溅渣护炉的应用上交.doc

转炉的溅渣护炉操作【摘要】介绍氧气顶吹转炉溅渣护炉的理论与实践，对溅渣操作过程中出现的喷枪结瘤、炉底上涨及钢液脱磷等问题作了探讨。【关键词】溅渣枪口结瘤炉底上涨脱磷前言钢铁工业一直面临着一种压力，即在不增加投资的条件下，提高产量，降低成本。最早由新日铁奥进等人于1981年开发的转炉溅渣护炉工艺(亦称强制涂层工艺)，就是一项不需要大的投资，而且增加生产率，降低操作费用，提高炉龄的新技术。溅渣护炉工艺的基本思想是在转炉出钢后，将终渣留在炉内，然后适当调整终渣成分(主要是MgO含量)，然后高压氮气通过吹氧枪吹渣，使终渣溅起附在炉衬上(见图1)，形成炉衬的保护层，从而减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷和化学侵蚀，达到保护炉衬，大幅度提高炉龄的目的。图1溅渣示意图溅渣护炉工艺是转炉补炉方法上的根本性突破，使转炉炉龄大幅度提高，美国LTV公司1991年开发应用这项新技术并在1994年获得成功，炉龄已突破20000炉，转炉作业率由1984年的78%提高到1994年的97%，北美国家转炉炉龄平均都在5000炉以上，有6个厂已超过10000炉。我国炼钢界从1996年开发这项工作并应用在大、中、小型转炉上。宝钢于1996年末引进了美国LTV公司的溅渣（MgO）控制等工艺，使炉龄从原来的35005000炉跃升到10000炉左右。鞍钢第三炼钢厂180t复吹转炉溅渣后不更换底吹原件，炉龄从2000炉左右提高到5700炉以上。太钢二炼钢50t转炉炉龄由不溅渣平均1419次提高到1996年平均3774次，最高炉龄达8580炉，拆炉时残砖仍有200mm左右。马钢三炼钢50t转炉首次试验时在已见保险砖的情况下用溅渣护炉工艺又冶炼了800多炉，炉龄达到1800炉。小型转炉方面，南京钢厂已达2500炉水平，莱芜、济南钢厂也已超过3000炉，首钢一炼钢30t转炉最高炉龄达3361炉，平均炉龄2200炉左右。福建三明钢厂15t小转炉已达到60007000炉的水平。溅渣护炉工艺具有以下特点：.炉衬侵蚀平衡；.设备简单，投资少，收效快，劳动强度低；.减少重砌炉次数，增加炉子利用系数，提高生产率；.采用的氮气资源广，价格低；.溅渣层全面覆盖炉壁，解决耳轴处补炉难的困难，炉子寿命大幅度提高。2溅渣护炉的机理多年来，冶金工作者认为回收固体渣重新装入炉内，或者出钢时留下一些液体的转炉渣再循环会给钢铁厂节约大量费用，但是由于高氧化性的炉渣与倒入炉内的热铁水相遇时，往往会引起强烈反应，发生大喷溅甚至爆炸性反应。因此，残留炉渣的操作曾经是被禁止的。溅渣工艺是炉渣留在炉内的折衷方法，使残渣挂在转炉炉衬表面并且凝固，这样避免了冶炼下一炉钢倒入铁水时引起的爆炸反应。美国的L.Greco等人提出了溅渣理论依据。2.1转炉低熔点的炉渣矿物结构转炉渣典型化学成分如表1所示。表1转炉渣典型成分之一例成分CaOFeOSiO2MgOAl2O3P2O5S含量%38.027.015.09.01.00.60.04转炉渣矿物成分主要以铁酸二钙、铁酸镁、自由氧化钙及自由氧化镁组成。铁酸二钙及铁酸镁的熔点范围为11251260，新鲜的石灰（CaO）及氧化镁在2600也不能溶解，渣中的三氧化二铁含量愈高，炉渣以铁酸二钙及铁酸镁形式存在得越多。