申 斌
(安陽鋼鐵股份有限公司)
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。
1.1.1 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]。
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。
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。
2.1.1 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。
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。
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。
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(bǔ)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(bǔ)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]。
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。
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
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(qiáng)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(bǔ)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.