转炉喷溅现象的成因与与预防措施

天津冶金职业技术学院毕业课题转炉喷溅现象的成因与与预防措施系部专业班级学生姓名指导教师年月日I摘要溅渣护炉技术是利用MGO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣，通过高压N2的吹溅，冷却、凝固在炉衬表面上形成一层高熔点的熔渣层，并与炉衬很好地粘结附着。溅渣形成的溅渣层耐蚀性较好，同时可抑制炉衬砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温渣对炉衬砖的侵蚀冲刷，从而保护炉衬砖，降低耐火材料损耗速度，减少喷补材料消耗，同时减轻工人劳动强度，提高炉衬使用寿命，提高转炉作业率，降低生产成本。关键词溅渣护炉，冶炼工艺，发展状况，经济效益II目录摘要1转炉炉渣喷溅技术的发展和特点I11发展概况112技术特点12溅渣护炉工艺和实践221基本原理和操作方法222基本工艺参数323溅渣护炉和冶炼工艺的相互影响53溅渣护炉带来问题的成因分析631炉底上涨532喷枪粘结533设备维修问题734经济炉龄问题735经济效益的计算问题74转炉炉渣喷溅技术的预防措施741采用预压喷技术7参考文献911转炉炉渣喷溅技术的发展和特点11发展概况炉龄是转炉炼钢一项综合性技术经济指标。提高炉龄不仅可以降低耐火材料消耗，提高作业率、降低生产成本，而且有利于均衡组织生产，促进生产的良性循环。所以，大幅度提高转炉炉龄是炼钢工作者多年追求的目标。转炉炉衬工作在高温、高氧化性条件下，通常以0208MM炉的速度被侵蚀。为保证转炉正常生产和提高炉衬寿命，我国冶金工作者做了许多工作，如采用焦油白云石砖、轻烧油浸白云石砖，贴补、喷补、摇炉挂渣等措施，使炉龄逐步提高到1000炉以上；进入80年代，转炉普遍采用镁碳砖，综合砌炉，使用活性石灰造渣，改进操作，采用挂渣、喷补相结合的护炉方法，使转炉炉龄又有明显提高。溅渣护炉是近年来开发的一项提高炉龄的新技术。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂，由普莱克斯气体有限公司开发的，在大湖分厂和格棱那也特市分厂实施后，并没有得到推广。L991年，美国LTV公司的印地安那哈鲍厂1NDIANAHABOR用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂232T顶吹转炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到038KGT钢，喷补料成本节省66，转炉作业率由L984年的78提高到L994年的97。之后，美国有15家以上钢厂采用该技术，美国内陆钢公司炉龄已超过20000炉。加拿大、英国、日本等也已相继投入试验和应用。我国从L994年开始转炉溅渣护炉试验，采用和发展的速度很快。鞍钢、首钢、宝钢、武钢、太钢等一些转炉厂采用溅渣护炉技术，炉龄大幅度提高，取得了明显效果。其中，宝钢、武钢、首钢炉龄已逾万炉。2003年武钢二炼钢创造了30368炉的转炉炉龄记录。溅渣护炉是转炉护炉技术的重大进步，这项能够大幅度提高转炉炉龄、降低耐火材料消耗的技术，在我国展示了广阔的推广应用前景。