100t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐控制實踐

李 升，郝志偉，韓小強

(河北津西鋼鐵集團股份有限公司，河北 唐山064300)

濺渣護爐技術(shù)是一項非常成熟而普遍的技術(shù)，而濺渣護爐的理念就是在生產(chǎn)過程中對轉(zhuǎn)爐進行維護，通過濺渣而減緩爐襯的蝕損，從而達到提高爐齡的目的。為此我們提出了“煉一爐能夠濺一爐，濺一爐能夠煉一爐”的觀點，使轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)正液面煉鋼的良性循環(huán)。然而在爐役后期只采用濺渣是不能滿足生產(chǎn)需要的，墊料和噴補頻繁而使煉鋼成本增加，所以轉(zhuǎn)爐的爐齡并不是越高越好，因此有人提出了經(jīng)濟爐齡的概念，轉(zhuǎn)爐的每個爐役期不再是刻意地追求最高爐齡，而是追求最合理的爐齡達到成本的最優(yōu)的控制目標(biāo)。

目前，津西股份煉鋼廠擁有轉(zhuǎn)爐6座，LF爐2座，連鑄機7臺，涉及到方坯、板坯和異型坯，形成了轉(zhuǎn)爐－精煉－連鑄－鑄坯熱送的完整工藝流程。而整個大生產(chǎn)工藝過程中轉(zhuǎn)爐冶煉是非常重要的一個環(huán)節(jié)。深入研究濺渣護爐的機理和影響使用實踐，通過濺渣護爐技術(shù)減少整個爐役后期墊料和噴補的次數(shù)，是穩(wěn)定生產(chǎn)的前提，也為提高鋼水質(zhì)量，降低成本消耗提供了保證。

1 濺渣護爐的機理［1］

1.1 濺渣層與鎂碳磚的結(jié)合機理

濺渣過程中由于揚析作用，低熔點液態(tài)C2F爐渣首先被噴濺在粗糙的鎂碳磚表面，沿著C燒損后形成的孔隙向耐火材料內(nèi)部擴散，與周圍的高溫MgO晶粒發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)形成燒結(jié)層。

濺渣氮氣攜帶的顆粒狀高熔點C2S和MgO結(jié)晶渣粒沖擊在粗糙的耐火材料表面，并被鑲嵌在渣－磚表面上，進而與C2F渣滴反應(yīng)，燒結(jié)在爐襯的表面形成結(jié)合層。

以低熔點的C2F和MgO磚燒結(jié)層為紐帶，以機械鑲嵌的高熔點C2S和MgO渣粒為骨架形成一定強度的渣－磚結(jié)合表面。在此表面上繼續(xù)濺渣，沉積冷卻形成以RO相為結(jié)合相以C2S、C3S和MgO相顆粒為骨架的濺渣層。

1.2 濺渣層的蝕損機理

濺渣層熔損率主要與濺渣層中的TFe含量有關(guān)，TFe愈高，蝕損越嚴(yán)重。MgO在渣中的作用，一方面稠化爐渣，另一方面可以吸收渣中的FeOx并與之形成固溶體。因此從工藝上可調(diào)整濺渣層的TFe、堿度R和MgO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)以提高濺渣層的強固性以減少蝕損，也就是強調(diào)減少渣中的液相量或提高固－液比。

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中對濺渣層的侵蝕主要發(fā)生在轉(zhuǎn)爐吹煉的后期，終點渣對濺渣層的侵蝕主要表現(xiàn)為高溫熔化和高FeOx爐渣的化學(xué)侵蝕，所以合理地控制終渣的成分和出鋼溫度是提高爐齡的關(guān)鍵。

2 影響濺渣的工藝條件

2.1 鐵水條件的影響

鐵水是冶煉的主要原料，鐵水的好壞直接影響冶煉和濺渣的好壞。鐵水中的Si含量偏高時，對冶煉和濺渣都有影響。硅是一種強的發(fā)熱元素，化學(xué)熱高冶煉前期溫度上升快，起渣快，所以既要分批加入爐料控制溫度平穩(wěn)上升，杜絕噴濺，又要加入含鎂料減少熔渣對爐襯的化學(xué)侵蝕，前期爐內(nèi)溫度較低，而且生成產(chǎn)物也是高熔點的物質(zhì)，所以前期渣層侵蝕不太嚴(yán)重。硅高鐵水終渣渣量較大，為了保證最合理的濺渣層厚度，一般為10～20mm。必須有一個合理的留渣量，而留渣量取決于:熔渣的可濺性、濺渣層的厚度與均勻性、濺渣時間的長短和濺渣成本。根據(jù)國內(nèi)的濺渣實踐，合理的留渣量可根據(jù)轉(zhuǎn)爐的具體尺寸和容量按式計算:

