轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)

1、 轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)的應用方法 1.濺渣護爐的基本原理,是在轉(zhuǎn)爐出完鋼后加入調(diào)渣劑,使其中的Mg與爐渣產(chǎn)生化學反應,生成一系列高熔點物質(zhì),被通過氧槍系統(tǒng)噴出的高壓氮氣噴濺到爐襯的大部分區(qū)域或指定區(qū)域,粘附于爐襯內(nèi)壁逐漸冷凝成固態(tài)的堅固保護渣層,并成為可消耗的耐材層。轉(zhuǎn)爐冶煉時,保護層可減輕高溫氣流及爐渣對爐襯的化學侵蝕和機械沖刷,以維護爐襯、提高爐齡并降低耐材包括噴補料等消耗。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐是在轉(zhuǎn)爐出鋼后將爐體保持直立位置,利用頂吹氧槍向爐內(nèi)噴射高壓氮氣(1. 0MPa) ,將爐渣噴濺在爐襯上。渣粒是以很大沖擊力粘附到爐襯上,與爐壁結(jié)合的相當牢固,可以有效地阻止爐渣對爐襯的侵蝕。復吹轉(zhuǎn)爐濺

2、渣護爐是將頂吹和底吹均切換成氮氣,從上、下不同方向吹向轉(zhuǎn)爐內(nèi)爐渣,將爐渣濺起粘結(jié)在爐襯上以實現(xiàn)保護爐襯的目的。濺渣護爐充分利用了轉(zhuǎn)爐終渣并采用氮氣作為噴吹動力,在轉(zhuǎn)爐技術(shù)上是一個大的進步,它比干法噴補、火焰噴補、人工砌磚等方法更合理,其既能抑制爐襯磚表面的氧化脫碳,又能減輕高溫渣對爐磚的侵蝕沖刷,從而保護爐襯磚,降低耐火材料蝕損速度,減少噴補材料消耗,減輕工人勞動強度,提高爐襯使用壽命,提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率,減少操作費用,而且不需大量投資,較好地解決了煉鋼生產(chǎn)中生產(chǎn)率與生產(chǎn)成本的矛盾。因此,轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)與復吹煉鋼技術(shù)被并列為轉(zhuǎn)爐煉鋼的2項重大新技術(shù)。2濺渣護爐主要工藝因素2. 1合理選擇爐渣并進

3、行終渣控制爐渣選擇著重是選擇合理的渣相熔點。影響爐渣熔點的物質(zhì)主要有FeO、MgO和爐渣堿度。渣相熔點高可提高濺渣層在爐襯的停留時間,提高濺渣效果,減少濺渣頻率,實現(xiàn)多爐一濺目標。由于FeO易與CaO和MnO等形成低熔點物質(zhì),并由MgO和FeO的二元系相圖可以看出,提高MgO的含量可減少FeO相應產(chǎn)生的低熔點物質(zhì)數(shù)量,有利于爐渣熔點的提高。從濺渣護爐的角度分析,希望堿度高一點,這樣轉(zhuǎn)爐終渣C2 S及C3 S之和可以達到70%75%。這種化合物都是高熔點物質(zhì),對于提高濺渣層的耐火度有利。但是,堿度過高,冶煉過程不易控制,反而影響脫磷和脫硫效果,且造成原材料浪費,還容易造成爐底上漲。實踐證明,終渣

4、堿度控制在2. 83. 2為好。由于濺渣層對轉(zhuǎn)爐初渣具有很強的抗侵蝕能力,而對轉(zhuǎn)爐終渣的高溫侵蝕的抵抗能力很差,轉(zhuǎn)爐終渣對濺渣層的侵蝕機理主要表現(xiàn)為高溫熔化,因此合理控制轉(zhuǎn)爐終渣,盡可能提高終渣的熔化溫度是濺渣護爐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理控制終渣應著重從終渣的MgO 含量和FeO含量著手。2. 1. 1終渣MgO含量的控制在一定條件下提高終渣MgO含量,可進一步提高爐渣的熔化溫度,這種高熔點爐渣在冶煉初期產(chǎn)生的濺渣層減輕了渣對爐襯的機械沖刷,并與渣中SiO2 、FeO反應,避免了渣對爐襯的化學侵蝕;在冶煉中期,濺渣層中的MgO與爐渣中的FeO生成高熔點物質(zhì),在下一次濺渣操作中成為濺渣層的主要組成部分;

