅射。
5. 结束：达到预定时间后，停止吹氮，移开喷枪。
6. 检查与出渣：检查挂渣效果，若达标则将多余炉渣倒出。

如何判断溅渣效果的好坏？两个直观指标至关重要：

• “蘑菇头”的形成：对于复吹转炉，溅渣护炉成功的一个标志是在底吹元件（透气砖）端面形成一层“蘑菇头”状的凝渣层。这个“蘑菇头”是底吹元件长寿的保障，它既能保护元件不被侵蚀，又能保证气体均匀弥散。炉役前期（如前1500炉）是“蘑菇头”形成的关键期，此时的溅渣策略需特别考究。
• 炉壁覆盖情况：直接观察溅渣层是否完整、均匀地覆盖了原有的镁碳砖表面，特别是前后大面等关键侵蚀区。

技术应用的衍生问题与对策

溅渣护炉技术在带来巨大效益的同时，也伴随着一系列新的工艺挑战。

1. 炉底上涨

• 问题：过多的炉渣在炉底停留、凝结，导致炉膛有效容积减小，甚至堵塞底吹气孔。
• 对策：精确控制溅渣时间、留渣量、氮气流量与压力。停吹后尽快出尽残渣。若上涨严重，可通过向炉底吹氧的方式进行清除。

2. 喷枪黏结

• 问题：炉渣黏附在喷枪头部，影响操作，严重时需更换喷枪。
• 对策：保证喷枪冷却水充足。使用水冷效果好的备用冷枪进行操作，其表面不易与炉渣形成牢固黏结。

3. 经济炉龄与效益的权衡

• 问题：炉龄并非越高越好。随着炉龄增加，虽然砌炉成本摊薄，但用于溅渣的氮气、调渣剂等消耗持续累加。同时，炉底上涨可能导致复吹效果变差，增加合金消耗。必须找到一个成本与效益平衡的“经济炉龄”。
• 对策：建立全面的成本核算模型，综合考虑耐材、物料、设备维护、产量增益等多方面因素，确定最优的换炉周期。

4. 复吹工艺与溅渣的兼容性难题

• 问题：溅渣护炉大幅延长了炉衬寿命，但底吹供气元件的寿命往往无法同步跟上，导致许多钢厂不得不在“长寿”与“复吹”之间做出取舍（如美国牺牲复吹，日欧牺牲溅渣）。
• 对策：这是一个世界性难题。我国武钢与钢铁研究总院等单位通过联合攻关，成功开发了复吹转炉溅渣护炉的配套技术。其核心在于：
  • 精细化炉渣控制：根据冶炼阶段和炉渣FeO含量的不同，采用不同的调渣工艺，如前期用轻烧白云石，后期采用高MgO渣操作。
  • “蘑菇头”主动构建技术：在炉役初期通过特殊造渣和热平衡控制，主动、快速地在底吹元件端面培育出保护性“蘑菇头”。
  • 新型供气元件开发：采用性能更稳定、更易维护的新型底吹供气元件。
  • 炉型与操作协同控制：通过严格控制炉膛形状和调整溅渣频率，动态调控炉底高度。

通过这些系统性的解决方案，我国在复吹转炉上成功实现了高炉龄与高效冶炼的协同，解决了这一国际性技术瓶颈。