溅渣护炉

摘要

从炉渣对炉衬和溅渣层的侵蚀机理入手，提出了兼顾冶金和溅渣双重效果的直接造渣工艺，探讨了终渣碱度、MgO、FeO含量等的调整范围，分析了溅渣操作中枪位、时间等的控制和炉底上涨的原因，以期更好地运用溅渣护炉技术。

关键词：溅渣护炉；溅渣层；终渣；温度；渣量

1概述

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0．38kg／t 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护技术，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。

溅渣护炉是提高炉龄的有效措施。它是通过高速氮气射流冲击出钢剩余后炉内的熔渣，使熔渣（该炉渣成分是经过调整的）在尽可能短的时间内均匀喷溅涂敷在整个转炉炉衬表面，并形成一定厚度而且致密的溅渣层。该溅渣层阻止了转炉炉渣、炉气对炉衬的侵蚀，起到了提高炉龄的作用。

2溅渣护炉工艺及现状

2.1溅渣护炉原理及优势

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，降底成本。

溅渣护炉工艺是转炉出钢后留渣后通过氧枪供入高压气在高压气流的冲击下把炉渣溅到炉衬上再凝固，在炉衬表面形成一层挂渣层，起到保护炉衬的作用。溅渣操作的核心问题是把溅起的炉渣冷却到其熔点以下，使其在炉衬表面固化。吹入炉内的惰性气体以及必要时加入调渣剂可以起到这个作用。溅渣后的炉渣温度降低，基本上处于半凝固状态，可以有效的避免兑铁时产生喷溅，为实现留渣操作创造了条件，从而可以降低石灰和钢铁料消耗。

溅渣护炉的机理是利用高压惰性气体将炉渣溅起来涂敷在炉衬上形成溅渣层，对下一炉冶炼起到保护炉衬的作用。因此转炉终渣不仅要满足冶炼的要求，而且应符合溅渣护炉的条件，即：易于将炉渣溅到炉衬上，溅到炉衬上的炉渣应能很好的与炉衬结合，且具有一定的抗渣能力。这里涉及到溅渣动力学、溅渣层与炉衬的结合和溅渣层的侵蚀机理。

2.2影响溅渣护炉的主要工艺因素

2.2.1合理选择炉渣

2.2.1.1炉渣对炉衬的侵蚀

初期渣对炉衬的侵蚀在转炉冶炼初期，首先是铁水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度较缓慢（石灰活性度低时更差），炉渣碱度的提高需要一个较长的过程，在低碱度阶段炉渣对炉衬的侵蚀较严重。因为在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了炉衬中MgO的熔解速度。因此，在初期加入白云石造渣，使渣中有一定的MgO可以减轻对炉衬的化学侵蚀。

2.2.1.2炉渣对溅渣层的影响

2.2.1.2.1初期渣对溅渣层的侵蚀

初期渣对炉衬的侵蚀在转炉冶炼初期，首先是铁水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度较缓慢（石灰活性度低时更差），炉渣碱度的提高需要一个较长的过程，在低碱度阶段炉渣对炉衬的侵蚀较严重。因为在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了炉衬中MgO的熔解速度。因此，在初期加入白云石造渣，使渣中有一定的MgO可以减轻对炉衬的化学侵蚀。实际生产中，溅渣层为高熔点的C2S和MgO结晶体，熔化温度较高。由于冶炼初期温度较低，溅渣层为不明显熔化。初期渣对溅渣层的侵蚀较弱，当渣中FeO含量相同时，高钙渣的侵蚀速度明显高于高镁渣。因此提高溅渣层的碱度或MgO含量，均有利于减轻炉渣的侵蚀。

2.2.1.2.2过程和终渣对溅渣层的侵蚀

对转炉溅渣层的侵蚀，主要发生在转炉冶炼的中后期，转炉冶炼过程渣和终渣对溅渣层的侵蚀机理主要表现为溅渣层的高温熔化与高FeO对炉渣的化学侵蚀。而冶炼过程是转炉炉渣碱度和熔池温度升高的过程，因此尽可能的提高溅渣层抵抗转炉终渣的侵蚀能力，合理控制终渣成分和出钢温度（终渣温度是由出钢温度决定的），是发挥溅渣护炉技术效果的关键。

熔渣的成分决定了溅渣层的岩相结构，而岩相结构又决定了溅渣层的熔化温度。当碱度大于2时，全部或大部CaO和SiO2以高温相析出，而在转炉渣MgO-CaO-SiO2-FeO四元相图中，以FeO为主的RO相和铁酸钙的低熔物出现，分布在方镁石晶体（渣中MgO结晶）的周围形成液膜，在炼钢条件下促使溅渣层的高温强度因液膜滑移而急剧下降，势必降低抵抗转炉渣渗透侵蚀的阻力。溅渣层中的低熔点相多时，抗侵蚀能力更低。

综上所述，无论是从减轻冶炼过程对炉衬侵蚀还是对溅渣层的侵蚀考虑，均是采用直接造渣工艺为好即在冶炼初期加入适量的白云石或富镁材料造渣，这也是目前国内大多数厂家普遍采用的方法。

2.2.2合理的控制终渣成分

溅渣护炉技术的应用，对冶炼终渣提出了更高的要求，要求炉渣除了具有脱硫脱磷功能外，还要具备经受冶炼过程中各个不同时期钢水和炉渣侵蚀的能力，以保护炉衬。因此，溅渣层必须具备一定的耐火度和粘度，影响终渣耐火度的主要组分是碱度（CaO/SiO2）、MgO、FeO，这些因素取决于冶炼条件和钢种。在炉渣组分确定以后，影响炉渣粘度的主要因素是温度，因此，终渣控制的内容包括温度和化学成分。

2.2.2.1终渣碱度的控制

从溅渣护炉的角度分析，希望碱度高一点，这样转炉终渣C2S及C3S之和可以达到70%～75%。这种化合物都是高熔点物质，对于提高溅渣层的耐火度有利。但是，碱度过高，冶炼过程不易控制，易反干影响脱磷和脱硫效果，且造成原材料浪费，还容易造成炉底上涨。实践证明，终渣碱度控制在2.8～3.2为好。

2.2.2.2终渣MgO含量的控制