2.2吹氮使内衬熔渣冷却并凝固溅渣理论另一个重要依据是通过吹氮气，把残渣挂在炉膛内衬上，并把它冷却在熔点以下凝固，必要时还可加些白云石作为辅助手段。当1350左右的铁水加入炉内时，一部分已经挂在炉衬内壁上凝固的低熔点炉渣将会熔化，致使转炉开吹前就形成了液态渣。这种液态渣含有较高的CaO和MgO，因此不仅保护炉衬不受侵蚀，而且对炼钢过程有利，原因是可以提高冶炼初期渣的碱度，减轻硅氧化生成的二氧化硅对炉衬的侵蚀。铁酸二钙及铁酸镁也起到了有效的熔剂作用，当新鲜的石灰与白云石装入炉内时，就会立即熔化，有利熔炼的进行。3溅渣操作所需的设备及操作工艺过程3.1设备溅渣操作要求在相当高的压力下供应大量氮气，在工厂设计时要求每吹炼一炉钢液后(约40min），能够连续4min供应压力1.24MPa，流量为39000m3h的氮气(对Algoma250t转炉而言)。像上述条件的氮气供应通常在钢厂内是得不到的，所以需要设计增压泵及在排放时能供应符合要求的压力及流速的高压储氮容器，其中包括如下设备：.氮气入口管道及其温度/流量的测定；.在冷凝器后装备两台增压泵压缩器。.带有专门电源供电的主控制台的设备；.两氮气储存罐；.排放管道及阀门系列；.压力、流量及温度监控装置；.压缩机的远距离PLC操作及监控；.操作者站及工厂现有网络相互连接的操作控制装置；.与现有吹氧系统安全闭锁及控制的装置；.溅渣设备及吹氮装置的调试。3.2操作顺序(1)炼钢工按转炉停吹时渣中的氧含量来判断溅渣操作。吹炼低碳钢时，根据终渣中（FeO）的百分比来决定是否进行溅渣操作，即渣中（FeO）13%时可用此终渣直接喷补，若（FeO）为1217时需调整渣成分后方可溅渣操作，若（FeO）17%时此渣应弃用，否则在兑入铁水时会发生剧烈的化学反应，有产生爆炸的危险。(2)在溅渣以前必须把转炉内的钢液全部排放掉，防止粘枪。(3)倒炉及出渣过程中注意观察炉渣，若温度过高且炉渣较稀，出钢后需向炉内加轻烧镁球，提高炉渣中MgO含量，增加炉渣粘度，亦可在溅渣操作进行30s后添加含镁石灰(白云石石灰)。(4)把转炉倾动到垂直位置，选择与转炉相一致的溅渣操作屏幕，校验氮气是否充压做好溅渣操作准备工作，然后按溅渣操作钮，通过自动控制关闭氧气排放阀，并通过在屏幕上阀门的启闭情况来进行监控。(5)把吹氧枪提到选择好的枪高位置，在预定的工艺参数下开始吹氮。根据转炉炉型选择枪高及喷吹工艺，对Algoma250t转炉而言，枪高在02m，氮气流量1700039000m3h(正常氧枪高度在钢液面上2m，氧气流量为425000m3h)。(6)炼钢工通过观察渣粒从炉口弹跳情况监督溅渣过程，溅渣操作通常持续24min，但当炉口周围不存在渣粘的迹象时可以终止溅渣操作，把吹氧枪提高到原来高度，按下氮气的切断阀及关闭钮。4溅渣护炉工艺存在的问题及解决办法讨论溅渣护炉这项新技术有着不容置疑的优点，但是采用每一项新技术都会不可避免地出现一些问题，由于各个厂的实际情况不同，不同程度地存在氧枪结瘤、炉底上涨及钢水磷含量增加等问题，下面分别讨论国内外关于这方面问题的解决办法及设想。4.1氧枪结瘤氧枪结瘤是转炉溅渣护炉实践中，国内外钢铁厂普遍遇到的问题。在进行溅渣喷补前虽然也存在氧枪结瘤问题，但采用这一技术后，问题显得更为突出。由于溅渣过程氧枪被炉渣覆盖，如果转炉内残留钢水，会更加剧氧枪结瘤的程度6。美国LTV公司印地安纳港厂有效地解决了这一问题。