涟钢20t转炉溅渣护炉工艺研究.doc

涟钢20t转炉溅渣护炉工艺研究周鉴摘要溅渣护炉试验结果表明:采用溅渣护炉工艺能大幅度提高炉龄,降低耐火材料消耗,提高转炉作业率,综合经济效益可观,值得推广应用。关键词溅渣护炉、氮气、炉龄Study on Process of Lining Protection by Slag-Splashat 20t Converter of Lianyuan Iron & Steel CorpZhou Jian(Lianyuan Iron & Steel Corp.)AbstractExperimental results show that adoption of LINING protection by slag-splash process can drastically extend the furnace campaign, reduce the consumption of refraetory material and improve the availability of the converter thus achieving remarkable composite economical benefits. It is worthy of being popularized.Keywordslining protection byslag-splashing nitrogenfarnace campaign1前言随着生产规模的日益扩大,市场竞争日趋激烈,提高转炉作业率降低炼钢成本,成了各转炉炼钢厂的必由之路,而提高炉衬寿命又是实现这一目标最重要的手段之一。目前,转炉溅渣护炉工艺在世界上得到广泛应用,美国的LTV钢铁公司印第安纳港钢厂转炉炉龄提高到二万次以上;我国的溅渣护炉工艺也在许多厂家得到应用,在大、中、小型转炉上都取得了非常明显的效果,宝钢300t转炉炉龄达到14001次;太钢50t转炉炉龄达到8000次以上,三明钢厂15t转炉炉龄达到7000次。涟钢三炼钢厂自80年代以来就对提高转炉炉龄作了不懈的努力,从使用镁碳砖取代焦油白云石砖,到综合优化砌炉;从喷补到富镁渣护炉,使转炉炉龄从500600次提高到1700次左右。为使转炉炉龄进一步提高,转炉分厂从1998年3月底开始对1号转炉实施溅渣护炉工艺。由于制氧机故障,1号转炉于6月30日被迫停炉,炉龄达到3473次,合格钢坯产量75020t,取得了显著的效果。2试验条件2.1转炉条件表1转炉条件序号项目主要参数及内容1转炉20t氧气顶吹转炉三座,平均出钢量23t,冶炼周期28min,装入制度为定量装入制度2氧枪三孔拉瓦尔喷头,喷头夹角10,喉口直径25mm,喷头马赫数为1.95,供氮压力0.751.05MPa3连铸二台三流保护浇注小方坯连铸机,二台四流敞开浇注小方坯连铸机,钢水全连铸4铁水Si平均为0.700%P平均为0.152%S平均为0.026%温度1250左右5钢种碳结钢、低合金钢、硅钢等2.2溅渣设备采用氮气作为溅渣气源,加压后的氮气经贮气罐、减压阀、调节阀、截止阀等通过氧枪进入转炉。2.3转炉炉衬砖尺寸及理化指标 表2镁碳砖理化指标类别MgO/%C总/%显气孔率/%体密/g.cm-3常温耐压强度/MPaMT18A76.4817.5422.9742MT14B78.3414.9833.0351表3新砌炉衬砖各部位厚度名称炉底工作层炉身工作层炉帽工作层厚度/mm525550500炉衬砖砌筑情况:熔池、耳轴部位使用MT18A镁碳砖,炉帽部位使用焦白砖,其他部位的工作层使用MT14B镁碳砖。2.4轻烧镁球的理化指标化学成分:MgO 75%灼减25%水分2%物理指标:显气孔率20%体积密度 1.62.0g/cm3 3溅渣护炉工艺3.1溅渣护炉原理该工艺系把氮气通过氧枪吹入炉膛,高速氮气流股与渣面相遇后把一部分炉渣击碎成尺寸不等的液滴向四周飞溅。由于流股的能量较高。能把熔池炉渣层击穿并形成凹坑,氮气流股遇到炉底后以一定角度形成反射气流,反射气流与渣坑表面的摩擦作用会带起一部分渣滴,使其飞到炉壁上1。通过这样的连续吹氮,炉渣温度不断下降,渣滴不断粘附在炉衬上,直至溅渣操作结束。