转炉溅渣护炉技术.docx

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转炉溅渣护炉技术

转炉溅渣护炉技术

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；氧枪；氧气流量；冶炼工艺；控制

一、前言

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0．2～0．8mm每炉的速度被侵蚀。

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。

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。

二、转炉溅渣护炉工艺参数

转炉炉龄是转炉炼钢的一项技术经济指标，提高转炉炉龄，可降低转炉炉衬消耗，有利于均衡地组织生产、降低炼钢操作成本，钢的总产量也随之增加。

溅渣护炉技术是提高转炉炉龄的一项重要技术，目前国内外许多钢铁企业相继采用该项技术。

但是由于受现场生产操作条件的限制，很难探索最佳操作工艺，影响了溅渣护炉的技术优势。

本试验是为了配合某厂２５０吨转炉溅渣护炉工业试验，采用定量法对溅渣护炉工艺进行冷态模拟试验。

根据某厂转炉溅渣实践，试验分别采用不同顶枪枪位，不同气体流量及不同渣量等与进行比较，研究确定适合于转炉溅渣护炉的最佳操作工艺参数。

（一）转炉氧枪枪位、及留渣量与溅渣量的关系

图１、2、3、4分别表示在不同溅渣条件下顶吹转炉的炉衬表面以及渣线部位、耳轴部位、炉帽部位的溅渣情况。

由上述4图可知，在一定的顶吹气体流量和渣量条件下，随着氧枪枪位的升高，顶吹转炉炉衬表面获得的溅渣量均表现为逐渐增加，至一定数量，而后开始减少，顶吹气体流量增大时，炉衬表面获得的溅渣量迅速增加，在本试验结果比较以及现场生产渣量限制条件下，11％渣量的转炉溅渣效果最佳。

当顶吹气体流量为19.2Nm3／h、23.0Nm3／h、26.8Nm3／h（相当于现场25000Nm3／h、27000Nm3／h、29000Nm3／h）时，被溅到转炉炉衬表面的溅渣效果最好的溅渣枪位分别为80mm、153mm、170mm（相当于现场1160mm、2218mm、2465mm）左右。

其中渣线部位最佳溅渣枪位分别为90mm、159mm，180mm（相当于现场1305mm、2305mm、2610mm）左右。

耳轴部位最佳溅渣枪位分别是70mm、136mm、155mm（相当于现场1015mm、1972mm、2247mm）左右。

炉帽部位最佳溅渣枪位分别是65mm、126mm、138mm（相当于现场943mm、1827mm、2001mm）左右。

图1宝钢250吨转炉炉衬表面溅渣量和顶枪枪位、顶吹气体流量及渣量之间的关系（顶枪夹角14.50）

A-渣量8％B-渣量ll％C-渣量14％

1-顶吹气体流量19.2Nm3/h；2-顶吹气体流量23.0Nm3／h；

3-顶吹气体流量26.8Nm3／h．

图2宝钢250吨转炉渣线部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量之间的关系（顶枪夹角14.50）

A-渣量8％B-量11％C-渣量14％

1-顶吹气体流量19．2Nm3／h；2-顶吹气体流量23．0Nm3/h；

3-顶吹气体流量26．8Nm3／h

图3宝钢250吨转炉耳轴部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量

之间的关系（顶枪夹角14.50）

A-渣量8％B-渣量11％C-渣量14％．

1-顶吹气体流量19．2Nm3／h；2-顶吹气体流量23．0Nm3／h；

3一顶吹气体流量26．8Nm3／h

图4宝钢250吨转炉炉帽部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量之间的关系（顶枪夹角14.50）

