（冶金工程专业论文）酒钢50t转炉溅渣护炉技术优化实验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 酒钢5 0 t 转炉溅渣护炉技术优化实验研究 专业：冶金工程 研究生：臧秋华 指导教师：袁守谦 摘要 本文分析了影响酒钢转炉炉衬寿命的主要因素，对溅渣护炉技术进行了优化研究。同时， 本课题还对比研究了普通氧枪喷头和旋流喷头进行溅渣护炉的效果。通过生产工艺分析、水力 学模型试验提出了提高酒钢炉龄的主要措施： ( 1 ) 影响酒钢转炉炉龄的主要因素是转炉溅渣频率 氐，生产组织不均衡；溅渣护炉所用的 氮气压力不足，影响了溅渣效果；渣中m g o 含量低，导致炉渣熔点低，对炉衬起不到有效的 伤驴作用：溅渣护炉操作工艺不规范，工艺参数不尽合理，特另u 是枪位、留渣量与其他厂有较 大的差异。 ( 2 ) 采用普通喷头和旋流喷头进行溅渣对比模拟实验，结果表明：旋流喷头有利于提高炉 帽部位的溅渣密度，采用旋流喷头结构比普通结构氧枪涨渣效果好。 ( 3 ) 影响复吹转炉溅渣护炉因素的先后次序为：顶气流量、枪位、留渣量、底气流量。酒 钢5 0 t 复吹转炉的最优化工艺参数为：顶枪气体流量1 0 0 0 0 n m 3 h ，枪位1 9 0 0 m m ，底吹气体流 量：6 0 1 2 0 n m 3 h 。 根据上述研究结论，酒钢对转炉溅渣护炉进行攻关，2 0 0 1 年1 2 月酒钢3 辑 炉炉龄首次突 破8 0 0 0 次大关。 关键词：转炉溅渣护炉实验 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学硕士论文 o p t i m u ms t u d y o f s l a gs p l a s h i n gt e c h n o l o g y t o5 0 t c o n v e r t e r sa t j i u s t e e l s p e c i a l t y ： g r a d u a t es t i i d e n t ： i n s t r u c t o r ： m e t a l m g y z a n g q i u h u a y u a n s h o u q i a n a b s t r a c t i n 口1 i sp a p e r , t h em a i nf a c t o r st h a te f f e c t i n gt h el i f eo f c o n v e r t e r s 】i 1 1 贫i nj i u q u a ni r o n & s t e e lc o w c l ea n a l y z e d , a n dt h et e c l m o l o g y o f s l a gs p l a s h i n g w a s i n v e s f i g a t 缸i nt h em e a n t i m e , t h ee f f e c t so f a a gs p l a s h i n gb e t w e e nt h e0 i d i r 坷 ) ro x y g e ns p i r a c l ea n dt h er o t a t i o n a lf l o ws p i r a c l ew 黜c o n t r a s t e d t h r o u g ha r 】l a i 曲gi np r a c t i c ea n dt h eh 灿a u l i cm o d e lt e s t , 出em a i nm e s r s t l e st di n c r e a s et h el i f eo f c o n v e r t e r sl i n e rw e r e p u t f o r v , - a r da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h em a i np r o b l e m sa f f e c t i n gt h el i f eo fl i n e ra r et h el o wf r e q u e n c yo fs l a gs p l a s h i n g , t h e u n b a l a n c e do r g a n i z a t i o ni np r o d u c t i o r l | t h eu n b a l a n c e do r g a n i z a t i o ni np r o d u c t i o n , t h eu n s u t f i c i e n t n i t r o g e np r e s s u r ea n dt h el o wq u t i t yo fm g o i ns l a gl e a d i n gt ol o w m e l t i n gp o i n to f t h es l a ga n d 如v a 虹dp r o t e c t i o nt ot h el