3.2溅渣层抗侵蚀机理分析通过对溅渣护炉的液态渣样分析,炉渣熔点在1410左右,这样的炉渣只能抵抗前期炉渣对炉衬的侵蚀,但在冶炼一炉钢后仍发现有部分炉渣粘附在炉壁上,说明炉衬上粘附的炉渣仍含有一些高熔点的矿物组成,据有关资料介绍:转炉渣的矿物成分组成以硅酸三钙为主及少量的硅酸二钙。此外尚有铁酸钙、RO相(FeMnMg)O等。硅酸三钙、硅酸二钙、方镁石的熔点(2000)一般高于转炉出钢温度。RO相和铁酸钙的熔点(1280)低于出钢温度,当炉渣温度低于1600时,高熔点的矿物迅速冷却变为固相析出,低熔点的矿物仍处于液相。通过对溅渣附着层矿物成分的分析,溅渣粘附在炉壁上的炉渣主要是析出的高熔点矿物,即硅酸钙。由硅酸三钙和方镁石矿物构成的熔点很高,能耐高温并且结构强度很高。在冶炼过程中附着层不会被完全熔化,高熔点的骨架仍存在炉壁上,从而起到了保护炉衬的作用。随着溅渣的多次积累,就可以做到在渣层上炼钢,从而达到保护炉衬、提高炉龄的作用2。有关专家在研究宝钢溅渣护炉时发现,炉渣跟炉衬砖相接的很薄的一层,停炉时取样分析,熔点很高,已经无法测出,他们认为炉渣渗进砖缝及在砖的表面,跟镁碳砖起化学反应,生成了高熔点的物质,此高熔点物质在炼钢时保护了炉衬,从而提高了炉衬寿命。3.3溅渣护炉的基本条件3.3.1炉渣控制表4炉渣成分、熔点对照项目成分/%熔点/)MgOFeO初期渣9.5716.781386终渣7.4924.051410调渣后12.0924.00/根据LTV钢铁公司印第安纳港钢厂的经验,炉渣MgO含量控制在8%14%为宜3。从表4中可以看出,我厂炉渣MgO的含量基本上能够满足溅渣需要。高FeO不利于渣中固相的形成,使炉渣不易粘附。李扬州等人研究了在MgO-C砖上形成炉渣涂层的机理,认为要使渣中形成大量的C2S和C3S,使渣中固相量达到60%以上,控制渣中FeO15%或稍低一些是必要的4。我厂供溅渣用的炉渣FeO含量大大超过了15%,熔点较低,这是影响我厂溅渣护炉效果不良的最主要原因之一。3.3.2出钢温度出钢温度也是影响溅渣效果的一个主要因素,出钢温度高则炉渣温度高、氧化性强、熔点低,不易粘附在炉壁上。为解决出钢温度过高的问题,转炉分厂在1998年5月份采用低温快拉的生产组织模式,使平均出钢温度降到1700以下,大大提高了试验炉的溅渣效果。3.4溅渣方法及溅渣护炉工艺参数的确定3.4.1溅渣方法在吹炼前期加入180200kg的轻烧镁球,以提高渣中的(MgO)含量,减少炉衬的侵蚀程度。出完钢后一般不倒渣,视具体情况加500100kg的轻烧镁球调渣及降温,然后降枪吹氮溅渣,直至炉口无火星上冲时炉渣基本上都已溅到炉衬上。如果受客观条件限制还有少许渣未溅上,可摇炉挂渣。3.4.2氮气的使用压力我厂的气源压力2.0MPa,轻减压后可达到1.4MPa。根据外厂的经验,氮气的工作压力低于氧气的工作压力,但从我厂溅渣护炉情况来看,压力低溅渣效果不好,炉渣溅不到炉帽部位。在现用氧枪的条件下,我厂溅渣护炉所用氮气的工作压力为0.700.90MPa时,溅渣效果最佳。(我厂氧气的工作压力为0.750.85MPa)3.4.3溅渣吹氮时间溅渣吹氮时间主要与氮气压力成反比、与渣量和炉渣温度成正比。溅渣时间以炉渣全部溅到炉衬上去来确定,正常情况下为2.53.0min。从1号炉的统计情况来看,平均每次溅渣吹氮2.76min,整个试验期溅渣时间为41.57h。(说明:吹氮溅渣很多次都是利用间隙时间进行,有时因无渣盘,溅渣还会减少停炉时间。因此,溅渣影响炼钢时间并不多)3.4.4溅渣护炉留渣量我厂对溅渣护炉留渣量未作具体规定,正常情况下尾渣全部用作溅渣,特殊情况终渣全部留在炉内。通过一个炉役的溅渣试验,只要氮气充足,尾渣全部可以溅到炉衬上。对于渣量过多的炉次,可以先倒出一部分渣,予留渣量以1.5t为宜。(各厂应根据炉子的大小情况来确定)3.4.5溅渣频数及氮气用量由于制氧车间供我厂溅渣护炉用的氮气只能满足三炉溅渣一次,所以我厂规定除贴补炉少溅渣一次外,其他正常情况每三炉平均溅渣一次,不能真正做到炉况差时多溅渣,这些都影响了溅渣效果。根据试验记录统计,从3月31日开始溅渣,到6月13日止,共溅渣907次,累计消耗氮气148229Nm3,平均每次耗用量为163.4Nm3。3.4.6溅渣时枪位的控制在溅渣过程中,枪位过高,气流的冲击面积大,射流穿透渣层后的动能不足,炉渣冲不到炉身上部;枪位过低,气流冲击面积小,不利于炉衬的均匀挂渣。