转炉溅渣护炉技术9.doc

9什么是转炉溅渣护炉技术? 答：转炉溅渣技术是近年来开发的一种提高炉龄的新技术。它是在20世纪70年代广泛应用过的、向炉渣中加入含MgO的造渣剂造黏渣挂渣护炉技术的基础上，利用氧枪喷吹高压氮气，在24min内将出钢后留在炉内的残余炉渣喷溅涂敷在整个转炉内衬表面上，形成炉渣保护层的护炉技术。该项技术可以大幅度提高转炉炉龄，且投资少、工艺简单、经济效益显著。此项技术是由美国Praxair气体公司开发、在美国共和钢公司的GreatLakes(大湖)分厂最先应用，在大湖厂和GraniteCity厂实施后，并没有得到推广。1991年美国LTV公司的Indiana HaBOr厂用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂252t顶底复吹转炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到 037kgt钢，喷补料成本节省66，转炉作业率由1987年的 78提高到1994年的97。溅渣护炉技术能使炉衬在炉役期中相当长的时间内保持均衡，实现“永久性”炉衬。 10溅渣护炉技术的基本原理是什么?答：溅渣护炉技术的基本原理，是在转炉出钢后，调整余留终点渣成分，利用MgO含量达到饱和或过饱和的终点渣，通过高压氮气的吹溅，在炉衬表面形成一层与炉衬很好烧结附着的高熔点溅渣层，如图21所示。这个溅渣层耐蚀性较好，并可减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷，从而保护了炉衬砖，减缓其损坏程度，使得炉衬寿命得以提高。11溅渣护炉对炉渣的组成与性质有哪些要求?答：炉渣成分是指构成炉渣的各种矿物的成分，它决定了炉渣的基本性质。一般说来，初期渣的主要成分是SiO2、MnO、CaO、MgO和FeO等，随着吹炼过程进行，石灰熔化、渣量增加，使SiO2、MnO的含量逐渐降低，CaO、MgO的含量逐渐增加。13底吹对复吹转炉溅渣的影响有哪些?答：在复吹转炉溅渣过程中，由于底吹射流的介入，熔池中炉渣的搅动增强。底吹气体涌起熔渣高度与底吹气体射流搅拌能有关：v. b=2371KQT1/Vm ln (1+9.8L/P)式中v. b底吹气体射流的搅拌能，Wm3.s K喷体体积增加率，； Q底吹气体流量(标态)，m3min； TL底吹气体温度，； Vm熔池体积，m3； L熔池液体(熔渣)密度，m3min； p大气压力，Pa理论上分析增加底吹气体量Q，即增大底吹搅拌能v. b ，有利于溅渣。通过水力学模型试验能够观察到：(1)底吹气量变化对炉衬各高度溅渣量的影响不大；(2)在低枪位操作时，顶吹气流溅起的熔渣和底吹气流溅起的熔渣之间互不影响；(3)在最佳枪位时，顶吹气流和底吹气流二者的合力有利于增大溅渣量和溅渣高度；(4)超过最佳枪位时，随着枪位升高，顶吹气体射流对熔池的冲击区大，对熔渣的搅拌能下降，顶吹射流的能量一部分被底吹涌起的渣滴抵消，一部分被渣滴吸收。因此，有底吹的复吹转炉溅渣的总量略高于顶吹转炉，溅渣量主要增加在下部炉衬上。总之，在复吹转炉溅渣时，顶枪枪位、顶吹气体流量和底吹气体流量之间应有良好的配合，使渣滴有一个合适的飞溅高度。14熔渣黏度对转炉溅渣的影响如何?答：用冷态模拟研究转炉溅渣工艺，采用甘油、饱和盐水和水为介质，形成不同黏度的液体，模拟稀渣、正常渣、稠渣、黏渣进行转炉溅渣护炉实验。试验表明，介质黏度较小时，溅渣量大，因为黏度小的稀渣表面张力也小。喷射气体的能量，一部分消耗在形成渣滴的表面能上，另一部分转变为渣滴的动能，使渣溅到炉壁。试验结果表明：(1)熔渣在黏度较小时，溅渣量大；(2)稠渣难以溅到炉衬的表面上，但是流下来的量也少。