转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化_高泽平

第5期2002年9月
湖　南　冶　金HU N AN M ET AL L U RG Y
N o.5Sept.2002
收稿日期:　2002—03—10
转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化
高泽平
(湖南冶金职业技术学院,湖南　株洲　412000)
摘　要:着重对溅渣护炉技术的工艺参数优化过程进行了探讨。

确立了溅渣调渣原则,对转炉留渣量、
出钢温度、氮气压力和流量、溅渣枪位与时间、溅渣率等工艺参数的控制进行了分析。

指出了湘钢条件下的溅渣工艺参数的适宜范围。

关键词:转炉;溅渣护炉;工艺参数;优化
中图分类号:T F702+
.9 文献标识码:A 文章编号:1005—6084(2002)05—0031—04
PARAMETERS OPTIMIZATION OF
CONVERTER SLAG SPLASHING
G AO Ze ping
(Hunan Metallurgy College of Professional Technology ,Zhuzhou 412000,Hunan )ABSTRACT :
The optimisatio n o f some techno logical pa ram eters of the co nv er ter slag
splashing w as discussed in this papers.Th e principle of adjustment of spla sh slag com po-sitio n was established by this discussio n .The controlling of splash slag quantity ,the tap-ping temperature,the nitrog en pressure a nd flux,the lance height in splashing slag ,and the rate o f splashing slag w ere analy zed too in this.The rang e of technological param e-ters of slag splashing a t the Xia ng tan Iro n a nd Steel Group Co .was described .KEY W ORDS
:co nver ter ;slag splashing patching ;technological parameter ;optimizatio n 1　前　言
转炉溅渣护炉技术是近年来提高转炉炉龄的一项新技术。

我国于1996年开始研究开发适合中国国情的溅渣护炉工艺。

湘钢采用该技术后,转炉炉龄由原来的2000多炉提高到现在的平均炉龄过万炉,并在2001年成功突破了15000炉大关,转炉作业率上升到91%,年钢产量达200万t 。

溅渣护炉的综合经济效益可达8.5元/t ,年创效益1700万元,达到国内先进水平。

溅渣护炉就是用喷枪将高压氮气喷出,使渣从喷射撞击区的孔穴外侧喷溅并粘附到转炉炉衬
上形成渣层,对下一炉冶炼起到保护炉衬的作用。

因此,转炉终渣不仅满足冶炼过程的要求,而且
还应符合溅渣护炉的条件,即炉渣易于喷溅到炉衬上;溅到炉衬上的炉渣能很好地与之结合;所溅炉渣具有一定的抗高温侵蚀与耐火能力。

这三个条件除与炉渣的成分有关外,溅渣动力学条件也极为重要。

本文结合湘钢正常吹炼条件及溅渣工艺,对溅渣护炉技术参数的优化作进一步的研究。

2　溅渣护炉技术应用条件
湘钢转炉炼钢厂主体设备有80t 氧气顶吹
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转炉2座,900t混铁炉1座;精炼采用炉后在线底吹氩和喂线方式,并配有100t LF钢包炉1座;连铸有八机八流方坯连铸机2台,四机四流方坯连铸机1台。

湘钢炼钢用铁水成分,%:Si0.40～0.80, Mn0.30～0.60,P0.10～0.20,S≤0.050。

铁水入炉温度>1250℃。

主要生产钢种为:普碳钢、优质碳素钢、低合金钢系列等钢种。

80t转炉主要工艺参数为:平均炉产量80t,冶炼周期32±2min,平均出钢温度1690℃,平均炉龄10000炉。

氧枪采用四孔拉瓦尔型喷头,其工艺参数为:工作氧压0.7～0.9M Pa,氧流量16000～19500 Nm3/h,喷孔夹角11°,喉口直径38mm,马赫数 2.0。

3　溅渣技术的工艺参数优化
3.1　溅渣护炉操作程序
上炉出钢完毕,摇正炉子→加改质剂→将选择开关切换至吹氮位→降枪至规定位置→溅渣→提枪→将选择开关切换至吹氧位→倒除炉内余渣或留渣操作→下炉进料。

3.2　炉渣成分的优化
为了满足溅渣护炉的技术要求,必须减少熔渣的低熔点组分,提高其耐火度。

影响终渣耐火度主要是渣中Mg O、T FeO及碱度。

调整炉渣的首要任务是提高渣中Mg O含量,以达到减轻T FeO的影响,以适合溅渣护炉的要求。

3.2.1　终渣中(FeO)、(Mg O)的控制
渣中FeO含量高低对炉衬侵蚀和溅渣效果有很大影响。

(FeO)是影响炉渣熔化温度的主要因素,因为在众多可提供O2-氧化物中,(FeO)的熔点较低,约为1350℃,在熔渣中它很容易离解出O2-,使复杂的Si x O y2-解体,变成简单离子,从而使熔渣变稀。