i n e ro f 咖v d 妞a tt h es 翘l l et h n e ，n o r m a t i v ep r a c t i c ea n dw n m a s o n a b l e p a r a m e t e r si n c l u d i n gt h ep o s i t i o no fo x y g e ng u na n dt h es u i t a b l ea m o u n to fs l a gs h o u l da l s ob e c o n s i d e r e d e s p e c i a l l y ( 2 ) t h e r e s u l ti ns i m u l a t et e s ts h o w st h a ti ns l a g 剐a s h i n g , t h er o t a t i o n a lf l o w s p i r a c l ei ss u p 面o r t o t h eo r d i r l a i yo x y g e n s p i r a c l eb e c a u s e o f i t s a b i l i t y t oi n c n m s et h e s p l a s h i n gd s i 可i n t h eh i g h p o s i t i o n o f t u n n e lh e a d ( 3 ) t h eo r d e r0 f m ef a c t o r sa f f e c t i o ns l a gs p l a s h i n gi nk - b o pi st h a t ：t h ef l o wr a t eo f t o pb l o w n o x y g e n , t h ep o s i t i o no fo x y g e n - g u n , t h ea m o t m to fs l a ga n dt h ef l o wr a t eo fb o t t o mb l o w no x y g e n - o p t i m u m t e c h n i c a lp a r m l e t e m o f j i u g a n g s5 0 tk - b 0 p a r ea sf o l l o w s ：t h ea m o u n t o f t o p b l o w n o x y g e n i s1 9 0 0 r a m , t h ea m o u n to f b o t t o m o x y e n i s6 0 1 2 0 n m 3 h a c o ：u d i n g t o t h e r e s u l t a b o v e , j i u g a n g h a s t a c k l e d k e y p r o b l e m s o f s l a g s p l a s h i n ga n d i n b e c , 2 0 0 l ， t h el i f eo f n o 3c o n v e r t e rr e a c h e d8 0 0 0t i m e sf i r s t l yi nt h e h i s t o r y k e y w o r d s ：l d l h e t e c h n o l o g yo f s l a gs p l a s h i n g s t u d y 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位己 申请学位或为乓它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 小， 论文作者签名：俯和嘶日期：；舜训蚴 。 i 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保鼠送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在二各文解密后应遵守此规定) 敝作档名锵导师繇 日期：蛳j 场 j 西安建筑科技大学硕士论文 1 1 前言 转炉炉龄是转炉炼钢的项重要技术经济指标，提高转炉炉龄，可刚氐转炉炉衬消耗有 利于均衡组织生产，降低炼钢生产成本，钢的总产量也随之增加。 目前，氧气转炉炉衬署用镁碳砖，提高镁碳砖的质量是提高炉龄的基础，补、护炉工艺 是转炉提高炉龄的必备措施。由于转炉炉衬是在高温、高氧化性炉渣作用下，以0 2 0 - 0 8 0 r a m 炉的速度被侵蚀，为了保证转炉正常的生产和具有较高的寿命，在日常生产中经常性地进行 局部修补、大面积的喷补和挂补等方式对炉衬进行补炉。后来又出现了溅渣护炉方法。溅渣 护炉基本思想是在转炉出钢以后，将转炉吹炼末期的炉渣留在炉内，根据炉渣的物理状态及 化学成分( 主要是氧化铁和氧化镁的含量) ，再加 适量的稠渣剂和调节剂，使之组合成新的 高氧化镁含量的炉渣。这种渣涂敷在炉衬工作表面，可对转炉炉衬起到保护作用，粘渣在衬 砖表面的厚度刚好可以承受l 炉或2 炉的侵蚀量。