转炉溅渣护炉的工艺原理与实际应用_胡勋

摘

要：本文简要介绍了转炉溅渣护炉的工艺原理和总结了实际应用中几个例如氮气喷吹参数，设备维护等关

键因素。关键词：转炉溅渣护炉工艺原理应用

为了提高转炉炉龄，降低生产成本，减轻工人劳动强度，炼钢工作者采取了许多方法例如改善耐火材料质量，采取有效的喷补技术等。这些措施对提高炉龄均起到了积极的作用使转炉炉龄有了一定程度的提高，但是随着炼钢技术的发展，炼钢工作者对炉渣和炉衬侵蚀机理的进一步研究，上世纪九十年代初美国LTV 公司率先开发出了溅渣护炉技术，通过近几年国内外实践得出溅渣护炉技术对炉衬维护有着喷补，贴补不可比拟的效果。可以说溅渣护炉技术是转炉炉衬维护的又一大进步。

一．溅渣护炉的工艺原理

1总述

溅渣护炉是指在转炉吹炼结束出钢后，将转炉内留渣的粘度和氧化镁含量调整到合适的范围，用转炉系统原有的氧枪或专用氧枪向高氧化镁含量高粘度的炉渣喷吹一定压力和流量的氮气，将粘渣吹溅到炉衬上，使炉渣全面地炉衬上涂挂，冷却，凝固成一层炉渣质的保护层，避免了下一炉冶炼时钢水及炉渣直接和炉衬接触，从而达到减缓炉衬耐火材料层的蚀损，延长转炉炉龄的效果。经过过国内外许多钢厂结合自己本厂的资源，工艺特点，进行开发应用证明溅渣护炉工艺对提高转炉炉龄和降低耐火材料消耗的效果非常显著，转炉炉龄在采用溅渣护炉后都有成倍的提高。

2溅渣层保护炉衬机理

溅渣护炉的微观过程就是：高速氮气由喷枪喷溅到炉渣液面上，炉渣在氮气的巨大剪切力作用下迅速微粒化，微粒获得动能离开液体渣系向各个方向飞溅，以不同角度（高度）打在炉衬上。微粒在形成，飞溅，粘结过程中不断被氮气冷却，最后在炉衬上粘附，固化，反应而形成一层炉渣的固体层覆盖住炉衬，从而减小炉衬的侵蚀，延长了炉衬的寿命。

2.1液态炉渣对炉衬的侵蚀机理

炉渣对Mg-C 砖的侵蚀过程是：渣中(FeO)扩散到炉衬—渣界面，并与炉衬中的C 发生氧化还原反应而析出单质铁，同时对砖脱C 形成孔隙，铁单质进入炉渣，炉渣渗入孔隙与MgO 生成FeO ·MgO 固熔体进入渣中。炉渣对耐火材料的侵蚀速度受固—液界面相边界层中传质速度控制，主要受渣中（FeO ）的传质速度的控制。转炉炉衬采用碱性MgO 或白云石质耐火材料做炉衬砖，炉衬中受侵蚀的关键物相为MgO ，MgO 在CaO-MgO-FeO-SiO 2熔体中的饱和溶解度曲线如下图所示。其产物为MgO ·FeO 固熔体。从图上可以得出当碱度大于2时，渣的成分对MgO 饱和溶解度影响不大。MgO 的溶解度随温度的上升，氧化性的增强及碱度的下降而增高。转炉冶炼前期炉渣碱度低,(FeO)含量高，因而前期渣的MgO 饱和溶解度高，对炉衬侵蚀教严重，中后期因碱度提高（FeO 低，渣中MgO 饱和溶解度低，所以后期的侵蚀主要是高温和强烈的冲刷造成的。所以溅渣护炉的首要任务就是在前期完全保护炉衬，同时兼顾中后期对炉衬的保护。

