轉(zhuǎn)爐爐底上漲原因分析及防治措施

申 斌

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼第二煉軋廠有3座150 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐齡平均超過10000爐，在生產(chǎn)過程中由于操作不當(dāng)?shù)榷喾矫嬖蚨疝D(zhuǎn)爐爐底上漲使得爐容比減小，給正常生產(chǎn)帶來較大影響，例如爐底上漲造成底吹透氣磚堵塞，氧、副槍口嚴(yán)重結(jié)渣，進(jìn)而引起鋼鐵料消耗、合金料消耗成本波動。針對此現(xiàn)象，安鋼第二煉軋廠結(jié)合生產(chǎn)實際，查找及分析其產(chǎn)生的原因并提出了相應(yīng)的控制與防范措施，從而使?fàn)t底上漲得到了有效控制。

1 爐底上漲的原因分析

1.1 濺渣護(hù)爐的影響

1.1.1 濺渣護(hù)爐原理

濺渣護(hù)爐技術(shù)原理是在轉(zhuǎn)爐出鋼后，將熔渣中MgO含量調(diào)整到飽和或過飽和值，再通過高壓N2的吹濺，使其附著于轉(zhuǎn)爐爐襯，形成一層厚厚的耐蝕性好、可抑制爐襯磚表面脫碳氧化的濺渣層(如圖1所示)。從而可達(dá)到保護(hù)爐襯，降低耐火材料損耗速度，提高爐齡的目的。

1.1.2 渣護(hù)爐技術(shù)對轉(zhuǎn)爐爐底的影響

圖1 濺渣護(hù)爐原理圖

濺渣護(hù)爐技術(shù)的應(yīng)用大幅提高轉(zhuǎn)爐爐齡的同時也嚴(yán)重影響到爐底上漲，大幅降低了復(fù)吹率和底部供氣元件的一次性使用壽命。其主要原因是濺渣用終渣堿度高，MgO含量達(dá)到或超過飽和值，出鋼后有MgO結(jié)晶以及高熔點礦物C2S、C3S析出，濺渣時熔渣不能完全附著于爐襯，剩余部分都滯留并粘附于爐底，引起爐底上漲。尤其是復(fù)吹工藝濺渣時，底部仍然供氣，上、下吹入的都是冷風(fēng)，爐溫又有降低，熔渣進(jìn)一步變黏;高熔點晶體C2S、C3S發(fā)育長大，并包圍著MgO晶體或固體顆粒，形成一層堅硬的致密層，堵塞底吹透氣磚噴孔并引發(fā)轉(zhuǎn)爐爐底惡性上漲［1］。

1.2 氧氣射流沖擊深度不足

氧氣射流沖擊深度對熔池攪拌能力、爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)以及對爐底上漲與否有著直接聯(lián)系。氧槍槍位控制偏高，氧氣射流對熔池動力學(xué)攪拌能減小，導(dǎo)致爐底上漲;由于鐵水條件不同吹煉時工作氧壓、氧氣流量也不同，這些都對氧氣射流有著嚴(yán)重影響。氧氣流量大，噴頭射流夾角減小會促使流股間相互牽引力的增加，流股靠攏的趨勢明顯，沖擊深度變大，停滯區(qū)減小，爐底上漲緩慢，反之，氧氣流量小，爐底則容易上漲。

1.3 爐渣成分以及操作不當(dāng)?shù)挠绊?/h3>

在煉鋼操作中，由于操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐蛇^程化渣不良以及終渣粘稠，在濺渣操作時，由于未能根據(jù)實際終渣情況合理調(diào)整濺渣槍位及流量，影響氮氣流股對爐渣的沖擊力度，致使?fàn)t渣不能充分飛濺至爐膛內(nèi)襯表面，而大部分爐渣被冷卻粘附于爐底，導(dǎo)致爐底上漲。

綜上所述，由于氧槍槍位、流量控制不當(dāng)，氧氣射流沖擊深度不足，爐內(nèi)金屬液循環(huán)力度不足以及濺渣操作不當(dāng)?shù)榷喾矫嬉蛩刂率逛撛鼫魻t底，造成爐底的惡性上漲。

2 防止?fàn)t底上漲的措施

2.1 規(guī)范濺渣護(hù)爐操作

2.1.1 合理進(jìn)行終渣控制

為了既不漲爐底又保證良好的濺渣效果，轉(zhuǎn)爐終渣選擇應(yīng)著重選擇合理的渣相熔點。其中熔渣堿度應(yīng)選擇控制在2.8～3.2為好，終渣MgO含量應(yīng)在保證出鋼溫度前提下超過飽和值，一般控制在9%～10%。這樣轉(zhuǎn)爐終渣C2S及C3S之和可以達(dá)到70%～75%有利于濺渣層耐火度的提高，濺渣層不易脫落。爐渣SiO2-CaO-FeO三元相圖如圖2所示。

圖2 爐渣SiO2-CaO-FeO三元相圖

復(fù)吹轉(zhuǎn)爐應(yīng)在冶煉后期采用高M(jìn)gO爐渣操作工藝，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含量在6%～8%的范圍。

2.2 吹煉及濺渣操作時槍位的合理控制

當(dāng)氧槍噴頭參數(shù)一定時，沖擊深度與氧槍噴頭距離熔渣液面的高低也有關(guān)系，合理的槍位控制對濺渣操作至關(guān)重要。沖擊深度計算公式為：