这样，表面涂层可以不断更新，上炉涂 层被侵蚀后又有新的涂层补上，如此反复循环，有效地延长了原有的砖衬寿命。 酒钢5 0 吨转炉自1 9 9 6 年使用溅渣护炉技术以来，转炉炉龄一直徘徊在3 5 0 0 - 4 0 0 0 炉之 间，与全国同类型的转炉相比差距较太。影响转炉炉龄提高的因素虽然很多，但酒钢溅渣护 炉基础研究工作薄弱，溅渣工艺参数不合理是制约炉龄提高的主要因素。 本课题研究的目的就是针对酒钢溅渣护炉的实际情况，从炉渣的性能、操作制度、溅渣 的主要设备入手，通过冷态模拟试验研究，提出适合酒钢溅渣护炉的工艺制度，以期进步 提高酒钢转炉炉衬的寿命。 炉龄是转炉炼钢的项综合技术经济指标。为了提高炉龄，炼钢工作者相继对炉衬砖材质、 炉型、砌筑方法、补炉技术、冶炼工艺、溅渣技术等进行研究和开发m 。溅渣护炉技术最初 是在美国国家钢公司大潮分厂由p r a x 缸l ( 1 j 删公司材德分音d 开发的，是荤c - 氮喷吹( a o b ) - y $ o 技 术研究工作的一部分。专利权于1 9 8 3 年授予了p r a x a i n 【12 1 4 1 。国家钢公司大潮分厂和广格拉尼 西安建筑科技大学硕士论文 特城分公司都采用了该项技术但由于8 0 年代以来耐火材料供应商对所提供的产品进行了改进 耐火砖的质量得以提高，炼钢车间还采用了抗侵蚀性喷补料来延长炉衬寿命，提高转炉的作业率， 使得该项技术在当时没能进一步发展。 1 9 8 0 年初，美国曾将液态钢渣气动喷涂于转炉炉壁。直到1 9 9 1 年，u v 钢铁公司印第安 那港厂开始使用溅渣护炉技术，作为整个转炉耐：尺材料炉衬维护的一部分，以提高该厂转炉作 业周期和刚氐生产成本。到1 9 9 5 年，l t v 钢铁公司转炉炉龄技术经济指标得到了明显的改善， 并取得了很好的经济效益。使u v 钢公司在转炉耐火材料维护方面取得了巨大进步，转炉炉令 达到1 5 6 3 8 炉的当时最好记录而传统的炉令记录一般不超过2 5 0 0 炉转炉作业率由1 9 8 4 年的 7 8 提高到1 9 9 4 年的9 7 ，转炉喷补料成本下降6 6 ，其喷补料的消耗为0 3 8 k g t 。1 9 9 6 年v 钢创造的世界纪录己达到1 9 1 2 6 炉次。 v 钢公司取得成功后，几乎所有美国和加拿大的钢铁生产企业要采用溅渣护炉技术。欧 洲的钢铁生产者也逐渐看到了这一技术的优势，1 9 9 3 年，英国钢铁公司s c u n f f m r p e 厂在其首次 采用的溅渣护炉炉役中，创造了4 0 0 0 炉次的欧洲记录，其他欧洲、日本和远东的钢铁企业均派 遣工程技术人才去美国调研。 1 9 8 0 年到1 9 9 3 年期间，国外有1 9 个氧气转炉厂使用溅渣护炉技术，1 4 个工厂在美国，两 个在加拿大。此外，韩国、巴西与英国各一个。加拿大阿尔戈玛( a l g o r n a ) 钢公司有2 座2 5 0 吨转炉，在1 9 9 5 年采用溅渣护炉技术，在1 9 9 6 年底两座转炉炉龄分别达到6 2 0 0 炉次和7 1 7 7 炉次，吨钢喷补料消耗相应降低o 1 9 5 k g t 和0 2 7 7 7 k g t , 转炉耐火材料消耗也相应降低 2 0 之5 。 溅渣护炉技术就是采用高压氮气，通过氧枪或专门的吹氮用枪高速喷入炉内，使炉渣喷溅 到转炉耐火炉衬上，溅起的炉渣覆盖在炉衬内壁冷却、凝固而形成固体渣层，起到代替耐火材 料层的作用。该渣层降低转炉耐火材料损耗戡减少喷补料的消耗增加炉衬使用寿命，从而提 高转炉作业率，刚氐操作成本。该工艺己被成功的应用在出净钢水、留渣的情况下，也同时用于 钢水( 指少量) 和炉渣同时留在转炉内的情况下对于不同情况及在炉内需要覆盖的面积各异，则 所采用的方法也不尽相同m 。 溅渣护炉方法分为卧式喷枪法、卧式底吹法、立式底枪法、卧式火焰喷涂法、直立喷枪法 掣。2 1 ”。各种方法的工艺特点及优缺点等情况如表i - i 所示。从表1 1 可看出，直立氧枪法具 有投资少、见效快、易掌握、效果好等优点，易于推广应用。 2 西安建筑科技大学硕士论文 表1 - 1几种溅渣护炉方法对比 方法开发主要工艺优缺点 1 9 8 1 年，新出钢后留部分终渣，把转炉摇到( 1 ) 需专用溅渣涂敷机； 卧式喷枪法日铁广田厂水平位置将溅渣喷枪插入液渣 ( 2 ) 喷枪头部易损坏； 奥进等人开 层，吹入石灰石粉和水，液渣在冷( 3 ) 劳动条件差。 发 却的同时，喷射到耳车哇噢栌衬上。 意大利塔兰出钢后加调渣剂，先摇炉挂渣，后 ( 1 ) 不能溅渣涂敷到全部炉衬； 卧式底吹法钢厂研究开增加氮压和流量向耳轴侧炉衬溅( 2 ) 喷枪易被重磅物砸坏，也可能被沥 发 渣涂敷。青结合的衬炉砂堵塞。 利用顶底复吹转炉的扁 包用n 2 涂敷到炉壁底喷枪的压力和流量不易 立式底枪法确定( 底枪孔过大，易堵塞；过小，不 喷溅改性过的终渣。 能涂敷炉口部位的炉衬) 1 9 8 7 年。新( 1 ) 需增加氧气、氮气切换润和供氨管 直立喷枪法日铁稻富俊 利用顶吹氧枪切换氨气，喷溅经 路： 改性的终渣，涂敷在转炉炉衬上 隆等人发明( 2 ) 可远距离操作，劳动条件好。 