12技术特点溅渣护炉的技术特点有1操作简便根据炉渣粘稠程度调整成分后，利用氧枪和自动控制系统，改供氧气为供氮气，即可降枪进行溅渣操作；22成本低充分利用了转炉高碱度终渣和制氧厂副产品氮气，加少量调渣剂如菱镁球、终渣改性料、轻烧白云石等就可实现溅渣，还可以降低吨钢石灰消耗；3时间短一般只需34MIN即可完成溅渣护炉操作，不影响正常生产；4溅渣均匀覆盖在整个炉膛内壁上，基本上不改变炉膛形状；5工人劳动强度低，无环境污染；6炉膛温度较稳定，炉衬砖无急冷急热的变化；7由于炉龄提高，节省修砌炉时间，对提高钢产量和平衡、协调生产组织有利；8由于转炉作业率和单炉产量提高，为转炉实现“二吹二”或“一吹一”生产模式创造了条件。2溅渣护炉工艺和实践21基本原理和操作方法溅渣补炉的基本原理是在转炉出钢后，调整终渣成分，并通过喷枪向渣中吹氮气，使炉渣溅起并附着在炉衬上，形成对炉衬的保护层，减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷和化学侵蚀，从而达到保护炉衬、提高炉龄的目的。图21为某厂50T转炉溅渣与未溅渣时残留炉衬对比图，两者炉龄分别为4409和1196次。按该钢厂的三段溅渣法前期不溅，中期间隔溅，后期炉溅，溅渣时炉衬最大平均侵蚀速度为0095MM炉，相当于不溅渣时侵蚀速度的13。有些厂侵蚀速度还要小，几乎趋向“零”侵蚀。溅渣后消除了渣线、耳轴部位的严重侵蚀现象，各部位侵蚀均匀，炉衬残留厚度基本接近。图21溅渣与未溅渣时残留炉衬对比图3溅渣护炉操作步骤如下1将钢出尽后留下全部或部分炉渣；2观察炉渣稀稠、温度高低，决定是否加入调渣剂，并观察炉衬侵蚀情况；3摇动炉子使炉渣涂挂到前后侧大面上；4下枪到预定高度，开始吹氮、溅渣，使炉衬全面挂上渣后，将枪停留在某一位置上，对特殊需要溅渣的地方进行溅渣；5溅渣到所需时间后，停止吹氮，移开喷枪；6检查炉衬溅渣情况，是否尚需局部喷补，如已达到要求，即可将渣出到渣罐中，溅渣操作结束。如何有效地利用高速氮气射流将炉渣均匀地喷溅在炉衬表面，是溅渣护炉的技术关键，其效果取决于（1）熔池内留渣量和渣层厚度；（2）熔渣的物化性质，包括成分、熔点、过热度、表面张力和粘度；（3）溅渣气体的动力学参数，包括喷吹压力和流量，枪位及喷枪孔数和夹角等。22基本工艺参数221熔池内的合适渣量按照国内几家钢厂溅渣实践和效果表明，渣量在100KGT较为合适。222炉渣性质1渣成分目前，转炉大都使用镁碳砖作为炉衬，减少炉衬侵蚀的重要措施是提高渣中MGO含量。当渣中MGO达到饱和时，炉衬中MGO溶解量就会减少，从而提高了炉衬寿命。渣中MGO含量与炉渣碱度有关，有的厂在终渣碱度CAOSIO2为3左右、MGO含量在8左右就可以保证MGO达到炮和。国内外转炉溅渣的MGO含量一般控制在8L4。渣中FEO含量高低对炉衬侵蚀和溅渣效果有很大影响。渣中FEO的矿物组成大多为各类低熔点铁酸盐，熔点远低于出钢温度，而且FEO含量越高，铁酸盐就越多，渣流动性就越好，对炉衬侵蚀作用加大且不容易附着在炉衬上。如果渣中FEO含量过低，又会造成转炉造渣和去除P、S困难。因此操作中必须严格控制渣中FEO含量。42炉渣粘度若炉渣粘度大，则渣稠不易溅起，溅渣量迅速下降，为了保持溅渣量，需要消耗更多的射流冲击能。此外，稠渣则在炉衬上的附着力差；粘度小，渣稀，溅渣覆盖较易，但覆盖层较薄。摇炉有挂渣流落现象，需加渣料调整，以保证炉渣粘度适当。3调渣剂溅渣层抗侵蚀能力是影响护炉效果的重要因素。抗侵蚀能力差，需要每炉溅渣，不仅增加氮气用量而且也延长冶炼周期。为此，有必要提高渣的熔化温度，以利于提高护炉效果。为此，需加入调渣剂，使炉渣改质，以满足提高熔化温度的需要。