转炉溅渣护炉技术在攀钢的应用陈鹏.doc

2006年全国炼钢学术会议转炉溅渣护炉技术在攀钢的应用摘要：本文介绍了攀钢120t 转炉溅渣护炉的相关设备,以及含钒钛半钢(铁水)条件下炉渣性质的研究, 确定了攀钢溅渣护炉的终渣成分及溅渣护炉的相关参数.关键词： 溅渣护炉 半钢 转炉APPLICATION OF SPLASHING SLAG IN CONVERTER AT PZH STEEL CHEN Peng (Vanadium Recovery and steelmaking Plant of PZH Steel,Panzhihua617062,Sichuan China)Abstract:The devices of the slag splashing for steelmaking in 120t converter at PZH steel and the study of slag splashing under containing vanadium and titanium oxides(molten iron) were introduced,It cofirmed the end element and interrelated parameter of the slag splashingAt PZH steel.Key Words:slag splashing;slag;converter1 引言转炉溅渣技术是美国LTV钢铁公司开发出的一项新技术。采用溅渣护炉技术能大幅度提高转炉炉龄、降低耐火材料消耗、提高作业率、降低生产成本。这项技术自问世以来，国内外的许多转炉钢厂都相继采用并结合自身的特点加以发展。攀钢转炉采用含钒钛铁水提钒后的半钢为原料进行炼钢，钢渣中含V、Ti氧化物。因此攀钢在半钢炼钢、钒钛钢渣及细长形炉型条件下进行溅渣护炉，无国内外的经验借鉴。从1997年开始，通过对钒钛钢渣性质的研究、造渣工艺的改进、终点控制制度、吹氮溅渣参数的研究，攀钢成功解决了钒钛钢渣的抗侵蚀难题，开发出半钢炼钢及钒钛钢渣条件下的溅渣护炉工艺，使攀钢转炉炉龄2002年达到了10048炉，创攀钢最高炉龄纪录。目前攀钢的炉龄平均保持在8000炉以上，溅渣护炉技术取得了实质性的成效。2 设备2.1 转炉攀钢炼钢厂老区现有3座炼钢转炉，公称容量120t。炉体外径6670mm，外形高度9750mm，炉口结构为水冷炉口。炉子采用镁碳砖作炉衬，开新炉时炉膛直径4450mm，高度7920mm，炉容比0.86m3t。2.2 氧枪冶炼采用大流量氧枪喷头（535型）供氧，溅渣与吹炼采用同一只枪。氧枪喷头参数如表1。表1 攀钢炼钢及溅渣用氧枪喷头参数孔数喉口直径/mm出口直径/mm喷孔夹角马赫数 5 3546.4 14152.062.3 溅渣用供氮系统攀钢于97年初开始对溅渣护炉供氮系统进行技术改造，改造的主要内容有：增加一座650m3储罐用于储存氮气，将原来的两座120m3中压氧气储罐作为中压氮气储罐；增设中压氮气储罐至炼钢厂之间的输送管道；增加两台中压氮压机；增设从中压氮压机至氮气储罐的氮气输送管道；每座转炉设一个手动氮气截止阀，每支氧枪前设置一个调节阀、一个快速切断阀和一个放散阀，氮氧切换控制系统纳入转炉基础自动化。2.4 底吹系统底吹供气系统的改造工作于1996年年底开始，1#、2#、3#转炉分别于1997年1月、6月、7月改造完毕。改造的主要内容有：加大供气系统管道的管径，从而增大气体的通过能力，改造后的底吹供气系统可达到0.10Nm3/min.t的供气强度；将底吹控制系统纳入转炉基础自动化，使冶炼过程的底部供气量按所给模式自动调节。