式中QS－轉(zhuǎn)爐留渣量，t/爐

W－轉(zhuǎn)爐公稱噸位，t［2］。

Mn含量偏高時，冶煉時使?fàn)t渣的黏度降低，流動性變強，極易形成泡沫渣引起噴濺，冶煉過程中為了抑制噴濺分批調(diào)料，終渣渣量增加，黏度較低，根據(jù)適時狀況適當(dāng)?shù)倪M行調(diào)料，適當(dāng)留渣為下一爐濺渣做好準(zhǔn)備。

鐵水中P含量偏高時，冶煉過程中三高一低的條件，高FeO對渣層和爐襯侵蝕嚴(yán)重，而終渣氧化性高(TFe＞20%)的爐渣黏度低(＜0.1Pa×S)，濺渣時起渣時間長，濺渣層薄易脫落，濺渣層熔點低不耐侵蝕［3］。

鐵水中S偏高時，冶煉出鋼溫度較高，而高溫對渣層和爐襯侵蝕嚴(yán)重。硫高的鐵水冶煉過程中為了保證鋼水的合格，需要高堿度大渣量操作，因此要留渣適量而濺渣。

2.2 冶煉操作的影響因素

兌鐵和加廢鋼對轉(zhuǎn)爐的渣層和爐襯的損傷是不可避免的，一般先加入廢鋼后兌鐵來降低對渣層和爐襯的損傷，因為鐵水的沖刷比廢鋼的撞擊損傷要嚴(yán)重。對廢鋼的管理要嚴(yán)格塊度不得超過500mm否則有可能對爐襯造成難以恢復(fù)的撞傷。

冶煉反應(yīng)可以說是熔池反應(yīng)，熔池變形反應(yīng)區(qū)出現(xiàn)畸形，冶煉反應(yīng)過程中出現(xiàn)湍流或死區(qū)，不但影響鋼水質(zhì)量而且還會使渣層和爐襯不均勻地蝕損，很難在濺渣的過程中完全修復(fù)，必要時不得已采取墊料和補爐的方式解決，然而補爐墊料頻繁容易造成爐底上漲液面升高。

津西股份煉鋼二廠跟蹤統(tǒng)計了500個班次的轉(zhuǎn)爐液面高度與轉(zhuǎn)爐渣樣的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 液面與渣樣組分的關(guān)系

液面過高時渣中氧化鐵的含量急劇增加，而TFe含量是影響濺渣的關(guān)鍵因素之一。所以液面過高時不但影響轉(zhuǎn)爐的鋼鐵料而且使渣層和爐襯侵蝕部位上移到爐帽。濺渣時可以降低槍位和延長低槍位時間，保證爐帽的濺渣效果［4］。

爐內(nèi)剩鋼在濺渣時，鋼水就會被濺成不等的鋼塊而鑲嵌在渣層中，在下爐次冶煉過程中極易熔化而蝕損渣層和爐襯。一種方法采用高槍位濺渣使鋼水凝在爐底，但有增大了爐底上漲的可能性;另一種方法是倒出一部分渣直接冶煉而不濺渣。