利用高速气流的虹吸作用，用q 和丙烷燃烧产生高速：k 焰气流。气 ( 1 ) 涂敷设备体积大而笨重； 卧式火焰( 2 ) 需可燃气体 流从横卧细管喷出，产生负压，液 喷涂法 0 ) 操作人员在炉口前工作，劳动条件 渣从吸渣管上升后，被气流吹散， 差。 溅渣涂敷在炉壁上。 我国在7 0 年代就已经掌握了造粘性渣挂渣护炉技术”】f 司。1 9 9 6 年5 月，冶金部组织我国已 开展溅渣的三个厂的代表及有关专家对美国的i n l a n d 与u v 两个钢铁公司、三个炼钢厂进行 了实地考察考察中发现美方虽已取得了很大的成绩，但仍存在炉型控制不够理想在一些企业 停止复吹，对耐材、炉渣性能调节、溅渣机理研究很少等问题。包钢与l 1 v 公司达成引进意向， 同年签订了合同。这次考察确定了在我国进一步系统开发溅渣护炉技术的重点，即坚持复吹与 一3 西安建筑科技大学硕士论文 溅渣同步的技术研究：确保冶金工艺效果与系统工艺技术和相关技术研究；深入开展以渣池 动力学条件促进快速溅渣及炉渣性能调节、溅渣层蚀损机理等基础研究。 1 9 9 6 年，转炉溅渣护炉技术得至| j j 珏速推广，经过月年的实践，获得了较好的效益。溅 渣护炉的应用已经取得了初步结果。宝山钢铁公司3 0 0 t 转炉，最高炉龄已超过1 0 0 0 0 炉次： 鞍山钢铁公司9 0 t 转炉达到1 0 0 0 0 炉次以上；太原钢铁公司5 0 t 转炉炉龄已经超过8 0 0 0 炉次， 三明钢铁厂1 5 t 转炉炉龄已经超过1 0 0 0 0 炉次，武钢的转炉炉龄突破2 2 0 0 0 炉次。目自口，全 国2 1 8 座转炉中已有6 8 座采用溅渣护炉技术炉龄基本提高1 倍以上，耐火砖消耗降皓6 0 ， 补炉料消耗降低4 0 0 0 。根据各厂的实际情况采用该项技术，吨钢可获得经济效益1 2 2 元。 溅渣护炉技术在我国推广之快，发展之迅速，令世界钢铁工业瞩目。 几年来我国在推广溅渣护炉技术过程中，始终从国内转炉炼钢的特点出发，研究开发了 适宜中国应用、具有中国特点的溅渣护炉技术。国内自主开发的溅渣护炉成套技术不仅适用t o o t 以上的大型现代化转炉，也完全适用于中、小型转炉：不仅使采用普通铁水冶炼的钢厂经济效 益显著，而且使采用中磷铁水、钒钛铁水的转炉厂也可取得显著的经济效益。我国在上述领域 取得的宝贵经验，不仅丰富和发展了溅渣护炉技术，而目对世界同类钢厂具有一定的指导意义。 国内溅渣护炉技术的发展及取得的技术指标见表l 一2 。 表1 2国内溅渣护炉技术的发展 吨钢炉衬消耗吨钢补炉料消耗 公称转炉溅渣转炉 最高炉龄炉次 k 酣屯k 鲁吨 吨位座数座数 溅前溅后溅前溅后溅前溅后 大于等 2 11 5 5 0 3 81 4 0 0 10 7 40 2 6 60 _ 4 50 1 4 5 于1 0 0 5 0 9 02 82 24 0 0 08 5 8 01 5 20 - 4l mo 9 1 小于等 1 6 96 87 0 4 7 降低0 1 9降低o 5 2 于3 0 u v662 0 0 0 00 2 70 3 7 通过以上所述，可以看出，溅渣护炉是一项降低成本、提高产量的先进技术，它能够大 幅度提高转炉炉衬的使用寿命，减少转炉炼钢废物外排量，降低生产成本。溅渣护炉技术正在 世界范围内迅速推广。可以肯定地说，溅渣护炉有着广泛的应用前景。 西安建筑科技大学硕士论文 1 3 溅渣护炉理论 1 3 1 转炉溅渣护妒动力学基础理论 转炉溅渣护炉，是以高速氮气射流冲击熔池内氧化性炉渣【6 刚，让熔渣泡沫化并使其表层 温度喇氏，使熔渣中部分高熔点物质析出量增加，粘度提高，被溅起的熔渣鸯附于炉内衬砖表 面，并向衬砖表层渗透，形成较牢固物理结合型渣层。高速氮气射流与炉渣无任何化学反应， 只是以其动量将熔渣冲开并泡沫化，使熔渣溅在内衬上，故氮气射流有关参数( 驱爱压力、流量、 枪位剞氐、射流状态等谛娥渣起主导作用，因此要根据炉子大小、炉型、炉渣粘度等调整上述 参数。 在溅渣过程中如何有效的利用高速氮气射流冲击熔池艘炉渣均匀的溅射于整个转炉的炉 衬表面，是溅渣护炉的关键技术之一。溅渣效果决定予以下控制因素：熔池留渣量和渣层厚度、熔 渣的物理化学状态及炉渣的熔化温度、过热度、粘度和表面张力；喷吹氮气流量、溅渣枪位、 合适的留渣量、炉型尺寸以及喷枪参数( 喷孔夹角和喉口直径等x 为了确定合适的溅渣参数闸研 总院等单位进行了转炉溅渣动力学研罗扩2 21 ，并在国内首次提出擐渣的两种动力学机制：喷射溅 渣和浪涌溅渣。 1 3 1 1 氧枪射流特性 当高压氮气由喷嘴喷出时，它要吸收邻近缓慢运动的气体( 气体本身也起一种阻力作用) 产 生紊流，这使舌5 分超音速气流速度减弱到音速与亚音速，直至与喷头相隔一定距离的地方， 超音速楱心消失，此时整个射流都为亚音速。根据安德桑等人的研究结果【“唉型的速度或冲击 压力的分布是围绕中心线的种正态分布。但直至超音速核心段衰变之前，射流的宽展量不大。 一旦达到衰变点，射流就以1 8 2 0 。夹角扩张。而在超音速射流中，超音速射流占主导地位的 区域内吸入量比亚音速区少的多。所以超音速射流的质量流率增量在这里不再讨论。 