转炉溅渣护炉的工艺原理与实际应用

炼轧厂生产科胡勋

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2.2溅渣层保护炉衬的机理

溅渣后，炉渣直接接触的是一层致密的溅渣层，炉衬基本不受炉渣和钢水的冲刷和侵蚀，溅渣层代替炉衬承受兑铁水和加废钢时的机械冲击，承受高温气—液混合相的冲刷，但由于溅渣层中的C3S 和方镁石熔点高达2000℃以上，所以它们不会完全熔化掉，保护炉衬不受过多的冲刷，MgO在渣中的饱和溶解度较大,MgO易向渣中扩散，溅渣层的致密性还阻止了炉渣和钢水向炉衬、气孔的渗透，对炉衬来说，溅渣层就相当与一层自耗性保护膜，溶进炉渣中的MgO在冶炼前期进入初渣而提高了碱度，相应降低了SiO2的活度，从而也减轻了对碱性炉衬的侵蚀。溅渣层对转炉初期渣有较强的抗侵蚀能力，能够起到保护炉衬的作用。但对高温终渣的抗侵蚀能力较差，所以进一步提高溅渣层的熔点是提高溅渣层抗侵蚀能力的关键。

2.3溅渣层与炉衬的结合机理

1600℃，MgO在CaO—MgO—FeO—SiO2熔体中的饱和溶解度炉渣被溅到炉衬被粘附后，溅渣层与炉衬MgO-C砖在结合部发生了物理的和化学的发应，炼钢工作者发现其结合部分可分为三个区域：

（1）烧结层：铁酸钙盐（C2F）沿镁碳表面的显微气孔和裂缝，向致密的氧化镁机体扩散，溶解与MgO颗粒反应生成镁橄榄石（MgO-Fe2O3）烧结层。

（2）结合层：在溅渣层--MgO砖表面，溅渣层中的铁酸钙将砖衬中突出的MgO颗粒包裹起来，形成镁铁橄榄石的化学结合，同时，溅渣层中的C3S,C2S和MgO颗粒在气流的作用下镶嵌在粗造的耐火衬表面，形成机械结合。

（3）溅渣层：以粗大的高熔点颗粒状C3S,C2S和MgO晶团为骨架，固熔在RO相和铁酸钙结合相中。

由此可见，溅渣层与炉衬砖的结合机理如下：在溅渣初期，低熔点经济性强的富铁炉渣首先溅射到炉衬表面，渣中FeO和C2F沿衬砖表面里微气孔和裂纹向MgO机体内扩散，与周围MgO颗粒烧结固溶在一起。冷却后形成以(MgO·CaO)Fe2O3为主的烧结层。

随溅渣的继续，颗粒状的高熔点氧化物（C3S,C2S和MgO）被气流溅射到炉衬砖表面，并在高速气流的冲击下镶嵌在砖衬粗糙表面的间隙内，形成以镶嵌为主的机械结合。同时富铁的低熔炉渣包裹在耐火砖表面突出的MgO颗粒周围形成化学结合层。

随着溅渣的进一步进行，使大颗粒C3S,C2S和MgO晶团溅射到结合层表面并与铁酸钙和RO相结合，冷却固溶形成衬砖表面溅渣层。

二、转炉溅渣护炉工艺操作

1操作的几个步骤

在正常生产过程中，如没有钢水严重氧化发生，既可进行溅渣护炉操作（当然对新砌炉座考虑到炉膛容积的问题，可暂不进行溅渣护炉）其操作如下：

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（1）转炉吹炼终点由冶炼操作人员出钢完毕，确认炉内钢水出尽，留下全部或部分炉渣，并确认炉渣状况。