首先，给氧枪以充足的冷却水可避免氧枪结瘤。其次，如果拆除用于吹炼钢水的热态氧枪，更换上一支冷态氧枪，安装在支架上进行溅渣喷补，可基本消除结瘤问题。上述结果表明，氧枪结瘤可能与温度或传热相关。似乎炉渣不能极好地与一支冷枪表面粘结。如果溅渣补炉过程中不存在钢水，则不会在氧枪表面形成粗糙表面，这样炉渣也不能粘附其上。喷补后，将溅渣补炉用枪停放在支架上，所形成的渣壳将会冷却与氧枪剥离，最后脱落。美国Algoma钢厂采用了两根相同的主副枪交换的办法，把喷枪结瘤减少到最小程度。其方法是主枪用于吹氧，副枪用于吹氮，副枪在转炉上方的位置由炼钢操作者来确定，正常的吹氧枪高度在钢液面上2m，而吹氮枪的高度定为02m，实践结果表明，枪位在渣液面上1.1m溅渣效果更好，可以保证转炉耳轴区溅到一定的渣量。国内各钢厂解决氧枪结瘤问题的关键是溅渣前终渣内尽可能地不留残钢。4.2炉底上涨炉底上涨是溅渣工艺不容忽视的问题，对冶炼操作十分不利。由于炉底涨高，枪位控制在较高的位置，容易造成喷溅、返干，氧枪消耗增加。采用底部搅拌技术的转炉面临着挑战。在溅渣补炉过程中，炼钢工作者必须十分小心，炉底不能盖有过量炉渣。氮气流量要很高，才可吹散转炉底部的炉渣，通过喷嘴或搅拌元件喷入的气体压力或流量也需要改变。美国印地安纳港厂的两座252t碱性氧气转炉，在炉底部使用环形风嘴，以加强熔体搅拌。该厂在炉底涨得太高时，采用减薄炉底技术7即通过增加风嘴气体的压力与流量，这种新方法是以风嘴位置为中心钻152mm的孔，然后把高氧化镁耐火材料灌浆到风嘴周围，以减少风嘴的侵蚀，因为风嘴不被炉渣包围，在不堵塞风嘴的情况下使已被侵蚀的炉底渣化(见图2)。图2风嘴示意图太钢二钢的溅渣实践表明8，吹渣时间的长短不仅影响挂渣效果的好坏，还影响到炉底的状况，吹渣时间越长，炉衬挂渣越多，但过长会使炉底、熔池面挂渣过多，造成炉底上涨。最佳吹渣时间保证在2.53.5min。酒钢炼钢厂根据不同的炉底状态，配合以不同的溅渣工艺参数9。当炉底上涨时，氧枪头与熔池液面距离为1.5m的情况下，溅渣枪位下降至1500mm，氮气喷吹压力增至0.850.90MPa，氮气流量最高达900010000Nm3h，溅渣时间2.53.5min。4.3钢水增磷根据炼钢理论和实际经验，在溅渣护炉工艺中，溅起并附着在炉衬上的熔渣成分是至关重要的，其中主要是MgO和FeO的含量。FeO含量高，熔渣流动性好，溅渣后炉渣不易挂在炉衬上。为了获得较好的护炉效果，控制冶炼过程MgO含量和调整吹渣前炉渣成分是溅渣工艺所必须的，通过加入稠渣剂使渣中MgO含量由原来的6.5%提高到8%以上，炉渣MgO含量的典型使用范围在814之间，这样既减轻了冶炼过程对炉衬砖或溅渣层的侵蚀，又能保证溅渣层有一定的MgO含量。因此高MgO炉渣操作对炼钢工作者确实是一个挑战，由于炉渣粘度增大，将给钢中磷含量带来潜在的问题。美国LTV公司印地安纳港厂铁水平均含磷量是0.075%。采取高MgO炉渣必须与整个炼钢过程相平衡的方法，对于要求严格脱磷的钢种，在保持高粘度渣的前提下降低渣中MgO含量来解决磷的问题，对于不重要的钢种，可用高MgO含量的渣，并开发了粘度比变化与加入MgO量关系的图表。美国内陆钢公司等厂家的经验值得借鉴，当铁水磷高后吹超过两次的炉次，即可放弃溅渣操作。因此选择控制磷来源较佳的方法时可考虑采取对铁水的预处理工艺，