A-渣量8％B-渣量11％C-渣量14％

1-顶吹气体流量19.2Nm3／h；2-顶吹气体流量23.0Nm3／h；

3-顶吹气体流量26.8Nm3／h

（二）转炉氧枪枪位对溅渣护炉的影响

顶枪枪位是影响转炉溅渣的重要工艺参数。

小于最佳溅渣枪位时，按照理论计算和试验结果均发现，顶吹气体流股击穿炉渣到炉底，造成高速气体流股能量损失在炉底耐火材料上，不利于溅渣护炉。

溅渣护炉是由于顶吹气体流股作用在渣液熔池表晒，产生冲击凹坑，其反作用力使炉渣溅起。

溅起的炉渣以各种，角度射向炉膛空问，一部分垂直溅起，然后自由下落回到熔池中，起不到护炉作用。

只有小于900角溅起的渣粒或渣片．溅到炉衬表面上，才达到护炉作用。

枪位过低顶吹气体流股击穿炉渣至炉底，气体流股能量损失在炉底耐火材料上，使炉渣形成“杯”状冲击坑，如图5中a所示。

沿着杯状冲击坑外缘，溅起少量粗渣粒，反射角多数大于450角，或垂直向上，然后自由落下，溅到炉衬表面较少。

从冷态模拟可以清楚看到，顶吹气体流股击穿炉渣，能量损失在炉底上，因而不能排开炉渣，形成指向顶枪枪头的一小团涡流，被溅起炉渣围绕顶枪垂直向上，不仅易粘枪端或烧枪头，而且杯状冲出坑以外其它处的炉渣处在微动或静止状态，逐渐凝用在炉底上，使炉底上涨

图5不同枪位转炉溅渣护炉效果比较示意图

a-低枪位b-最佳枪位c-高枪位

1-转炉2-氧枪3-耳轴4-炉渣

大于最佳溅渣枪位时，按照理论汁算或试验结果均发现，顶吹气体流股未到达炉渣表面之前，受到反射气流和溅起的炉渣阻挡，加上流股吸入周围气体等，气体流股能量已经损失很大，剩余能量冲出渣表面形成浅“盘子”形状，如图5中c所示。

溅起的炉渣也是沿着浅“盘子”底部切线方向，细小的渣粒多数小于450角飞向炉衬渣线部位，造成炉底拐角处炉渣堆积增厚，熔池缩小，而其他部分溅渣效果就降低了，就是因为液态炉渣能够缓冲顶吹气体流股冲击炉渣熔池的作用力，故其反作用力减小，溅起炉渣量也就减少。

最佳枪位溅渣时，顶吹气体流股作用在炉渣上，形成“碗”状冲击坑，如图5中b所示。

炉渣沿着碗状冲击坑外缘溅起的炉渣作用力大，多数以450角为中心的扇形方向飞向炉衬内表面上。

故溅渣量大，溅渣高度高，且覆盖面积大，有利于贴补炉衬。

从几何尺寸的上讲，最佳枪位可以理解为高速气体流股冲击炉渣，形成冲出凹坑的深度刚好是顶吹气体流股末端接触炉底的最大深度。

以克服高、低枪位的不足之处，溅渣的效果最佳。

但是，根据炉衬各部位蚀损情况不一样，如图所示的最佳枪位有目的、有方向的将炉渣溅起飞向渣线部位、耳轴部位、炉帽部位的薄弱部位，即变枪位操作，有利均衡炉衬各部位寿命。