5、同時由于濺渣層被反復利用,減少了煉鋼中造渣劑的使用,降低了生產(chǎn)和操作成本。因此,終渣MgO含量應在保證出鋼溫度前提下超過飽和值,但含量也不宜過高,以免增加濺渣護爐成本,一般控制在9%10%。調(diào)渣劑國外一般在出鋼后加入,國內(nèi)由于轉(zhuǎn)爐操作水平較低,爐況不穩(wěn)定,終渣成分變化大,且出鋼后加入調(diào)渣劑化渣不徹底,因此大多數(shù)鋼廠在冶煉初期便加入化渣劑,以輕燒白云石為主,亦有采用鎂質(zhì)冶金石灰或菱鎂礦作為化渣劑的。2. 1. 2終渣FeO控制在濺渣護爐技術(shù)中,渣中FeO含量的多少起著截然相反的作用:渣中FeO含量高,爐渣的熔點低、流動性好,容易沿襯磚內(nèi)細小氣孔和裂紋滲透和擴散,有利于濺渣層與爐襯磚的結(jié)合,保護爐

6、襯不受侵蝕。但是隨著渣中FeO含量增高,由于濺渣層內(nèi)FeO會與MgO反應使濺渣層中MgO相減少,導致濺渣層熔點降低,不利于濺渣層壽命提高。國內(nèi)操作一般控制在20%以下,國外由于調(diào)渣劑在出鋼后加入,所以FeO含量很高。一般認為只要在濺渣前把渣中MgO含量調(diào)整在合適的范圍內(nèi),對終渣氧化鐵含量并不須特殊處理,即終渣氧化鐵無論高低都可取得較好的濺渣護爐效果。但如果終渣氧化鐵含量很低,渣中鐵酸鈣少,故應在保證足夠的耐火度的情況下,降低渣中MgO含量,這樣濺渣護爐的成本較低,容易取得高爐齡。從操作上講,在同樣溫度、堿度和MgO條件下,氧化鐵含量低,渣的粘度大,起渣快,可以減少濺渣時間,而不影響濺渣效果。2

7、. 2合理控制留渣量在濺渣護爐中,轉(zhuǎn)爐留渣量的多少不僅是濺渣護爐本身重要的工藝參數(shù),而且決定了濺渣層的厚度。合理的留渣量一方面要保證爐渣在爐襯表面形成1020mm濺渣層,另一方面隨爐內(nèi)留渣量的增加,爐渣的可濺性增強,對濺渣操作有利。轉(zhuǎn)爐上部濺渣主要依靠氮氣射流對熔池爐渣的濺射而獲得。渣量少,渣層過薄,氣流易于穿透渣層,削弱氣流對于渣層的乳化和破碎作用,不利于轉(zhuǎn)爐上部濺渣。轉(zhuǎn)爐留渣量過大,在溶池內(nèi)易形成浪涌,同樣不利于轉(zhuǎn)爐上部濺渣。即便強化了轉(zhuǎn)爐上部濺渣的效果,也往往造成爐口粘渣變小,影響正常的冶煉操作。濺渣的厚度:渣量過少,濺渣層過薄,且不均勻,將影響濺渣護爐的效果。根據(jù)鋼鐵研究總院得出的公式