另外(FeO)还可与高熔点的(Ca O)和(SiO2)结合,形成低熔点的化合物或复杂化合物,如假硅灰石和铁橄榄石等,这些物质的熔点大多数为1200～1450℃,故使炉渣的熔点和粘度降低。

因此(FeO)含量过高,会使溅渣层不耐高温侵蚀。

关于(FeO)对炉渣的熔化温度的影响,李安华等人研究了高氧化铁渣即΢FeO=25%～40%对炉渣熔化性的影响[1]。

他们的结论是,在΢FeO =25%～40%范围内,΢FeO每提高1%,熔化温度大约降低3℃。

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Mg O含量。

当渣中Mg O达到饱和时,炉衬中MgO溶解量就会减少,从而提高炉衬寿命。

根据理论分析和国内外溅渣护炉实践,在正常的转炉终渣成分范围内,为使溅渣层有足够的耐火度,终渣Mg O应控制在附表范围内[2]。

附表　终渣Mg O含量(推荐值)
终渣T Fe/%终渣M g O/%
8～1415～2223～307～89～1011～13
湘钢冶炼炉渣碱度控制在 3.0～ 4.0(焊条钢 3.5～ 4.0),终渣(M gO)含量8%～12%。

对吹炼终渣抽样分析,其典型成分为,%:CaO 44.5,SiO213.3,Mg O10.2,T Fe19.2,P2O5 1.55,S0.05。

为了保证终渣Mg O达到溅渣护炉的工艺要求,每炉开吹前加入 1.6～ 1.8t轻烧白云石,其理化指标为,%:Mg O32～35,CaO50～55,SiO2≤3.0,P≤0.07,S≤0.025;粒度10～35mm。

根据J.M.Park渣中(Mg O)饱和溶解度半经验公式[3]:
(Mg O)%=[a+b(SiO2)+c(SiO2)2]
·ex p(-10391/T+ 5.5478)
其中a=7.989-0.1547(FeO)+0.001232 (FeO)2,b=-0.4374+0.01034(FeO),c= 0.01354。

由湘钢条件可求得湘钢终渣氧化镁饱和溶解度约为7.76%,而实践渣中氧化镁含量为8%～12%,因此,湘钢终渣中氧化镁处于过饱和状态。

虽氧化镁含量高的炉渣在吹炼过程中,可减少熔渣对炉衬的侵蚀,但当其饱和时,在吹炼过程中,渣中会有固态的氧化镁析出。

这种悬浮于渣中的固体颗粒将影响渣的粘度和熔化温度。

(M gO)对炉渣熔点的影响见附图[11]。

3.2.2　改质剂
改质剂不仅具有增加渣中MgO,提高溅渣熔点的作用,还有使炉渣更容易溅起而改善溅渣
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附图　(MgO)含量与炉渣熔点的关系
的动力学条件。