1 3 1 上分散气泡系统 分散气泡系统通常是通过个或多个孔口，向液体中吹入气体而形成的：但在某种情况下， 通过非均质形核也能形成气泡。通过形核生成多气泡系统包括平炉炼钢法与= 页吹转炉炼钢法。 而氮气射流吹入熔渣而形成的分散气泡系统，则是射流被破碎而残留在熔渣内形成的。表征多 气泡系统的主要参数有表观速度u b s ，、空隙率或气泡滞留比eg 、单位体积的表面积s 和气泡 平均直径也。 氢佳韭褪速量 5 容器的横断面积 皇泡韭担 0 5 百硒写翮瓣 西安建筑科技大学硕士论文 分散气泡系统可分为以下三类： ( 1 ) 多气泡型气泡是分散相，熔体是连续相，滞留比eo - 1 6 5 0 2 3 3 分析与诩论 2 3 3 1 酒钢炉渣成分及其熔化温度的研究 根据m g o 饱和溶解度经验公式：“。 m g o = a + b ( s i 0 2 ) + c ( s i 0 2 ) 1 e x p ( - 1 0 3 9 1 , q + 5 5 4 7 8 ) ( 1 ) 式中：a = 7 9 8 9 一o 1 5 4 7 ( f e o ) + 0 0 0 1 2 3 2 ( f e o ) 2 b = - 0 4 3 4 7 + o 0 1 0 3 4 ( f e 0 1 c = 0 0 1 3 5 4 ( c a o ) + ( s i 0 2 ) + ( f e o ) = 1 0 0 经计算得酒钢溅渣护炉炉渣终渣( 溅前渣) 在1 7 0 0 。c 时，饱和溶解度为7 1 0 ，溅后渣m g o 饱和溶解度为6 2 1 州计算得出的m g o 饱和溶解度值考虑i v l n o 的影响) 。由此可知，酒钢终渣 m 9 0 含量为6 1 6 0 0 ，并未达到饱和，在溅渣以前必须进行调渣处理，而溅后渣己经饱和，但过 饱和度仅为0 4 。造成溅后渣m g o 饱和溶解度比终渣低的原因是溅后渣的碱度升高较大所至。 对比首钢炼钢厂炉渣m g o 含量1 2 4 2 并1 1 宝钢m g o 含量1 0 3 t 1 百言，酒钢转炉炉渣的m g o 含量是较1 氐的。特别是溅前渣m g o 含量未达到饱和，在冶炼过程中对炉衬的侵蚀是相当严重 的不利于炉衬寿命的提高。 通过对炉渣熔化湿度的测试可知：溅前渣的熔化温度平均为1 3 8 4 4 c ，溅后渣的熔化温度平 均为1 3 4 9 。 1 5 西安建筑科技大学硕士论文 将以上测得的熔化温度和炉渣成分进行回归分析，得到如下方程： t = 1 5 0 2 3 + 9 4 c m g o ) 一5 1 x ( 0 0 r f c ) + ( v a v 血n o ) 一1 6 7 r ( 2 ) 相关系数：r = 0 6 2 4 3 通过分析可以看出：t f e 和m n o 含量以及碱度r 是影响炉渣熔化温度的主要因素。化验 的7 炉渣次，溅后渣普遍较溅前渣的t f e 含量高，达到1 8 5 6 。将终渣成分查阅相图分析，其 溅前渣熔化温度比溅后渣高，这也与熔点钡4 定实验事实相符。这 目旁的发生，可能与终渣改 质剂的改质效果不佳有关或是取样的溅后渣为未溅到炉壁上的流动性较好的炉渣，其f e o 含量 较高，或是二者共同发生作用。考虑到此种原因，在溅渣过程中溅到炉壁上的调质渣的熔化性 温度应该比溅后渣要高。 溅渣层熔化温度的测定是按照常规的方澍圳q ，经过磨样、制样、测定炉渣熔化温度而得 出的。其熔化温度比溅前和溅后渣都高，达到1 5 5 2 ( 2 。但根据文科b l 报道，生产实践中溅渣层 的熔化温度应该比此温度高。 终渣中t f e ( 0 0 1 图2 - 3 终渣b 与炉渣半球温度的关系 温度( 0 c ) 图2 _ 4 不同t f e 含量的终渣熔化曲线 渣中t f e 对炉渣熔化温度的影响如图2 - 3 所示，可看出，当t f e 小于1 5 ，随渣中t f e 降低，炉渣熔化温度明显升高。当t f e 大于1 5 时，t f e 含量对终渣熔化温度影响不大。在t f e 相近时，熔化温度有时相差很大，这是由于其它成分如渣碱度、渣中m 9 0 含量等不同所造成 的。尽管如此，t f e 仍是影响终渣熔化温度的重要因素。 由图2 5 可知，渣中t f e 对炉渣熔化曲线有显著影响。渣中t f e 在2 3 2 4 - 1 5 8 2 范围内的 炉渣熔化盐线相近，炉渣熔点仅为1 3 0 0 ，从初熔到全熔的温度范围约为8 0 c 。渣中t f e 在 1 2 6 7 1 0 3 1 范围内的炉渣熔化曲线相近，炉渣熔点为1 4 5 0 ，全熔温度可达到1 6 5 0 c ，从初 熔到全熔的温度范围很大，约为3 8 0 c 。当t f e 降到6 3 7 时，炉渣熔点升高到15 5 0 。c ，温度 达到1 7 0 0 c 时炉渣尚未全熔。匕述现象可解释为：样柱熔降随温度变化的快慢，取决于低熔点 相的数量和渣的粘度。而t f e 含量的多少决定了渣中低熔相的数量。当渣中t f e 低时，低熔点 相少，高熔点固相多，炉渣熔降度随温度变化得十分缓慢，如果这种炉渣能较好得溅到炉衬上， 1 6 西安建筑科技大学硕士论文 对提高溅渣层的耐高温性和保护炉衬是非常有利的。 