式中：H——沖擊深度;

R、B——系數(shù);

Ar——阿基米德準(zhǔn)數(shù);

Dh——氧槍高度為h時氧射流的直徑;

De——噴頭出口直徑;

h——噴頭距液面高度。

在實踐生產(chǎn)中安鋼第二煉軋廠規(guī)定每個班次必須實測一次爐底，實時動態(tài)掌控轉(zhuǎn)爐爐襯以及爐底侵蝕的具體情況，根據(jù)實測爐底情況動態(tài)調(diào)整槍位和造渣制度，在轉(zhuǎn)爐吹煉中做到早化渣化好渣，既滿足冶煉工藝要求保證鋼水成分的合理控制，同時又不損傷爐況以及造成爐底波動，在濺渣操作中保證良好的濺渣效果的同時減小因不當(dāng)操作而引起的爐底上漲。

2.3 合理冶煉高低碳鋼種實現(xiàn)爐底動態(tài)控制

針對爐底上漲以及爐底高度的實際情況，安鋼第二煉軋廠在生產(chǎn)安排上將高低碳鋼種交叉進(jìn)行，保證不會因過多冶煉高碳鋼而引起爐底上漲，也不因過多的低碳鋼冶煉而引起爐底及爐況的過多侵蝕。

2.4 洗爐底操作

連續(xù)10爐看不見底部供氣元件，安鋼第二煉軋廠要對爐底進(jìn)行補救處理，必要時進(jìn)行洗爐底操作，洗爐底操作采取勤、輕處理原則。具體措施為，在出鋼結(jié)束后，將鋼渣倒出，爐子搖會零位，氧槍下到下極限點，氧氣流量控制在20000 Nm3/h左右，供氧3 min～4 min進(jìn)行爐底吹掃。用氧氣射流對爐底進(jìn)行直接的吹掃侵蝕，將上漲的部分在氧氣射流的侵蝕作用下熔化，最后將吹掃出來的熔渣倒出，使?fàn)t底回歸合理高度。這種方法是對爐底上漲的一種及時補救措施，既不影響生產(chǎn)節(jié)奏，又能實現(xiàn)爐底的動態(tài)控制［2］。

3 爐底的控制效果

安鋼第二煉軋廠通過對爐底上漲的原因分析，規(guī)范操作，每班對爐底高度進(jìn)行測量，合理的調(diào)整供氧制度，優(yōu)化濺渣工藝，注重生產(chǎn)計劃中高低碳鋼種的交叉安排，有效的防止了轉(zhuǎn)爐爐底的上漲。當(dāng)爐底上漲較嚴(yán)重時，根據(jù)上漲幅度大小及時組織洗爐底操作，成功實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐爐底±100 mm范圍內(nèi)的有效控制。安鋼第二煉軋廠1#150 t轉(zhuǎn)爐至開新爐以來目前已經(jīng)生產(chǎn)將近3000爐，爐底液位高度控制在880 mm～900 mm的比例達(dá)到95%以上，實現(xiàn)了爐底高度較好的控制。

爐底高度的良好的控制是保證轉(zhuǎn)爐底吹效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，爐底高度可控，可以保證底吹效果良好，改善碳氧反應(yīng)的動力學(xué)條件，加速冶金反應(yīng)過程，使反應(yīng)更加接近平衡，減少噴濺等事故的發(fā)生，可明顯降低鐵合金和爐料消耗。安鋼150 t轉(zhuǎn)爐通過爐底高度的有效控制，取得了良好的冶金效果。

3.1 終點［C］·［O］積低

爐底高度控制穩(wěn)定，可以保證底吹透氣效果較好，可以直接從轉(zhuǎn)爐冶煉終點［C］·［O］積反應(yīng)，良好的底吹效果可以促進(jìn)鋼水中氧與碳的反應(yīng)，降低鋼中氧含量，從而降低［C］·［O］積。測定了300爐某牌號鋼種終點［C］和自由［O］含量，終點溫度平均為1650℃，終點［C］含量為0.04-0.06%，［C］·［O］積平均為0.00235如圖3所示。

圖3 終點鋼水［C］和［O］含量關(guān)系

4 結(jié)論

1)由于氧槍槍位、流量控制不當(dāng)，氧氣射流沖擊深度不足，爐內(nèi)金屬液循環(huán)力度不足以及濺渣操作不當(dāng)?shù)榷喾矫嬉蛩刂率逛撛鼫魻t底，造成爐底的惡性上漲。

2)通過對轉(zhuǎn)爐冶煉終渣的合理控制，加強濺渣護(hù)爐技術(shù)的正確操作，動態(tài)調(diào)整裝入量并注重高低碳鋼種的穿插冶煉可有效預(yù)防轉(zhuǎn)爐爐底的上漲。

3)當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐底出現(xiàn)上漲趨勢時，宜首先采用調(diào)整吹煉工藝與造渣工藝的方式進(jìn)行補救處理。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐底已出現(xiàn)大幅度上漲，調(diào)整操作工藝已不能完全去除上漲的爐底時，則可采取洗爐底方式進(jìn)行處理，保證轉(zhuǎn)爐爐底回歸合理高度。

［1］ 陳元學(xué)，張義才.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝優(yōu)化.煉鋼，2009(6)：22-25.

［2］ 馮捷，張紅文.轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008：156-173.