8、,合理的留渣量為10,11:Qs =0. 301Wn式中Qs 轉(zhuǎn)爐單爐留渣量,t ;W轉(zhuǎn)爐公稱噸位,t ;n系數(shù),取值為0. 5830. 650。2. 3合理控制出鋼溫度用濺渣護爐工藝后,轉(zhuǎn)爐出鋼溫度對爐齡的影響非常明顯。隨著出鋼溫度的降低,爐齡與出鋼溫度的關(guān)系為:N=20852912019t 。其中N為爐齡,t為出鋼溫度。在同樣的濺渣技術(shù)條件下,每降低出鋼溫度一度,將提高爐齡121爐。因此,合理控制轉(zhuǎn)爐出鋼溫度,對采用濺渣護爐工藝的轉(zhuǎn)爐進一步提高爐齡有重要意義。2. 4槍位控制槍位應按照早化渣,化好渣,保證濺渣厚度和濺渣面積的原則確定。高槍位易于爐渣的破碎和乳化,有利于轉(zhuǎn)爐上部的濺渣。當槍位

9、過高時,爐渣濺到爐膛位置較低,還容易沖刷已濺到爐墻上的爐渣,更容易引起爐底上漲。低槍位易于造成渣液面劇烈波動,對渣的沖擊面積小,沖擊深度增大,供給的能量大部分消耗于熔池內(nèi)部, 有利于轉(zhuǎn)爐的下部濺渣,同時由于渣滴能量大,也可濺到爐口。濺渣時槍位控制要根據(jù)爐渣的流動性和所要濺的部位而定。通常情況采取前高后低方法,既保證了爐渣的形成,濺渣效果也好,且可防止爐底上漲。轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)的現(xiàn)狀目前國外采用濺渣護爐技術(shù)的轉(zhuǎn)爐爐齡已平均達到20000爐以上,美國伊斯帕特內(nèi)陸鋼公司轉(zhuǎn)爐的爐齡最高已達36000爐。國外某些鋼廠的管理人員甚至認為30000爐將成為轉(zhuǎn)爐的標準爐齡。國內(nèi)冶金工作者在積極摸索適合自身特點

10、的濺渣護爐工藝上取得了巨大進步,開發(fā)出了適合不同爐型和工藝條件的濺渣護爐工藝方案。目前我國復吹轉(zhuǎn)爐的爐齡已超過30000爐我國由于轉(zhuǎn)爐容量小(以3050t 為主) 、鐵液條件差(硅含量偏高、硫含量波動較大,某些企業(yè)還采用中磷鐵液或提釩后的半鋼煉鋼) 、裝備水平低(一般無鐵液預處理設(shè)備、未采用計算機控制等) 、生產(chǎn)節(jié)奏快(一般冶煉時間少于30min,生產(chǎn)負荷大)等,使得我國轉(zhuǎn)爐的濺渣護爐具有不同于國外的自身特點。我國自1996年開展濺渣護爐技術(shù)研究以來,迅速開發(fā)了適合于中國國情的各種轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù),已使我國轉(zhuǎn)爐的爐齡發(fā)生了質(zhì)的飛躍,與采用濺渣技術(shù)前相比,我國轉(zhuǎn)爐齡提高了510倍。目前我國轉(zhuǎn)爐平

11、均爐齡已接近萬爐,同時我國在小型轉(zhuǎn)爐、半鋼冶煉轉(zhuǎn)爐及復吹轉(zhuǎn)爐領(lǐng)域的濺渣護爐技術(shù),居世界前列,已形成具有中國特色的專利技術(shù)。3. 1小型轉(zhuǎn)爐濺渣護爐的現(xiàn)狀及特點小型轉(zhuǎn)爐在我國已達200座以上,在我國的煉鋼生產(chǎn)能力中占較大的比重。這類轉(zhuǎn)爐鐵液及副原料一般質(zhì)量較差,鐵液Si 波動大;生產(chǎn)率高、冶煉周期短,班產(chǎn)爐數(shù)高;鐵液普遍不進行預處理,轉(zhuǎn)爐冶煉脫硫、脫磷負荷大;無精煉設(shè)施,為適應連鑄的節(jié)奏要求,出鋼溫度一般高達1700 ;由于濺渣頻率高,N2 普遍不足。這些因素使得小型轉(zhuǎn)爐濺渣時間短、爐渣溫度高及渣中TFe高。我國煉鋼工作者結(jié)合上述國情,開發(fā)出了適用于小型轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)。(1) 優(yōu)化煉鋼工