擞 o 嚼； 图2 - 5 f e o - m n o - m g o 图2 - 6 m g o 含量与熔点的关系 从图2 - 6 可以看出：m g o 含量小于8 时，随着m g o 含量增加，熔点呈下降趋势，在m g o 含量大于8 时，随着m g o 含量增加熔点呈上升趋势。虽然在m g o 含量小于8 时，溅渣 层熔点随m g o 含量的增加而降低，但不能因此把炉渣中m g o 含量调得过低。这是因为炉渣中 m g o 含量过低未达到饱和，会影响终渣的粘度，会溶解溅渣层和衬中的m 9 0 ，使溅渣效果变 差。对于m g o 含量划氐的过程渣，添加轻烧镁球可加快过程渣的熔化，对溅渣有利。通过对 溅渣层的侵蚀实验发现，m g o 含量增加，溅渣层的侵蚀变小，因此，应适当增加过程渣中m g o 含量，使其达到饱和或过饱和。 1 7 西安建筑科技大学硕士论文 合理控制转炉终渣，是溅渣护炉的关键。从转炉溅渣的生产实践中观察发现，对溅渣层的 侵蚀主要发生在转炉冶炼后期【1 4 】。实验室进行的溅渣层侵蚀试验结果也同样表明，溅渣层对转 炉初期渣有很强的抗蚀能力，而对转炉终渣的高温侵蚀，抵抗能力很差，转炉终渣对溅渣层的 侵蚀机理主要表现为高温熔化。因此，通过调整炉渣成分使渣层在冶炼过程中不熔化脱落而流 淌下来是延长溅渣层寿命、提高炉龄的关键所在。考虑般的出钢温度在1 6 5 0 。c 1 6 8 0 。c 之间， 那么炉渣初始流动温度应在1 5 6 0 1 6 2 0 才能满足溅渣层保护炉衬的要求。只有合理调整好 t f e 与m g o 含量，考虑彼此之间影响，才能得到最佳、最经济的溅渣护炉效果。 2 3 3 2 酒钢炉渣的矿相组成及其熔化温度的关系 试验渣样分别取自5 个炉号的转炉冶炼开吹3 5 m i n 后的初期渣、冶炼后期的终渣、为满 足溅渣要求而加入了镁质材料的改质渣及溅渣后炉内剩余的溅后渣，将渣样制成矿相试样，用 显微镜进行矿相分析研究，进行了光片、薄片的观察，对残砖溅渣层进行光片分析，并对样品 进行了拍照。从矿相结构看，酒钢溅后渣的主相为碎板条状的c 3 s 和c 2 f 。其中c 3 s 占5 5 - - 6 0 ， c 2 s 占1 5 左右，c z f 占1 3 1 5 ，其余为r o 相和m g o 颗粒。c 3 s 和c 2 s 是高熔点相，而c 2 f 是低熔点相。有些渣样中c 2 f 占的比例更大。溅前改质渣由于有的炉次碱度不高，主相为c z s 和c 2 f 。正因为溅后渣中的1 氐熔点相占的比例较大，总体上讲酒钢转炉的溅后渣的熔点是比较 低的，从取样分析看在1 3 2 5 1 3 6 7 。c 之间。这对溅渣护炉来讲是十分不利的，影响了溅渣效效 果的发挥。 ( 一) 初期渣的物理化学特点如下： ( 1 ) 初期渣碱度 r = ( c ao y ( s i 0 2 ) = 1 _ 3 1 7 ； ( 2 ) m g o 含量接近或达到饱和值( 6 7 ) ； ( 3 ) 渣中f e o 含量较低。 初期渣的矿相结构如图2 7 所示，其矿相特点如下： ( 1 ) 矿相组成几乎全部为硅酸盐结构，m g o 、f e o 等皆存在于硅酸盐相中； ( 2 ) 结晶相为亮白色长条形镁硅钙j 5 ( 3 c ao m g o 2 s i 0 2 ) ； ( 3 ) 结合相为橄榄石 c a o ( m g 、f e 、m n ) o s i 0 2 ；4 r o 相为卧f e 、m n ) o a ( - - ) 终渣 普通转炉冶炼的终渣碱度为3 o 3 7 ，渣中全铁含量在1 3 18 之间波动，m g o 含量的 波动较大3 1 3 。m g o 含量多数睛况控制在1 0 0 , 4 ，略超过其饱和溶解度。终渣矿相结构 见图2 - 8 。终渣特点如下： ( 1 ) 硅酸盐相以粗大的蓝色板条状c 3 s 为主，颗粒状c 2 s 含量较少； ( 2 ) 结合相为铁酸二钙( c 和r o 相约占总量2 5 ； ( 3 ) 结晶相为m g o ，或包裹于c 3 s 晶体中或游离于c 2 f 结合相中间。 1 8 西安建筑科技大学硕士论文 图2 7 初期渣的矿相结构 1 - - 3 c a o ( m g o 2 s i o z ) ： 2 - - c a o ( f e 、m g 、m n ) o s i 0 2 ； 3 - - ( m g 、f e 、m n ) o 图2 _ _ 8 终渣的矿相结构 1 一蓝色板条状c 3 s ：2 - - c 2 v ： 3 - - ( m g 、f e 、m n ) o ； 4 一游离和被包裹在c ，s 中的m g o ；5 - - c 2 s ( 三) 改质渣 改质渣是转炉出钢后添加少量石灰或镁质材料，调整炉渣过热度、粘度及耐火度后所形 成的炉渣。这种炉渣的成分与碱度基本与转炉终渣相同，但未熔或析出的c a o 、m g o 结晶相 则有所增加，改质渣的矿相结构如图2 - 9 图、2 1 0 、图2 一1 1 所示。其特点如下： a 硅酸盐相中c 2 f 的含量增加并生长为良好的板条状； b 出现弥散未熔的石灰、m g o 颗粒；以游离的c a o 、m g o 形式被包裹在硅酸盐或铁酸钙结 合相中间。 