调渣剂不仅具有提高溅渣熔点的作用，还有使炉渣更容易溅起而改善溅渣的动力学条件。此外，在渣中能产生弥散固相质点，从而提高了渣与炉衬的结合能力。223氮气压力和流量高压氮气是溅渣的动力，其压力、流量直接影响溅渣效果。按照各厂溅渣经验，氮气压力一般与氧气压力接近时，可取得较好效果。由于转炉公称容量不同，所以溅渣的氮气压力、流量存在差异。224顶吹喷枪工艺参数1枪位枪位对溅渣高度有明显影响，最佳枪位应根据自身条件在实践中确定。枪位过高或过低都使溅渣量减少。较低枪位有利于转炉下部溅渣；反之对上部溅渣有利。2喷枪夹角L2喷孔夹角喷枪溅渣效果优于L45夹角喷枪。喷孔夹角为12喷枪射流与熔池接触面积小，形成冲击力大，同时产生的反向射流与水平面的夹角也大，这都有利于增加溅渣的有效覆盖面积。225复吹转炉底气对溅渣的影响溅渣护炉存在的问题之一是炉底上涨、底吹喷孔堵塞。这一问题在国内外均未得到很好解决。武钢、鞍钢在采用适当的操作工艺参数后较好地解决了炉底上涨问题。使溅渣下复吹比达到50以上，说明采用该技术可以实现高复吹比。226溅渣时间溅渣时间通常是根据炉子吨位、供气量、炉内渣量、炉渣状况及生产节奏等因素综合考虑，目前我国各钢厂一般吹氮时间为35MIN。5吹氮的目的是提供溅渣的动力，此外它还有冷却炉渣的作用。一般在吹氮的前2MIN时间内主要是冷却炉渣，因为在这段时间内炉渣还比较稀，即使溅到炉壁上也附挂不好。当吹氮到2MIN以上时，炉渣才开始大量溅起，可喷溅到炉帽处，倒炉观察时炉衬挂渣情况良好。实践中发现，溅渣时间越长，炉衬挂渣越多，但时间过长会造成炉底、熔池炉壁沾挂渣过多，造成炉底上涨，同时。溅渣时间过长会影响生产节奏。因此，溅渣时间要根据自身具体条件加以确定。23溅渣护炉和冶炼工艺的相互影响231溅渣护炉对冶炼工艺的影响1对冶炼操作的影响实践得知，由于溅渣炉底会有上涨现象，因此枪位控制要比未溅渣炉役相应提高，以避免造成喷溅、炉渣返干和增加氧气消耗量。2对钢中氮含量和质量的影响吹氮溅渣后，主要是防止阀门漏气造成吹炼终点氮含量高。通过对未装溅渣护炉设备和装溅渣护炉设备炉次的终点钢样分析，N分别为21010和21510，两者氮含量水平相当。通过对采用溅渣工艺前后轧后废品分析比较表明，用氮气溅渣对钢质量没有影响。对冶炼过程脱硫、脱磷情况抽样统计，没有发现对脱硫、磷有明显影响。232冶炼对溅渣的影响1冶炼终点温度对溅渣覆盖层的影响冶炼终点温度对溅渣覆盖层有较大的影响。温度高对溅渣不利。据统计，采用溅渣护炉技术后出钢温度每降低L，转炉炉龄可提高L20炉。2炉渣氧化性的影响终渣氧化性对溅渣覆盖层也有较大的影响。把终渣FEO控制在低限，对保护炉衬有利。3炉渣粘度渣稀侵蚀严重，渣偏稠不侵蚀而且容易挂上炉壁。4炉渣成分为提高溅渣护炉效果，应在适当的范围内，尽量提高MGO含量及终渣碱度。6233提高溅渣效果的途径目前对溅渣层与炉衬结合机理研究还很不够，对两者间是化学结合还是物理结合，或是两者都存在的看法不一，但是对进一步提高溅渣效果的途径，普遍认为1采用溅渣护护技术后，炉衬材质的性能不应降低。耐火材料成分对溅渣护炉有一定影响，其中碳含量不宜过高，对现场使用的含碳L420的镁碳砖，碳含量宜控制在下限。2进一步控制和降低渣中FEO含量。3合理调整渣中MGO含量。4提高溅渣层熔化性温度，以降低炉渣过热度。5降低出钢温度，提高终点命中率减少一次倒炉到出钢的时间，合理匹配转炉操作工序。3溅渣护炉带来的问题成因分析溅渣护炉带来的问题包括炉龄的稳定、炉底上涨、炉底透气砖寿命、喷枪粘结、设备维修、经济炉龄等，应通过采取不同的措施加以妥善解决。