12、藝,控制過程溫度及終點溫度。優(yōu)化供氧制度,降低過程槍位,減少渣中TFe。同時加強管理,保證足夠的濺渣頻率及濺渣時間。(2) 注重對終渣的調(diào)整。調(diào)渣劑除采用常規(guī)輕燒白云石等,普遍采用含碳爐渣改質(zhì)劑(碳含量一般在15%40%) ,保證渣中MgO含量超過飽和值,同時調(diào)整爐渣粘度和過熱度,使之適于爐膛噴濺掛渣,并降低終渣的氧化鐵及溫度,減少高FeO對濺渣層的侵蝕。(3) 采用優(yōu)質(zhì)材料做轉(zhuǎn)爐絕熱層(如采用低絕熱系數(shù)的多晶纖維板) ,減少爐殼變形。通過上述轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的開發(fā),我國的小型轉(zhuǎn)爐的爐齡普遍已達10000爐,最高爐齡已超過25000爐。3. 2半鋼冶煉轉(zhuǎn)爐濺渣護爐的現(xiàn)狀及特點我國攀鋼

13、和承鋼是采用半鋼(經(jīng)提釩后的鐵液)冶煉工藝的典型廠家,由于此類鐵液含碳低(一般小于3. 5%) 、鐵液的含Si 量僅為痕跡(一般小于0. 03%) ,造成煉鋼熱量不足。同時由于在造渣過程中,SiO2 、TiO2 等酸性氧化物來源少,致使渣系單一,初渣形成困難,終渣堿度高達6. 5以上,所以煉鋼化渣困難。為了降低爐渣的熔點和粘度,半鋼冶煉必須依靠大量生成的FeO溶解石灰,保證脫磷、脫硫效果,故形成了冶金性能不良的鐵- 鈣渣系,嚴重影響了濺渣護爐作用的充分發(fā)揮。針對半鋼冶煉的特點,開發(fā)了如下的濺渣工藝:(1) 選用合適的調(diào)渣劑。由于半鋼冶煉堿度很高,對化渣不利,因此有效調(diào)整第一批渣料中含SiO2酸

14、性材料的用量,以控制前期爐渣的堿度非常重要。攀鋼半鋼冶煉在吹煉前期分別加入輕燒白云石和富錳礦,使爐渣中具有一定量的MgO和MnO含量,以加速初渣的快速形成,同時相應降低了渣中的TFe。(2) 根據(jù)終點C和終渣TFe以及出鋼溫度,合理控制終渣MgO含量。對于高中碳鋼,由于終點C較高,TFe較低(8%14%) ,出鋼溫度僅為16101640 ,所以將終渣MgO含量控制在7%9%就能達到終渣調(diào)質(zhì)的目的。對于低碳鋼,渣中TFe含量為15%23%,出鋼溫度高達1 6401710 ,需將MgO含量控制在9%12%,才能將渣做粘。(3) 優(yōu)化冶煉工藝,控制終渣FeO含量。半鋼煉鋼由于缺少熱量,經(jīng)常采用后吹來