图2 - 9 炉号为0 2 1 0 7 9 7 溅后渣2 0 0 x ( 光片) 1 9 西安建筑科技大学硕士论文 图2 - 1 0 炉号为0 2 - 1 0 8 3 0 溅后渣l o ox ( 薄9 ) 2 0 西安建筑科技大学硕士论文 图2 _ - 1 l 改质渣的矿相结构 1 蓝色板条状c 3 s ；2 _ 喝f ；3 似g 、f e 、r a n d ； 4 游离和被包裹在c 3 s 中的m g o ；5 游离c a o ：6 _ _ c 2 s 2 3 4 终渣成分分析 根据随机选取的3 # 转炉5 0 炉炉前分析渣样成分，( 详见附录) 进行统计： a 终渣碱度为3 6 4 ，波动范围3 2 3 9 ： b 调渣后碱度为3 5 8 ，波动范围3 9 ； c 终渣中f c o 含量1 7 5 ，波动范围1 5 3 1 9 4 ； d 调渣后渣中f e o 含量1 6 4 ，波动范围1 3 4 - - 1 8 3 ； e 终渣m g o 含量6 5 8 ，波动范围6 0 5 - - 7 5 6 ； f 调渣后渣中m g o 含量7 8 6 ，波动范围7 0 5 8 ，8 7 ； g 普碳钢( q 2 3 5 ) 的终点c 含量0 0 8 ，波动范围0 0 3 - - 0 1 8 ： h 溅渣率为4 0 左右； 2 3 4 1m g o 含量对溅渣的影响 洒钢及其它厂家炉渣主要成分列于表2 - 7 。 表2 7 酒钢及其它厂家炉渣主要成分 成分 c a o s i 0 2 m g o 7 殆 c a o s i 0 2 溅前渣 4 7 5 41 4 0 16 1 61 5 73 3 9 溅后渣 4 9 0 81 1 0 56 6 l1 8 5 64 4 4 首钢一炼钢5 0 2 l1 3 6 8 1 2 _ 4 21 2 83 6 7 宝钢4 1 81 3 2 1 0 _ 31 9 43 2 2 1 西安建筑科技大学硕士论文 如上表可知，酒钢溅渣护炉溅前渣并未饱和，而溅后渣的过饱和度仅为o 4 从以上 数据可以看出：对于“溅渣护炉”的重要参数m g o 含量来讲，酒钢转炉渣与较先进的厂家 有较大差距m g o 含量偏低，比首钢平均低4 5 6 ，比宝钢平均低2 4 4 。在温度为1 6 8 5 时，首钢第二炼钢厂的终饱和溶解度为8 5 ，但经过反复对比分析认为，终渣m 9 0 含量 达到1 0 - - - 1 3 时，其溅渣效果最好p “1 m g o 含量大于8 时，随m g o 含量升高，炉渣熔点 上升。 在吹炼前期，m g o 含量小于8 的炉渣能降低炉渣的熔化温度，起到早化渣的目的。到 吹炼后期，随着渣中r 提高，m g o 饱和溶解度下降，有颗粒状的m g o 析出，使炉渣粘度 升高，所以调整m g o 使炉渣变粘，溅到炉衬上后能较好的附着在炉衬上，不至于被机械冲 刷下来，过饱和的m g o 还可阻止炉渣对炉衬的溶解侵蚀。此时，终渣附在炉衬上形成溅渣 层后，随着温度下降，溅渣层可析出m g o 小颗粒，与c 3 s 、c 2 s 构成溅渣层网络状骨架面 更耐侵蚀。 转炉初期渣碱度低，渣中的f e o 含量较高，此时m g o 的饱和溶解度很大，这对炉衬的 侵蚀是相当严重的田”】。实际上炉渣对炉衬的侵蚀也主要是前期的化学侵蚀和后期的高温冲 刷作用。所以冶炼过程中，加入含m g o 原料，应保证过程渣中的m g o 含量达到6 8 ，并 在冶炼初期加第一批料时，全部加入。由于酒钢的3 座转炉扩容为5 0 吨，铁水供应较为紧张， 废钢比高达到2 0 左右。这对含m g o 原料白云石的加入制约很大，终渣中的m g o 含量偏 低。由于废钢和生铁的加入较高，给终点的控制带来较大困难，过吹现象较为严重。从统计 的几个炉役看，终点c o 1 的比例达6 0 - - 7 0 以上，所以终点f e o 含量偏高。 由于白云石熔化降温大，考虑到昆明铜厂的经验旧，建议在冶炼初期加入第一批料时加 轻烧镁球( 或轻烧白云石) 。由于轻烧镁球m g o 含量( 7 0 以上) 般高于白云石2 倍以上， 故为达到相同的m g o ( 6 - - 8 ) 含量，轻烧镁球的加入量远低于白云石，对熔池的降温作用小 的多，有关资料介绍仅为自云石的4 0 1 1 3 6 3 这样对提高终点渣的m g o 含量和刚氐f e o 的含 量都是有好处的。提高初渣m g o 含量，会有效减少初渣对溅渣层的侵蚀，吹炼过程中石灰不 断熔化，使炉渣碱度升高，原来在炉渣中处于熔融状态的m g o 就有一部分以固念的形式析出， 结果使渣子变稠，对溅渣护炉十分有利。前期加入足够量的轻烧镁球( 或轻烧白云石) ，不但保 证了m g o 过饱和，而且使得过程渣中m g o 接近或达到饱和，很大程度上减少了炉衬上氧化镁 的损失。鉴于此，建议酒钢终渣m g o 含量控制在9 l 蕴右。具体终渣中的m g o 含量应控 制在表2 - 8 范围内1 2 ”。 