2.3 濺渣對爐渣的要求

濺渣護爐對終渣成分要求具有較高的堿度(3.0～3.5)，MgO含量達到飽和或過飽和，較低的FeOx(13%～15%)。一般爐渣成分大概范圍如表1。

表1 爐渣成分范圍

其主要組元CaO、SiO2、MnO、MgO和FeO大約占爐渣總量的95%。濺渣對爐渣的黏度也有具體要求，一般粘度相當(dāng)于輕機油。

3 濺渣護爐控制工藝

3.1 濺渣護爐基本操作工藝

濺渣護爐的主要控制工藝參數(shù)是氮氣流量、濺渣時間和濺渣槍位。其中氮氣流量的控制是控制濺渣成本和濺渣效果的關(guān)鍵之一。

然而在實踐的生產(chǎn)過程中確定合理的濺渣工藝參數(shù)，主要考慮的是爐型尺寸和噴吹參數(shù)兩點。濺渣參數(shù)由噴吹參數(shù)(Qh/dt)0.33和濺渣時間t的乘積確定。濺渣參數(shù)反映出對于確定的轉(zhuǎn)爐參數(shù)(Hd/D)，濺渣所需的氮氣量。轉(zhuǎn)爐參數(shù)與濺渣參數(shù)間的經(jīng)驗關(guān)系式如下:

Hd/D=13.77+0.73(Qh/dt)0.33t

H－轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯高度，mm

dt－噴槍喉口直徑(對單三式噴槍可取d=1/3d喉，mm

D－轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯直徑，mm

Q－N2氣噴吹流量，m3/min

h－噴槍高度(濺渣槍位)，mm

t－濺渣時間，min

濺渣時間一般定為2.5～4min。濺渣時間過短爐渣沒有得到充分的冷卻和混勻，爐渣條件比較差，起不到護爐的作用;濺渣時間過長，爐襯掛渣多，但也容易造成爐底上漲和粘槍［1］。

濺渣槍位控制根據(jù)濺渣部位、濺渣時間、起渣狀況適時調(diào)整。槍位的控制遵循一個原則:高濺低位，低濺高位。

3.2 底吹的控制

底吹對濺渣量的影響不大，底吹在濺渣中的主要作用是保證底吹不堵，延長底吹的壽命，另外由于底吹的存在加大了爐渣的活躍性，加快了爐渣的冷卻有助于起渣，使?fàn)t渣程規(guī)律性運動［5］。

3.3 濺渣護爐對冶煉操作和鋼質(zhì)量的影響

濺渣護爐工藝使?fàn)t渣MgO含量有不同程度的提高，而濺渣層大部分都溶入下一爐次。這樣是否會增加鋼水中有害元素含量是濺渣護爐技術(shù)研究的重要問題。

其中磷在鋼渣中的分配系數(shù)受到爐渣的堿度，氧化鐵含量和溫度的影響。MgO含量對脫磷沒有直接影響，影響脫磷效果的主要因素仍然是堿度和氧化鐵含量［6］。

從動力學(xué)方面考慮，主要是通過其對爐渣流動性的作用來影響爐渣的脫磷。同樣采用濺渣護爐技術(shù)后，只要鋼中的MgO含量控制合適，鋼中的氮、氧、硫的含量都不會增加，因此對鋼的質(zhì)量不會產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

(1)優(yōu)化入爐料的條件，鐵水成份控制在精料入爐可以降低轉(zhuǎn)爐操作的難度，提高一倒率，減少噴濺，提高爐齡穩(wěn)定爐況，有利于降低成本和穩(wěn)定質(zhì)量。

(2)穩(wěn)定冶煉操作，合理控制終渣成分，根據(jù)終渣狀況進行調(diào)渣濺渣，大大降低噴濺和墊料的次數(shù)，不僅提高了爐況而且穩(wěn)定了生產(chǎn)降低了成本。

(3)合理控制濺渣工藝，是轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)正值操作，達到了成本和質(zhì)量最優(yōu)的控制目標(biāo)。

［1］蘇天森，劉瀏，王維興，等.轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)［M］.北京冶金工業(yè)出版社，1999.3(66－84)(105).

［2］武鋼第二煉鋼廠編著.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐實用技術(shù)［M］.北京冶金工業(yè)出版社，2004.4(10).

［3］陳元學(xué)，張義才.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐工藝優(yōu)化［J］.煉鋼，2009，12(6).

［4］馬勇，耿繼雙，徐延浩.100t轉(zhuǎn)爐濺渣護爐工藝研究［J］.遼寧科技大學(xué)學(xué)報。2010.2(1).

［5］廖廣富，等.210t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣護爐模擬研究［J］.過程工程學(xué)報。2011.2.

［6］陳家祥，等.鋼鐵冶金學(xué)［M］.北京冶金工業(yè)出版社，2004.9(102－107)。