15、提高鋼液溫度,終點渣過氧化現(xiàn)象十分嚴重,TFe高達25%30%。采取如下措施降低終渣TFe: 優(yōu)化提釩工藝,提高半鋼質(zhì)量,使入轉(zhuǎn)爐的半鋼C 3. 4%,溫度1280 。承鋼在提釩過程中通過有效控制冷料的加入量,已可將半鋼的入爐溫度穩(wěn)定在1350 ; 采用熱補措施。承鋼在轉(zhuǎn)爐吹煉前,根據(jù)半鋼條件,加入類石墨或無煙煤,以增加半鋼冶煉時的熱收入,取得了很好的效果; 控制過程的爐渣堿度,避免長時間高槍位操作,渣中的TFe可降低2%3%。通過工藝優(yōu)化,攀鋼和承鋼的半鋼轉(zhuǎn)爐爐齡均已超過10000爐,據(jù)估算,相當于普鐵煉鋼30000爐,已達到了世界含釩、鈦轉(zhuǎn)爐(半鋼)冶煉的一流水平。3. 3復吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐

16、的現(xiàn)狀及特點轉(zhuǎn)爐采用濺渣護爐使得爐齡大幅度提高后,帶來的一個問題是底吹供氣元件壽命不能同步提高,因此,美國采用轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)后,犧牲了復吹工藝。日本和歐洲等國家為保留復吹工藝,只好犧牲了濺渣技術(shù)。我國武漢鋼鐵公司和鋼鐵研究總院共同開發(fā)的復吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù),已成功地解決了保持復吹轉(zhuǎn)爐底吹供氣元件壽命與轉(zhuǎn)爐爐齡同步這一國際煉鋼生產(chǎn)中的重大難題。1) 注重對爐渣的控制。轉(zhuǎn)爐出鋼后針對爐渣中不同的FeO含量,加入適量不同種類的調(diào)渣改質(zhì)劑,控制終渣MgO含量,使爐渣具有合適的粘度、溫度及耐火度。冶煉前期用石灰及輕燒白云石濺渣,控制過程渣MgO含量在6%8%的范圍;冶煉后期采用高MgO爐渣操作工藝。(

17、2) 保護底部供氣元件的技術(shù)措施,是在爐役初期通過造粘渣和控制噴嘴出口處的熱平衡,來使供氣元件盡早在出口處形成透氣蘑菇頭16。生成的蘑菇頭既能保證底部供氣量,可以在煉鋼所需的供氣范圍內(nèi)靈活調(diào)整,又能達到保護供氣元件不被侵蝕的目的。同時開發(fā)并采用供氣效果更加穩(wěn)定、更加容易維護的新型底吹供氣元件。(3) 嚴格控制爐膛內(nèi)型形狀和爐底形狀及蘑菇頭的大小和厚度,確保底部噴嘴暢通,不被堵塞和過分蝕損。同時通過調(diào)整冶煉鋼種和改變?yōu)R渣頻率來控制爐底的高度,避免爐底過度上漲。轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)的發(fā)展我國濺渣護爐技術(shù)存在的問題和發(fā)展方向我國開展濺渣護爐技術(shù)以來,取得了舉世矚目的成績。在半鋼冶煉、小型轉(zhuǎn)爐煉鋼及復吹轉(zhuǎn)爐領(lǐng)域的濺渣護爐技術(shù)已走在世界的前列。但也存在不足:如調(diào)渣劑的選擇還不是很合理,調(diào)渣工藝還不能根據(jù)爐渣成分動態(tài)調(diào)整;濺渣氮氣源不足,不能保證足夠的濺渣頻率及時間等。今后,我們應進一步優(yōu)化爐渣的調(diào)質(zhì)及改質(zhì)工藝,力爭實現(xiàn)動態(tài)及時調(diào)渣,并積極尋求價格更加便宜的調(diào)渣劑及改質(zhì)劑。同時積極開發(fā)濺渣護爐自動化技術(shù),以實現(xiàn)自動根據(jù)爐渣狀況,自動控制濺渣時間及槍位自動濺渣。濺渣護爐充分利用了轉(zhuǎn)爐終渣并采用氮氣作為噴吹動力,是轉(zhuǎn)爐技術(shù)一個大的進步。采用濺渣