表2 - 8 终渣m g o 含量( 推荐值) i 终渣_ t f e 8 - 1 41 5 2 2 2 3 - 3 0 i终渣m g o 7 - 89 1 0 1 1 1 3 2 2 西安建筑科技大学硕士论文 图2 - 1 2 酒钢转炉炉衬残砖1 0 0 x 2 3 西安建筑科技大学硕士论文 2 3 4 2 t f e 含量、m n o 含量对溅渣的影响 从化验结果可以看出，酒钢终渣中t f e 含量在1 5 以上。炉渣中f e o 含量升高，流动性 变好，利于炉渣溅起，但其粘结性能差，熔点低。f e o 与渣中c a o 生成低熔点的c 2 f ，并向炉 衬扩散。同时f e o 与砖内m g o 形成( m g o f e o ) 固溶体或镁铁尖晶石( m g o f e 2 0 3 ) ，对炉衬 起侵蚀作用。因此要严格控制后期渣f e o 含量。 出钢后调整终渣f e o 含量是通过向终渣加入含碳的改渣剂得以实现的。 如前所述，酒钢铁水中的m n 含量普遍较高，达到1 2 。根据实验室分析转炉溅后渣中 m n o 平均含量为6 3 3 左右可知，酒钢转炉终渣中的m n o 含量同样是较高的，这也是与国内 其它厂家渣系不同的特点。高m n o 渣系的炉渣总体讲是不利于溅渣护炉的，这也是由m n o 与 f e o 的相似性决定的，也就是说m n o 同样具有较好的化渣能力和降低炉渣熔点的作用。因此， 考虑到m n o 的作用，酒钢转炉终渣的氧化性是相当大的，故调渣剂降低m n o 含量的作用应加 以考虑。 2 3 4 3 留渣量 酒钢铁水中s i 含量较低，达0 3 左右，故吨铜终渣量少，造成正常溅渣护炉的困难。合 适的留渣量应保证在炉衬内表面形成足够厚度的溅渣层，并可在溅渣后对装料坝9 和出钢侧进行 摇炉挂渣，剩余的炉渣倒入渣罐。对于中、小型转炉而言p ，溅渣层厚可取3 2 0 m m 。本次 实验溅碴层厚取1 0 m m 。根据水模型实验和经验，留渣量过小不能形成足够厚度的溅渣层且不 能有效的进行摇炉挂渣。因此应规范炼钢操作，减少倒渣次数和减少倒炉时的倒渣量。 2 3 5 酒钢溅渣护妒工艺对钢水质量的影响 氧气转炉吹炼终点钢中含氮量主要决定于炉内氮气分压力，即取决于氧气纯度和倒炉次 数，还受终点温度和终点钢液含碳量影响。在课题研究中，列罚a 查与不溅渣的炉次吹炼终点钢 中氮含量、及磷硫含量取样对比分析，分别见表2 - 8 、表2 - 9 。 表2 - 8 溅渣与不溅渣的炉次吹炼终点钢液氮含量 终点钢液古氮量项目不溅渣的炉次溅渣的炉次 统计炉数( 炉)1 6 1 5 o 0 6 平均含氮量( p p m ) 2 6 o2 5 8 波动范围( p p m ) 1 2 4 41 0 - - 4 3 2 4 西安建筑科技大学硕士论文 续表2 - 8 终点钢液含氮量项目不溉渣的炉次溅渣的炉次 统计炉数( 炉)1 32 9 o - 0 8 加2 5 平均含氢量( p p m ) 1 9 o1 9 3 波动范围( p p m ) 1 4 2 71 2 2 9 统计炉数( 炉) 3 51 8 o 3 0 平均含氮量( p p m ) 1 8 41 7 2 波动范围( p p m )洲 9 , - 3 6 j 表2 - 9溅渣与不溅渣的炉次钢液硫磷含量 不溅渣的炉次溅渣的炉次 钢种 q 2 3 5q 3 4 5 高碳 q 2 3 5q 3 4 5 高碳 统计炉数( 炉)7 0 0 5 21 1 s7 0 03 51 0 0 平均含硫量( ) n 0 2 5n o l 7n 0 1 9n 0 2 5o 0 1 80 0 1 s 平均含磷量( ) o 0 2 0o 0 2 10 0 2 3o 0 1 3o m 00 0 2 1 从表2 8 可见，溅渣与不涨渣的炉次吹炼终点钢液氮含量( 平均含量和波动范围) 无差异。 也说明氯气快速切断阀严密，吹氧时氮气不会渗入氧枪，氧气的纯度没有降低。 据统计2 0 0 1 年4 月至2 0 0 1 年5 月1 3 日，溅渣前。2 3 57 0 0 炉，q 3 4 55 2 炉，高碳1 1 5 炉 溅渣后0 2 3 57 0 0 炉，q 3 4 55 2 炉，高碳1 1 5 炉，成品钢中磷和硫含量见表2 - 9 。 从表2 - 9 可见，溅渣与不溅渣的炉次典型钢种成品中磷、硫量无差异。平均吹炼终点钢液 氮含量及波动范围无差异。由于溅渣采用留渣操作，前期渣碱度比不溅渣高0 2 ，前期去磷效果 较好口“，故成品钢含磷量比不溅渣的炉次低些。 2 4 炉衬监测 从实施溅渣护炉以来，炉型的控制不十分理想。炉底上涨以及炉壁厚度不均等现象时有发 生，给生产操作带来了不利的影响。故建议在条件成熟的时候，订购一台激光测厚仪，定期测 量炉衬的蚀损速度，加强对炉衬的监测。采用激光测厚仪的好处己经在宝钢、太钢、首钢等国 一2 5 西安建筑科技大学硕士论文 内许多厂家得以体现。采用激光测厚仪，条件好的应该每天测量一次炉衬厚度，如果条件不允 许也应该至少每星期测量次，以便准确的监视炉衬各部位厚度的变化情况。根据激光测厚仪 提供的数据，合理的控制溅渣层厚度，评估溅渣的质量。对炉衬的薄弱部位应合理的控制喷补， 提高喷补料的利用率，并应控制溅渣层厚度及溅渣频率，均衡炉衬厚度。 2 5 氮气压力和流量 通过现场观察发现，在实施吹氮溅渣时，氮气的压力波动较大，很多时候压力、流量不 能达标。直接影响溅渣效果。从下面