3 铁水条件及冶炼钢种3.1 半钢（铁水）攀钢以半钢炼钢为主，其成份、温度如表2。表2 入转炉半钢（铁水）成份、温度.注:2006年5月份统计元素C/Mn/P/S/V/Ti/温度/平均3.700.110.0650.0350.060.041309范围2.804.600.060.260.0480.0810.0020.0680.020.310.0202 造渣材料攀钢目前半钢冶炼采用的造渣材料主要有活性石灰、高镁石灰、复合造渣剂等（成份见表3）。表3 转炉炼钢用造渣材料成份 %SiO2.%CaO.%MgO.%P.%S.%活性度/ml活性石灰0.801.5585.4795.161.071.550.010.05320轻烧白云石0.271.2046.0455.5033.1136.190.100.10复合造渣剂43.0055.0015.2222.000.100.103.3 炉衬砖炉衬砖为镁碳材质，其理化指标见表4。表4 攀钢转炉用镁碳砖理化指标显气孔率，%体积密度，g/cm3常温耐压强度，MPaMgO，%TC，%1.23.72.963.0335.041.975.4483.8113.1218.183.4 冶炼钢种攀钢转炉目前采用全连铸，增碳法冶炼工艺。钢种主要有重轨、车轴、超深冲钢、低碳铝镇静钢、大梁板钢、管线钢及Q系列普碳钢等，出钢温度为1655-1700。 4 钒钛钢渣性质的研究4.1 攀钢含钒钛转炉钢渣的成份特征攀钢的转炉终渣成份见表5。由表可见：攀钢的转炉终渣为高TFe钒钛钢渣，TFe含量在22%左右，V2O5+TiO2含量为2%左右。由于含钒钛铁水具有高P，高S,温低，硅低，碳含量波动比较大的特点，因此造成终渣成分的不稳定性，给溅渣护炉带来一定的技术难题。表5 攀钢转炉冶炼钢渣成份（%）注：2006年5月份统计钢 种SiO2,%CaO,%MgO,%Al2O2,%TFe,%V2O5,%TiO2,%（16炉）9.3236.229.843.3020.171.181.174.2 攀钢传统钒钛转炉钢渣的熔化特性以熔点炉所测半球点作为炉渣熔点的量度，即熔化性温度。测试结果见图1，由图可见：钒钛钢渣和图1 攀钢转炉终渣熔化特性普通转炉渣一样，熔点一般低于1400，半球点到全熔温度区间很窄，为短渣行为。据文献1表明：普通转炉渣V2O5含量每增加1%,熔化性温度平均要下降27左右. 4.3含钒钛转炉钢渣扫描电镜分析为了从物相结构上找出V2O5对钢渣熔化性温度的影响原因，进行了扫描电镜分析，结果见表6。由表可见，V2O5、TiO2主要存在于铁酸盐相中。 表6 攀钢钒渣的扫描电镜能谱分析结果（%）物相Mg,%Ca,%Mn,%Si,%Fe,%Al,%Ti,%V,%硅酸二钙0.4369.930.0323.304.000.840.290.08铁酸二钙0.5251.300.312.4135.324.993.711.44硅酸三钙-74.75-21.33.85-RO相16.0346.386.112.4718.660.000.00.00自由CaO8.1379.003.039.88注：TFe=20.10%，V2O5=1.59%，TiO2=0.76%。 从上述的扫描电镜分析结果表明,对于此类钒渣,由于平衡物相的高熔点相C3S+ C2S(熔点为2070-2130)含量低,低熔点相铁酸盐相比例高,铁酸一钙(CF)熔点1216,铁酸二钙熔点1450,此时RO相或高铁镁富氏体（Fe,Mg）O熔点也比较低,因此造成含钒钛炉渣熔化性温度低.4.4 含钒钛转炉钢渣中MgO的饱和值钢渣中MgO含量是溅渣护炉的重要指标之一，只有将渣中MgO含量控制在饱和值以上，才能减弱炉衬上的MgO向炉渣中的转移速度。