因此，希望溅渣的熔渣在高温下流动性好，黏度小，随着溅渣过程中炉渣温度的降低，黏度提高，有利于溅渣。总之，合适黏度的熔渣对溅起的渣量以及快速粘结在炉衬表面是重要的因素。15终点渣成分如何控制?答：对终点渣成分进行控制是为了保证炉渣具有合适的耐 火度和黏度。影响终点渣耐火度的主要因素是MgO，TFe和碱度(CaOSiO2)。碱度和氧化铁含量是由原料和钢种决定的，其中氧化铁含量变化范围较大，波动范围是10-30。为使溅渣层有足够的耐火度，主要措施是调整渣中MeO含量。根据理论分析和国内外溅渣护炉实践，在正常的转炉终渣成分范围内，为使溅渣层有足够的耐火度，终点渣MgO含量控制范围见表21。表21 终点渣MgO含量推荐值18如何掌握溅渣时间与溅渣频率?答：溅渣时间是溅渣操作中的一个重要工艺参数，各厂应根据自己车间的生产节奏灵活掌握，目前多数厂的溅渣时间定为254min。(1)溅渣时间过短，炉渣没有得到充分的冷却和混匀，炉渣条件比较差，即使溅到炉壁上，也不能很好地挂上，起不到护炉的作用。(2)正常情况下，溅渣时间越长，炉衬挂渣越多，但也易造成炉底上涨和粘枪。(3)在留渣量较小时，会造成炉底磨损增大，炉底寿命下降。(4)在炉渣温度过低或流动性较差的时候，炉渣溅不起来，如果一味地延长溅渣时间，由于渣况不良，溅渣时间再长，也起不到溅渣的效果。反而，由于溅渣时间的延长，炉衬温度降得过低，既浪费了氮气也影响了随后的炼钢操作，同时还降低了生产效率。溅渣的频率，即合理溅渣操作的间隔炉数，是溅渣护炉的重要操作工艺参数之一。在炉役的中期过于频繁溅渣，对炉型会产生较大的影响(如炉型变小)，并延长炼钢工序作业时间，影响系统运行效率。一般应在炉役的前期就开始溅渣，可以两炉一溅，在炉衬厚度为400mm左右时保持炉炉溅渣，力争炉衬厚度保持在300-400mm之间，形成动态平衡，有利于形成“永久”炉衬。关于溅渣频率，可以概括为“前期不溅，中期两炉一溅，中后期炉炉都溅”。掌握好溅渣频率的关键是在中后期炉炉溅渣。只有在炉役中后期坚持炉炉溅渣护炉，才能使炉衬损耗最小并达到动态平衡，实现炉衬长寿的目标。19溅渣效果如何判定?答：为了有效地观察炉衬溅渣的效果，在炼钢过程的“一倒”、“二倒及出钢的过程中应不断地观察炉衬表面，对前一炉溅渣层的工作效果及砖缝暴露情况要做到详细了解。溅渣之后，也可以立即倒炉观察炉况。良好的溅渣效果，应是炉衬的内表面由上至下均匀地溅涂上一层炉渣，如果在上一炉砖缝已暴露，在溅渣后由于溅渣层的覆盖，砖缝应消失。同时在下一炉冶炼中利用各种机会，密切注意炉衬的熔损状况，为保证以后的溅渣效果打下基础。应对本厂转炉在各种不同的冶炼工艺条下，每溅渣一次后可冶炼的炉数，做到心中有数。在有条件的企业，可采用激光测距仪来定期测量炉衬的蚀损速度。20怎样进行溅渣氧枪的设计与维护?答：溅渣护炉依靠氮气射流作为动力冲击炉渣使其飞溅到炉衬内表面形成溅渣层。因此溅渣护炉要求氧枪应能保证在3min左右的溅渣时间内，使炉衬各部分形成所要求的溅渣层厚度，还要有较长的枪龄和低的氮气消耗量。如果炼钢与溅渣采用同一支氧枪，则喷头参数主要按满足炼钢工艺要求进行设计。我国中、小型转炉大多数都采用同一支氧枪进行炼钢与溅渣操作，若有必要采用专用喷枪溅渣，则应根据溅渣护炉的工艺特点，选择溅渣专用枪设计参数。氧枪的设计主要考虑以下几个方面：(1)喷头的喷孔数随着转炉容量的增加，应适当增加喷头的喷孔数，这样可以使溅渣层的厚度更均匀。喷孔数目增加会使每个喷孔的氮气流量下降，因此要与提高喷孔的马赫数结合起来考虑。溅渣用喷枪的喷孔数如表22所示，供参考。22复吹转炉溅渣护炉工艺的炉渣性质变化对底部供气元件寿命有何影响?答：复吹转炉溅渣护炉的炉渣性质变化影响底部供气元件的寿命。