此外,在渣中能产生弥散固相质点,从而提高渣与炉衬的结合能力。

改质剂一般在出完钢后加入,添加数量根据所需的Mg O值和渣量决定,对其成分、粒度也有一定要求。

湘钢每炉加入400～500kg。

改质剂理化指标为,%:M gO≥62,CaO6～9,SiO2≤5.0,C6～9,烧损≤20,反应剂3～5,催化剂1～3;耐压> 1.0M Pa/粒。

如炉底上涨过快,则不再加入改质剂进行稠渣护炉。

3.3　溅渣量(留渣量)
合理确定转炉留渣量,也是溅渣的重要工艺参数。

保证足够的渣量,使熔渣均匀地喷溅涂敷在整个炉衬表面,形成一定厚度的溅渣层(10～20mm厚)。

过多的留渣量要增加稠渣剂的加入量和延长溅渣时间。

根据各企业试验情况汇总得出如下经验公式[5]:
Q S=0.301W0.583
式中:Q S——转炉合适留渣量,t/炉;
　W——转炉公称吨位,t。

例如对80t转炉由上式可估算出合适留渣量为 3.87t,即吨钢留渣量为48.4kg。

湘钢80 t转炉实际留渣量在50kg/t左右,通过调整终渣物性,提高终渣的熔化温度和粘度,使终渣粘稠,溅渣时粘得牢,耐侵蚀。

转炉终渣量与原料、操作方式、所炼钢种等因素有关。

我国多数转炉钢厂吨钢炉渣的总量为90～140kg/t[2]。

炼钢工根据经验估计出钢后炉内所剩渣量多少来决定是否要倒渣。

3.4　转炉出钢温度的控制
研究表明[6],终渣的熔损是溅渣层侵蚀的主要原因,因此出钢温度对炉龄的影响是很大的。

LTV钢公司印第安纳哈伯厂,其转炉出钢温度1600～1640℃,进行真空脱气时,出钢温度为1640～1660℃。

钢包炉的使用使出钢温度降低40℃,对提高炉龄具有重要作用,它的炉龄创世界记录。

国内中小转炉出钢温度在1680℃以上,对提高炉龄不利。

目前湘钢转炉出钢温度为1670～1700℃。

应在采用溅渣护炉技术的同时,再采用钢包在线烘烤等措施,使出钢温度下降30～40℃。

综合国内外转炉采用溅渣护炉技术后的炉龄与出钢温度的关系得出以下回归方程式:
n(炉龄)=208529-120.9T
如将T1=1680℃降至T2=1640℃时,有: n1=208529-120.9×1680=5417炉
n2=208529-120.9×1640=10253炉
即炉龄将提高:10253-5417=4836炉。

3.5　溅渣喷吹参数优化
3.5.1　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。

湘钢溅渣用氮气源总管压力> 1.5 M Pa,喷枪出口压力≮0.85M Pa,平均流量17000±500Nm3/h。

3.5.2　溅渣枪位与时间
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。

溅渣时间通常根据炉子吨位、供气量、炉内渣量、炉渣状态及生产节奏等因素考虑。

湘钢溅渣枪位一般在 1.0～ 1.2 m,溅渣时间为2.5～ 3.0min(高碳钢 1.5～ 2.0 min)。

喷溅初始阶段为炉渣活跃期[7]。

此时炉渣流动性较好,粘度较低。

炉渣起溅需与氮气有一个混匀的过程。

在45～60s后,氮气将炉渣充分击碎并混匀,炉渣开始溅起,在炉口可观察到飞溅的小渣滴。

溅渣期为1～ 2.5min,这时由于氮气的散射,使炉渣的温度和流动性下降,粘度提高。

溅射到炉壁上的炉渣易于与炉壁粘结在一起,且渣滴开始大量从炉口喷出。

实践中可通过进一步调整枪位,达到溅渣的最佳状态。

2.5min以后为结束期。

这时由于炉内熔渣
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量减少温度降低,从炉口溅出的渣滴开始减少,溅渣进入结束期。

这时进一步调整、降低枪位,力求把留在炉内的熔渣最大限度地溅射到炉壁上去。

3.6　溅渣率
为使溅渣护炉后平衡炉衬厚度能出现和稳定,国内钢厂一致认为提高溅渣率是很重要的。

溅渣率是该炉役溅渣开始后溅渣炉数和总炉数之比。

根据湘钢的实际,溅渣率和炉龄的提高有明显的关系,要充分发挥效果,溅渣率在80%以上是必须的。

同时溅渣间隔炉数(溅渣频率)的控制,也是溅渣护炉的重要工艺参数之一。

关于溅渣频率,可以概括为“前期不溅、中期两炉一溅、中后期炉炉溅”。

掌握好溅渣频率的关键是在中后期炉炉溅渣。

只有这样,才能使炉衬损耗最小并达到动态平衡。

这是实现炉衬长寿的理想操作。

湘钢的做法是50炉后溅渣,避免高温钢、过氧化钢,要补大面的炉次不溅渣。

3.7　炉衬平衡厚度
溅渣护炉后,耳轴等处的薄弱环节情况明显好转,使整个炉衬侵蚀趋于均匀化。

因此必须考虑有一个理想化的炉衬平衡厚度,以寻求最佳炉龄和最佳效益。

LTV公司250t转炉将其定义为200～250m m(原始厚度762m m),可用激光测厚仪来严密监控工作层的平衡厚度。

4　结　论
(1)转炉终渣不仅要满足冶炼要求,还应符合溅渣护炉条件。

根据湘钢炉渣特点,制定的溅渣调渣原则是:终渣Mg O控制在8%～12%、碱度控制在 3.0～ 4.0、TFeO在13%～20%。

在出钢温度高、终渣较稀及冶炼低碳钢时,出钢后采用改质剂进行炉渣改质后再溅渣。

(2)氮气是溅渣护炉的喷吹动力。

氮气的压力和流量应满足溅渣护炉要求。

(3)出钢温度高的中小型转炉厂应采取钢包在线烘烤或钢包加热措施,以降低出钢温度,创造合适的溅渣条件。

(4)确定合理转炉留渣量、最佳溅渣枪位与时间,同溅渣护炉的几个重要工艺参数。

(5)要充分发挥溅渣护炉效果,溅渣率在80%以上是必须的。

(6)严密监控工作层的厚度,以达到最佳炉龄和最佳效益。

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