研究表明：MgO饱和值的影响因素主要有碱度和温度，当碱度低于2时，随碱度降低，MgO的饱和值增加很快，碱度对MgO饱和值的影响大大超过了温度对MgO饱和值的影响。当碱度大于2时，温度对MgO饱和值的影响是主要因素。理论上半钢冶炼终渣中2%（V2O5+TiO2）将使MgO的饱和值增加0.4%。4.5含钒钛转炉渣的粘度用旋转圆柱法测定了含钒钛转炉渣的粘度，结果见图2。由图可见：影响炉渣粘度因素第一位的是TFe含量的高低，第二位的是MgO含量，V、Ti氧化物的作用并没有超过TFe 和MgO。从溅渣护炉出发，终渣中MgO含量均应超过饱和，这主要出于MgO是提高炉渣粘度的重要手段。例如: TFe20%的炉渣，当MgO含量为4%时，1400、1500的粘度仅为0.7Pa.s、0.1Pa.s，而将MgO含量提高至10%，1500时炉渣的粘度就可达1.0Pa.s。 图2攀钢转炉终渣粘度5 钒钛钢渣成分以及渣量的控制5.1 炉渣中TFe含量的控制 由于攀钢所炼钢种结构特殊,出钢碳低,出钢温度高,加之操作上的因素,渣中TFe含量存在一定的波动,有的炉次超过22%,因此攀钢根据自身原材料和工艺特点，研究了供氧时间温度模式对终点进行控 图3 攀钢采取措施后的钢渣氧化性制。通过此模式的实施,一次拉碳率得到提高,使得TFe含量得到降低.另外补吹时根据渣态加入一定数量的改质剂来调整渣中TFe含量.而且根据铁水条件控制废钢的加入量，以控制深吹,如出现深吹，采用加增碳剂脱氧方法来降低渣中FTe量。使其终点C为0.04%0.05%时，渣中TFe22%，见图3。5.2 炉渣中MgO含量的控制5.2.1 冶炼过程控制根据吹炼过程中MgO的熔解受渣中MgO溶解度和渣量两个变量的影响;采用吹炼初期炉渣中MgO保持过剩状态,这不仅有利于MgO的溶解,而且也可以减缓炉渣对炉衬的化学侵蚀,减缓冶炼过程炉衬中的MgO向渣中转移.5.2.2终渣控制由于攀钢铁水热源不足,因此在操作中往往不能加够镁质造渣材料,渣中MgO含量低于8%,根据攀钢溅渣终渣MgO含量10%-12%的标准,需要对终渣进行调整.具体操作如下:1)一次拉碳炉次,可加入300500kg改质剂后出钢;二次拉碳炉次,补吹结束前20秒加入300500kg改质剂,出钢过程再次确认渣态,如果炉渣仍较,溅渣初始直接加入改质剂0300kg进行调渣。攀钢所用改质剂见表7。表7 改质剂理化指标MgO,%CaO,%SiO2,%C,%H2O,%粒度mm50。080。10。08。02。05305.3 炉渣中碱度的控制 炉渣碱度R(CaO/SiO2)的高低对初期渣的形成以及过程渣能否化透有很大 的影响,而半钢中的Si含量低,造渣的时候必须加入一定量的酸性材料以控制过程渣的碱度.在吹炼初期,熔池的温度在1300度左右,如果此时碱度过高,必然会造成大量的石灰不能熔化,石灰熔化不好,将会使前期脱磷效果降低,也会造成粘枪、烧枪.因此攀钢根据钢种的不同,前期碱度要求控制在2-3.在吹炼中后期,根据所加的造渣材料进行调整,如果碱度低,则补加活性石灰或轻烧白云石;如碱度过高,则加入复合造渣剂,以调整碱度,使终渣碱度控制在3-4,以达到溅渣所要求碱度。5.4 渣量的控制渣量是溅渣护炉的生命，没有渣量或渣量过少，溅渣护炉无从谈起。合适的留渣量应保证在炉衬表面形成足够厚度的溅渣层，并可在溅渣后对炉渣进行摇炉挂渣，将剩余的炉渣到入渣罐。留渣量过大将增加改质剂的消耗，提高溅渣护炉成本。因此对于渣量大的炉次，采用倒掉多余的炉渣后再进行溅渣，以降低调渣料的消耗。目前攀钢根据转炉公称容量以及溅渣效果，确定渣量控制在8-10t/炉。