（三）氧枪氮气流量对溅渣护炉的影响

众所周知，转炉溅渣是由于顶吹气体流股冲击熔池，其气体流股搅拌能传给炉渣，其反作用力使炉渣溅起飞向炉衬内表面上。

根据川崎制铁介绍气体流股搅拌能与气体流量成正比，

如下公式：

由图1、2、3、4、所示，随着顶吹气体流量增加，有利于溅渣护炉效果。

正如上述所示公式随着顶吹气体流里量Q的增加，炉渣搅拌能也随之增大。

在考虑缩短起渣时间或溅渣时间，溅渣把高度；对炉帽或烟道不烧损的前题下，尽可能采用大些供气量。

故在设计时应采用溅渣氮气流量等于或略低于供氧流量。

本试验结果认为250吨转炉溅渣护炉吹气流量应为26.8Nm3/h（相当于现场29000Nm3/h）时的溅渣效果好。

（四）转炉留渣量对溅渣护炉的影响

渣量也是影响转炉溅渣效果的一个重要因素。

渣量小，相当于低枪位顶吹气体流股较容易穿透炉渣，直接接触炉底耐火材料，而消耗气体流股的能量，故溅渣效果差。

另外，渣量少，溅到炉衬表面上的溅渣层薄，故耐蚀性差。

渣量大，相当于高枪位顶吹气体流股不易穿透炉渣，气体流股冲击能量被液态炉渣缓冲而消耗，其反作用力减小，溅起的炉渣量小。

现代炼钢的铁水成份，石灰质量提高，造渣剂用量不会很大。

也不能因为溅渣护炉、不顾冶炼操作效果，更多加入造渣剂。

根据本试验结果如图6所示，保证留渣量在11％左右即可。

2

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图6溅渣护炉效果与渣量之间的关系

1-顶吹气体流量23．0Nm3／h的最佳枪位溅渣量；

2-顶吹气体流量26．8Nm3／h的最佳枪位溅渣量

（五）溅渣时间

溅渣时间是指溅渣孕育期和起渣时间之和。

根据现场测定溅渣孕育时间长短，不仅和转炉出钢量有关，主要是与炉渣的温度、熔点、粘度以及留渣量有直接关系,孕育期时间占溅渣时间的一旦炉渣被溅起，那么起渣时间长短仅仅和留渣量多少有关。

如表4所示，宝钢二炼钢250T转炉因长距离输送钢水至连铸车间，出钢温度高达1700℃，故孕育期时间长。

梅钢、昆钢、邯钢转炉出钢温度虽然仅1660～1680℃，但是铁水中[P]和[Mn]高，终点炉渣中TFe和MnO高，导致炉渣熔点低，为1300～1350℃，炉渣稀（当然也包括冶炼操作水平和冶炼低碳钢种的缘故，渣中TFe高）。

尽管留渣量不足8％，仍然不易起渣，孕育期时间长。

溅渣护炉向炉内炉渣吹高压氮气的作用：

一方面是对炉渣的物理冷却降温过程，另一方面是对炉渣充气的作用。

总的目的是将炉渣粘度提高到一个合适程度，才能被溅起。

众所周知，转炉碱性渣是短渣，其中复合离子结构比较简单，在渣中扩散速度快。

在受氮流股冲击过程，渣中小质点复合离子迅速聚合形成大质点。

乃至高熔点C3S、G2S、MgO等物质从液相中析出结晶，粘度急剧上升，迅速变成不流动状态。

如图8所示，三条曲线由于炉渣成分不同（主要是因为TFe不同），其熔点或者说粘度不同。

随着炉渣温度变化其粘度发生变化。

若出钢完了炉渣温度1600℃吹氮气溅渣，其炉渣温度分别降至A、B、C三点时，炉渣粘度才能迅速增加。

而增加至A’、B’、C’三点以后，炉渣粘度又继续急剧直线上升。

假设A、B、C三点为溅渣的起渣的粘度，那么炉渣从l600℃降至A、B、C三点的温度约l425℃、l390℃、l320℃时所需要的时间就称为溅渣孕育期。

同样的降温条件下，起渣孕育期不同,即第一条曲线溅渣孕育期最长，第二条曲线次之，第三条曲线最短。

由图8可知，炉渣温度继续降低至A’、B’、C’三点时，炉渣开始结晶，粘度增至0.4Pa.s～0.5Pa.s。

因粘度高，故溅不起炉渣。

则A-A’、B-B’、C-C'就是起渣过程，其所需要的时间就称为起渣时间。

根据实验室对比试验发现，用水（粘度约为0.001Pa.s）模拟现场冶炼终点含高TFe的稀渣进行溅渣，被溅起的多数为细小水珠，如同实际溅渣时的孕育期间被溅起小火星点状；用甘油水溶液（粘度约为，0.1Pa.s）模拟现场冶炼终点粘度的炉渣被溅起的多数为较大粒状乃至片状；用纯甘油（粘度约为0.5Pa.s）模拟现场冶炼终点稠的炉渣进行溅渣，由于粘度过大，很难起渣。

也就是说，A-A'、B-B’、C-C’期间炉渣粘度约从0.1Pa.s～0.3Pa.s范围为溅渣起渣的合适炉渣粘度的炉渣。

影响炉渣熔点主要是TFe含量。

如梅钢、昆钢、柳钢、酒钢等，炉渣中TFe、MnO高，炉渣熔点低。

当采用只含有MgO的调渣剂进行调渣，溅渣孕育期长达3min以上。

采用含MgO和脱氧剂的改渣剂之后，TFe、MnO分别下降，使炉渣熔点升高，据多家钢厂实际测定