(1)溅渣操作中，部分炉渣被溅到炉衬上，其余则覆盖在炉底或底部供气元件上部，逐渐凝固结壳，使炉底上涨，堵塞底部供气元件。如果渣量、底部供气量以及顶枪溅渣工艺参数合理，黏度大的炉渣被底部上升气体贯穿慢慢形成弥散多孔保护渣层，或形成蘑菇头，可减缓底部供气元件蚀损的速度，起着延长底部供气元件寿命的作用。底部供气元件上面挂了一层高MgO炉渣，不仅减缓钢水冲刷；也减缓非吹炼时底部供气元件耐火材料表面温度下降和吹炼时耐火材料急剧加热造成热冲击引起的损耗。(2)后期剩余较多密度大的FeO、Fe2O3等氧化物沉落在炉底或底部供气元件上，则会发生如下反应。在不锈钢细管喷嘴上发生反应：3(Fe0)十2Cr=Cr2O3十3Fe使不锈钢细管喷嘴上形成变质带。在镁炭砖套砖上发生反应：(Fe0)+C=(CO)+Fe形成脱碳层，降低镁炭砖的强度和耐蚀性能。经过上述化学反应，破坏了底部供气元件原有性能，变成强度低的变质层，一旦被钢水熔失，造成底部供气元件的蚀损而形成喇叭口状。形成喇叭口状后，更容易被炉渣灌满而造成底部供气元件堵塞。因此，溅完后的炉渣应及时倒掉，以及在溅渣过程中，向渣中加入改渣剂降低渣中FeO含量，可以减缓渣中FeO对底部供气元件蚀损速度。23溅渣护炉操作工艺参数对底部供气元件的寿命有何影响?答：水力学模型实验表明，当采用相同的顶枪氮气流量，不同的顶枪枪位或不同顶枪喷孔与中心线夹角的喷头时，喷出的氮气流股作用在炉渣上的作用区大小、深度均不一样。(1)经过实测和计算，如图2-20所示，过低枪位或顶枪夹角较小，氮气流股冲击炉渣所形成的作用区远小于底部供气元件所在炉底的圆周区。氮气流股穿透炉渣与炉底碰撞消耗能量，作用区外缘喷溅起的炉渣指向氧枪端部，而向炉衬方向喷溅很弱。故底部供气元件垂直方向上覆盖着较厚的炉渣(现场约400-600mm)处在微动状态，仅靠底部供气元件垂直方向局部搅动。炉渣受到上、下氮气流股的冷却以及炉体散热等冷却，时间一长，微动或静止的炉渣逐渐凝固粘附在炉底上，使炉底上涨，堵塞底部供气元件。(2)过高的枪位或顶枪夹角太大，氮气流股冲击炉渣形成的作用区大，作用区外缘靠近底部供气元件所在炉底圆周区。如图2-2c所示，由于枪位高，氮气流股能量衰减，冲击力小，仅在炉渣表面上形成一个浅“盘子”形状，作用区以外的炉渣依然处在微弱波动状态。底部供气元件垂直方向覆盖较厚的炉渣(400600mm)，随着溅渣过程炉渣渐冷，容易发生整个炉底上涨，也很容易堵塞底部供气元件。(3)合适的枪位或顶枪夹角，应该是氮气流股冲击炉渣上形成的如碗状的作用区，其外缘约在底部供气元件圆周内侧一定位置，见图2-2b。在顶枪气流作用下，渣池内全部炉渣处于紊乱搅拌中，底部供气元件垂直方向上覆盖的炉渣不断更新处于“波浪”式的运动，再加上底吹气体搅拌，避免或减轻化学蚀损或冷凝炉渣堆积在炉底，引起炉底上涨及底部供气元件堵塞。24溅渣操作与喷补护炉如何协调配合?答：转炉采用溅渣护炉技术，使炉龄得到大幅度提高。但溅渣对局部被严重损毁的区域不能灵活地实施有效溅补，为了提高炉龄，还应采用溅渣和喷补相结合的工艺措施。转炉生产过程中损毁最严重的部位是渣线、耳轴部位及炉帽与炉身的连接处。进行溅渣操作时，溅渣层的厚度沿转炉衬高度方向分布是很不均匀的，在炉膛下部较厚，炉膛上部较薄。因此，用溅渣的方法可以对炉膛及渣线部位进行有效的维护。耳轴与炉帽是侵蚀最严重的部位，为使这些部位与炉身寿命同步，需采用了喷补和溅渣相结合的办法。若炉衬的碳含量过高，溅渣结合困难时，可采用先喷补一层后再进行溅渣，这样可以得到理想的溅渣层。采用喷补时，喷补料是粉状的，从而提高了固体的分散度，扩大了喷补料和炉衬的接触面积，增大了附着强度。为使喷补层和炉衬更有效地结合，在喷补料中加入结合剂，使喷补料在低温下和炉衬有较高的结合强度，到高