31炉底上涨炉渣在炉底停留的时间越长，粘结在炉底的就越多，导致炉底上涨。炉底上涨将影响正常操作，堵塞底气喷孔。因此，要控制好溅渣时间、渣量、氮气压力和流量，尽量减少炉底上涨。在停吹后要尽快将渣出尽。在复吹转炉上，要尽量控制好底气压力和流量，减少炉底上炉渣的停留和粘结量。在炉底上涨太多时，可向炉底吹氧，将上涨部分侵蚀掉。32喷枪粘结溅渣时喷枪头部有时粘结有炉渣，需要及时清理。当冷却水足够，冷却强度大时，喷枪不易结渣，即使有粘渣，移出喷枪喷水冷却，粘渣就会掉落。由于喷枪水冷强度不够，或炉温过高有热枪的情况则应更换喷枪，用预备的冷枪进行溅渣操作，冷枪上粘结的炉渣并不牢固，冷却后易脱落。如果炉内有残留钢液，则会使喷枪表面粘钢，这时，粘结的炉渣在冷却后不易脱落，故炉内要尽量不留钢液，这样对提高钢水收得率也有利。33设备维修问题7随着炉衬寿命的延长，原来更换炉衬时维修的项目如水冷烟罩、管道的清理维修、转炉驱动装置、冷却系统、除尘系统、盛钢桶车、吊车等都有相应延长服役时间问题，现在一些钢厂采用不同炉龄段计划维修的办法，既解决了设备影响炉龄的问题，又满足了溅渣护炉的需要，是个好办法。当然，对于设备的大、中修不应包含在此范围。34经济炉龄问题经济炉龄与炉龄和原料价格有关。通常，每个转炉厂不同阶段都有一个经济炉龄区，即吨钢成本最低，取得最佳经济效益炉龄区。经济分析表明，炉衬砖和修砌费的成本与炉龄成反比关系，而氮气、补炉料、稠渣剂等的费用随炉龄增长而消耗量增加，对降低成本的负效应也越大。当然，随着冶炼和溅渣护炉工艺水平的提高，最经济的炉龄区要相应增高。但是，是炉龄越高经济效果越好，还是在一个适当的炉龄区经济效果最好对此，还需要进一步加以研究。35经济效益的计算问题采用溅渣护炉技术，能大幅度提高炉龄和降低耐火材料消耗，减少砌炉次数，提高转炉作业率，提高钢产量，对炼钢生产有较大的正面效益。但溅渣护炉造成炉底上涨，转炉复吹效果变差，钢水终点氧含量升高，合金消耗增加，此外还产生设备上的一些问题，也带来了一定的负面影响。因此，溅渣护炉经济效益的计算还有待商榷。4转炉炉渣喷溅技术的预防措施41采用预压喷技术411向熔池加入“压喷剂”或压喷炉料预压喷技术之一就是在发现喷溅的前兆，立即向熔池加入专用的“压喷剂”或通过出钢口向熔池喷入专用的“压喷剂”（成分见表下表），也可向熔池加入高位料仓中现有的石灰石、生白云石、轻烧白云石等，以预先抑制喷溅。表41压喷剂种类、成分与粒度化学成分/压喷剂类型CCAOAL2O3SIO2粒度MM含碳型55700125粉状压喷剂非含碳型45500158块状压喷炉料1020103042030圆柱体30603080，中心孔520（1）产生新的气体，消散泡沫渣含碳型压喷剂中的碳，与炉渣中的铁珠进行碳氧反应，产生CO气体；非含碳型压喷剂和块状压喷炉料一般都含碳酸盐，在高温下分解，产生CO2气体。这些产生的新气体，会在泡沫渣中打通一个气体通道，使泡沫渣泄气而消散。（2）冷却周围炉渣温度，降低碳氧反应速度，减少熔池内CO气体的产生量，降低其推动力。（3）降低FEO等含量。含碳型压喷剂中的碳，能减少炉渣中（FEO）、（MNO）、和（P2O5）的含量其减少比（）计算式如下10W炉渣TFE1656MNO1671P2O580142W压喷剂1612（4）式中为压喷剂中的含碳量。在喷入12KG/T焦炭的情况下，根据压喷前后TFE，MNO和P2O5的变化值，由式（4）计算，