参考外厂的经验,刚开始我们要求摇炉工将氧枪压至下限位,通过几天的观察,发现溅渣效果不是很理想,后来根据多次尝试,摸索出比较理想的枪位控制方法,即:先将氧枪压至下限位吹1min左右,再将氧枪在01000mm的范围内操作氧枪,直至溅渣结束,我厂在这样的枪位溅渣效果最佳。 4溅渣效果4.1提高炉龄,降低耐火材料的消耗表5不同条件下炉龄及镁碳砖单耗比较序号时间炉龄炉镁碳砖单耗kg.t-1钢备注11997.1511932.25人工补炉护炉21998.1417091.54增加富镁渣护炉31998.3.266.1334730.77溅渣护炉从表5中可以看出,采用溅渣护炉工艺后,炉龄有了大幅度的提高,比采用人工补炉护炉炉龄提高了2280次,提高率为191%;比采用富镁渣护炉炉龄提高了1764次,提高率为103%。镁碳砖消耗由原来的2.25kg/t钢降到0.77kg/t钢。炉龄的提高也降低了其他修炉材料及设备维修等项目的费用。如果不是因为制氧机故障被迫停炉,炉龄的提高还有相当大的潜力可挖。4.2减少补炉次数,降低补炉材料的消耗 表6补炉情况比较炉座时间贴补圈数补炉底次数贴砖小补炉备注1231998.4.11998.5.313540411115132641.1号炉是试验炉2.因2号炉年检,时间只算到5月31日从表6中可以看出1号炉(试验炉)比2号、3号炉少贴补5.5圈,少补炉底4次,贴砖小补炉少3次,补炉砖及补炉料减少了70t以上。在正常情况下,补炉一般是按计划执行,炉前常因补得太实不易操作,因此,试验炉在现有条件下还可以少补炉。4.3提高转炉作业率,增加炼钢产量试验炉因提高了炉龄,减少了补炉次数,所以节省了炉役检修时间和补炉时间,考虑到试验炉因吹氮溅渣减少了炼钢时间,试验炉役增加的炼钢时间约在50h以上,因此提高了转炉作业率。 表7合格钢坯产量比较炉座时间钢产量/t备注1231998.4.11998.5.31580025313655872因2号炉年检,时间只算到5月31日1号炉在4、5两个月合格钢坯产量比2号、3号炉平均产量增加3498t,增产幅度较大。4.4溅渣护炉后侵蚀速度减慢,炉衬侵蚀比较均匀通过试验炉一个炉役的溅渣护炉,炉形比较规整,炉衬没有明显的缺陷部位,炉渣对炉衬的侵蚀速度减慢,且侵蚀比较均匀。从拆炉情况来看,镁碳砖最薄的部位(耳轴)还有180mm厚,最大侵蚀速度为0.106mm/炉,预计如果不是其他原因被迫下炉,试验炉理论上还可冶炼1000次以上。 5对冶炼工艺和钢质量的影响在1号炉一个炉役的试验过程中,未出现炉底上涨的情况,这可能与我厂的氮量不足,溅渣次数少有关。溅渣后炼钢的第一炉渣量比正常炉次大,炉渣的流动性较差,给操作上带来困难,摇炉工稍不注意就会出现喷溅。在铁水Si含量偏高的情况下;粘枪、粘烟罩较为严重。对于这个问题,我们可以从改善操作方式、合理控制供氧及造渣制度、加强摇炉工的责任心和提高摇炉工的操作水平来解决。吹氮溅渣对钢的质量及钢中含N量的影响,根据太钢等吹氮溅渣的厂家取样分析,吹氮溅渣对转炉去除P、S没有什么影响,钢坯中N含量增加很少,对钢材质量基本上没有什么影响。6存在的问题及努力的方向(1)试验过程中氮气量供应不足,不能满足溅渣护炉的正常需要,公司已开始上二期工程,解决制氮能力、贮氮能力不足及管道的改建,满足三座转炉同时溅渣的要求。(2)炉渣中FeO含量过高、炉渣熔点较低,我厂准备从高拉碳、减少后吹等操作工艺及考虑试用炉渣改质剂等方面入手,将炉渣中FeO含量降到15%左右。(3)溅渣后粘枪、喷溅较严重,针对这一特点,供氧及造渣制度要作适当调整。(4)出钢温度仍然偏高,我厂已在加大出钢口内径、红包出钢、加大中间包水口等方面作出了不少成绩,今后主要从改善钢水的流动性及在线烘烤等方面努力,进一步降低出钢温度。(5)在炉役后期,由于炉龄较高,出现了一些设备故障,今后必须加强设备维护及必要的改进,使其能与炉龄提高同步。7结语(1)溅渣护炉经济效益显著,试验炉的吨钢综合经济效益比采用富镁渣护炉增加8.00元,应积极推广应用。(2)溅渣护炉能大幅度提高炉龄,试验炉炉龄达到3473次,比采用富镁渣护炉提高1764次。(3)溅渣护炉能大大降低耐火材料的消耗,试验炉吨钢降低耐火材料成本4.12元。(4)溅渣护炉能增加炼钢时间,提