6 溅渣工艺参数6.1 吹N2溅渣参数根据攀钢特殊的转炉炉型、氧枪喷头参数、炉内留渣量，并通过大量试验，确定了合理的吹N2溅渣参数：N2总管压力：1.2MPa；N2工作压力：0.91.1MPa；溅渣枪位：距炉底0.72 m。实践表明：按以上参数实施吹N2溅渣，炉渣能溅至炉底到炉口的各个位置。6.2 吹N2溅渣操作出钢后，炉内留渣，观察炉渣的粘稠度，确定是否对炉渣状态进行调整。不需要调整的炉次，直接溅渣。需要调整的炉次，从料仓加入改质剂，以达到改变炉渣的熔化性能和降低炉渣过热度的目的。在3-4分钟的时间，通过溅渣枪位的变化，完成溅渣层与炉衬砖之间的化学烧结、机械镶嵌、冷凝粘结过程。6.3 溅渣率溅渣率，即合理溅渣的间隔炉数。目前攀钢溅渣率要求为：前期炉子（5000炉)要求炉炉溅渣,但对于剩钢炉次可以不溅渣.7 转炉溅渣护炉效果7.1转炉炉龄显著提高攀钢于1997年开始溅渣护炉技术研究，1999年第9月全面推广，当年即提高622炉，并于2000年分别突破3000炉、4000炉。2001年平均炉龄为6000余炉，比1996年未开展溅渣护炉研究的1217炉提高近5000炉。2002年达到最高炉龄10048炉。2003-2005年平均炉龄保持在8000炉以上,并且有进一步提高的条件.7.2 耐火材料消耗大幅度降低采用溅渣护炉前后，攀钢转炉的耐火材料消耗见表8。可见，耐火材料总消耗降低了62.26%。表8 溅渣护炉前后，耐火材料消耗年度炉衬砖，kg/（t钢）喷补料，kg/（t钢）扣补料，kg/（t钢）合计，kg/（t钢）19962.880.580.784.242001.150.580.710.311.607.3炼钢产能提高攀钢开展溅渣护炉前的1996年，炉龄1217炉，停炉19次，钢产量为282万吨。2000年炉龄提高至3517炉，停炉7次，钢产量首次突破350万吨。2002年停炉4次，钢产量将达到360万吨。05年停炉3次钢产量突破400万吨。产量的提高与溅渣护炉炉龄提高后，停炉次数的大幅度减少、生产安排更为方便是密不可分的。8 溅渣护炉对炼钢过程的影响8.1溅渣护炉对钢中N含量的影响对溅渣后与未溅渣的的炉次取终点钢样分析N含量，结果见表9。由表可见，吹N2溅渣后，钢中N含量没有明显变化。表9 溅渣护炉对钢中N含量的影响工 艺未溅渣溅 渣钢中N 平 均%0.00130.0012范 围%0.00070.00210.00040.00238.2经过试验，溅渣与未溅渣炉次的脱硫、脱磷无明显变化。9 存在的问题及目前的改进措施9.1炉体侵蚀速度快且不均匀通过对几个炉役的分析，从激光测厚数据显示，炉龄在1000炉以前侵蚀炉体侵蚀速度在0.35mm/炉以上,10003000炉炉体侵蚀速度在0.20mm/炉，3000炉以后炉体侵蚀速度基本保持在0.10mm/炉以下，且各部位侵蚀情况极不均匀，始终在前大面及渣线、后大面呈现薄弱环节，制约了炉龄的整体提高。从目前的情况来看主要从以下几方面进行了改进：1、提高一次拉碳率，减少倒炉次数和钢水在前大面的停留时间；2、加强炉后倒渣挂渣操作，减缓后大面侵蚀；3、在炉役中前期对薄弱环节进行预防性补炉；4、合理控制生产节奏，避免因等钢包长时间钢水对炉衬的侵蚀。9.2渣态控制不稳定受入炉条件波动，过程控制及终点控制极不稳定，主要表现在拉碳温度偏低，终点长时间补吹，炉渣TFe含量高；入炉高镁石灰质量不稳定，渣中（MgO）含量波动大，且个别炉次低于8%，严重影响了溅渣效果。主要从抓半钢质量和入炉高镁石灰质量上入手，尽可能减少波动。9.3溅渣效果有待提高渣中（MgO）含量低、炉渣