（2）把转炉摇至零位（正常吹炼时）并根据炉渣状况确定是否加炉渣改质剂（通常有菱镁球、白云石、石灰石等）。

（3）把氮氧切换阀开至氮气位置，调好枪位，下枪吹氮（控制氮流量9000-14000m3/h压力1.0-1.4MPa），先从距炉底最低位开吹。

（4）溅渣时间由操作人员控制，一般2-3分钟。

（5）提枪停止吹氮，倒尽流淌的渣，如溅渣效果好，一般很少有流淌的渣。

2操作过程的几个关键因素

决定溅渣效果的几个关键因素是：氮气喷吹参数、终渣条件和具体操作的相互协调统一。这几个参数决定了溅渣的成功率。

2.1氮气喷吹参数

这一参数包括氮气压力、流量、枪位、吹氮时间和氧枪喷头参数等。现分述如下：

（1）氮气压力：一般来说正常吹炼和溅渣护炉用的是同根氧枪，所以以氮气压力与正常吹炼时氧气压力相匹配。我国太钢的试验参数为（入炉后）0.6-0.8MPa，首钢0.6-1.0MPa，酒钢1.0-1.2MPa。

（2）氮气流量：流量的最佳值尚无定论，目前根据前人经验，建议为氧气流量的80%-90%。美国LTV 钢铁公司的氮气流量为510-620m3/min。我国太钢氮气流量为150-195m3/min。酒钢150-240m3/min。

（3）溅渣时间：溅渣时间由操作人员掌握。要求能保证炉衬全面挂渣。美国LTV钢铁公司吹氮时间为2-3min，我国太钢最初预设吹氮时间为1.5-2min，实践中发现溅渣效果不理想，后改为2.5-3min，效果明显好转。酒钢设定为2.5-3min，如遇特殊情况可适当延长。

（4）枪位：溅渣枪位一般与吹氧枪位接近或取吹氧的下限位。美国LTV公司克利夫兰东方分厂为2.0m（距炉底），首钢为1.5-2.2m，酒钢规定溅渣枪位距冶炼最低枪位以下0.4m左右。

（5）氧枪喷头参数：主要为喷孔数目及喷孔轴线与喷枪轴线的夹角。印第安那哈伯厂236吨转炉使用4孔喷枪，曾经做过10°12°14°的试验，发现12°时效果最好，10°时溅渣太高，14°溅渣太低。这是由于不同公称容量的转炉炉型具有不同的高径比（H/D）。转炉溅渣所需的能量主要不决定于转炉容量的大小，而决定于炉型几何尺寸，如（H/D）小的矮胖型转炉，要求的溅渣能量反而小，（H/D）值较大的小型转炉（我国以中小型转炉居多）角度究竟选多大合适，应根据具体炉型的高径比来选取。酒钢采用168mm4孔拉瓦尔喷枪，喷孔轴线与喷枪轴线的夹角为12度。

2.2适宜溅渣护炉炉渣条件

炉渣条件主要是指炉渣成分温度及，留渣量、溅渣率等。

（1）炉渣成分：炉渣成分影响炉渣粘度，炉渣太干根本不能与炉衬粘附，太稀则容易顺炉衬流下，粘附效果也不好，如果终渣粘度较低，提高粘度最现实的方法就是提高渣中MgO含量。溅渣要求渣中MgO达到8%-14%，调节措施是出钢后加入MgO基原料。如石灰石，白云石等。

（2）炉渣温度：出钢后温度太高会使溅渣层脱落，同时粘度低也不利于炉渣的粘附，因此降低炉渣过热度可以考虑：1）争取一次拉碳成功，减少补吹。2）加入调节剂降温。3）增加吹N2时间。

（3）留渣量：这由预期的溅渣层厚度，炉型尺寸及残渣量决定，过低的留渣量达不到所需的溅渣厚度，影响溅渣效果，而过大的渣量会增加溅渣成本，宝钢留渣量2t左右（实践发现偏少），马钢第三炼钢厂溅渣量控制在总渣量的50%-70%约5t左右，效果良好，酒钢留渣量在3t左右，效果良好。

（4）当溅渣层较薄或出钢温度高，需要有较高的溅渣率。如太钢溅渣率在70%左右，鞍钢溅渣率90%，酒钢溅渣率80%以上。实践证明溅渣率和转炉炉龄成正比关系，因此，在各方面条件允许的情况下，尽可能提高溅渣率。

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