轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝的研究與應(yīng)用

朱元濤

（山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271612）

目前轉(zhuǎn)爐實行爐爐濺渣工藝，在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)爐底波動大、爐帽過厚、熔池侵蝕嚴(yán)重等不利于轉(zhuǎn)爐冶煉的現(xiàn)象，導(dǎo)致停爐換包時修補(bǔ)熔池侵蝕部位，停爐時間長，影響產(chǎn)能降低、補(bǔ)爐料消耗升高，同時爐型發(fā)生變化后，影響冶煉穩(wěn)定性噴濺、溢渣嚴(yán)重。為穩(wěn)定爐型，縮短轉(zhuǎn)爐停爐輔助時間，降低補(bǔ)爐料消耗等，一煉鋼成立技術(shù)攻關(guān)小組，在改進(jìn)濺渣層質(zhì)量，優(yōu)化氮?dú)鈮毫Α⒘髁颗c槍位，控制合理的留渣量等三方面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，綜合生產(chǎn)成本降低。

1 濺渣護(hù)爐工藝原理

1.1 濺渣護(hù)爐分析

初期渣對爐襯的侵蝕在轉(zhuǎn)爐冶煉初期，首先是鐵水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度較緩慢（石灰活性度低時更差），爐渣堿度的提高需要一個較長的過程，在低堿度階段爐渣對爐襯的侵蝕較嚴(yán)重。因為在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了爐襯中MgO的熔解速度。因此，在初期加入白云石造渣，使渣中有一定的MgO可以減輕對爐襯的化學(xué)侵蝕。實際生產(chǎn)中，濺渣層為高熔點(diǎn)的C2S和MgO結(jié)晶體，熔化溫度較高。由于冶煉初期溫度較低，濺渣層為不明顯熔化。初期渣對濺渣層的侵蝕較弱，當(dāng)渣中FeO含量相同時，高鈣渣的侵蝕速度明顯高于高鎂渣。因此提高濺渣層的堿度或MgO含量，均有利于減輕爐渣的侵蝕。

對轉(zhuǎn)爐濺渣層的侵蝕，主要發(fā)生在轉(zhuǎn)爐冶煉的中后期，轉(zhuǎn)爐冶煉過程渣和終渣對濺渣層的侵蝕機(jī)理主要表現(xiàn)為濺渣層的高溫熔化與高FeO對爐渣的化學(xué)侵蝕。而冶煉過程是轉(zhuǎn)爐爐渣堿度和熔池溫度升高的過程，因此盡可能的提高濺渣層抵抗轉(zhuǎn)爐終渣的侵蝕能力，合理控制終渣成分和出鋼溫度（終渣溫度是由出鋼溫度決定的），是發(fā)揮濺渣護(hù)爐技術(shù)效果的關(guān)鍵。

熔渣的成分決定了濺渣層的巖相結(jié)構(gòu)，而巖相結(jié)構(gòu)又決定了濺渣層的熔化溫度。當(dāng)堿度大于2時，全部或大部CaO和SiO2以高溫相析出，而在轉(zhuǎn)爐渣MgO-CaO-SiO2-FeO四元相圖中，以FeO為主的RO相和鐵酸鈣的低熔物出現(xiàn)，分布在方鎂石晶體（渣中MgO結(jié)晶）的周圍形成液膜，在煉鋼條件下促使濺渣層的高溫強(qiáng)度因液膜滑移而急劇下降，勢必降低抵抗轉(zhuǎn)爐渣滲透侵蝕的阻力。濺渣層中的低熔點(diǎn)相多時，抗侵蝕能力更低。

圖1 濺渣示意圖

要想濺渣層具備一定的耐火度和粘度，影響濺渣層質(zhì)量的因素有：終渣氧化性和溫度、濺渣流量和槍位、留渣量等，還要遵循一項“濺得起、粘得上、燒得牢”的原則。

“濺得起”就是要求能夠利用從噴孔出來的超音速氮?dú)馍淞饔行У貙t渣均勻的、有重點(diǎn)的濺到爐襯內(nèi)表面，形成一定厚度的濺渣初始階段主要為機(jī)械鑲嵌，燒結(jié)層形成以后，結(jié)合方式主要是機(jī)械鑲嵌。做好此步必須具備以下條件：合適的氮?dú)鈮毫?、合適濺渣槍位、合適的留渣量。

“粘得上”就是要求濺到各部位的爐渣能粘到爐襯上而滑不下來。為此必須做好以下幾點(diǎn)工作：合適的終點(diǎn)溫度、爐渣熔點(diǎn)和粘度、爐渣改質(zhì)、和鋼水出凈。

“燒得牢”就是要濺到爐襯表面的渣子在下一爐吹煉過程中能經(jīng)受主溫沖刷和侵蝕而不剝落，從而起到保護(hù)爐襯的作用。為此濺渣層必須有較高的熔點(diǎn)和達(dá)到一定厚度。

1.2 濺渣護(hù)爐對終渣控制的要求

濺渣護(hù)爐技術(shù)的應(yīng)用，對冶煉終渣提出了更高的要求，要求爐渣除了具有脫硫脫磷功能外，還要具備經(jīng)受冶煉過程中各個不同時期鋼水和爐渣侵蝕的能力，以保護(hù)爐襯。因此，濺渣層必須具備一定的耐火度和粘度，影響終渣耐火度的主要組分是堿度（CaO/SiO2）、MgO、FeO，這些因素取決于冶煉條件和鋼種。在爐渣組分確定以后，影響爐渣粘度的主要因素是溫度，因此，終渣控制的內(nèi)容包括溫度和化學(xué)成分。

1.2.1 終渣溫度

終渣溫度取決于出鋼溫度，以滿足澆注生產(chǎn)需要為前提。但在條件允許的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低終渣溫度（出鋼溫度）。終渣溫度高，爐渣的過熱度高、渣稀、流動性好，不利于濺渣。為保證濺渣效果，勢必延長濺渣時間。另外，溫度高濺渣層的低熔點(diǎn)相易熔化脫落，特別是對FeO含量較高的濺渣層更為重要。

1.2.2 堿度

從濺渣護(hù)爐的角度分析，希望堿度高一點(diǎn)，這樣轉(zhuǎn)爐終渣C2S及C3S之和可以達(dá)到70%～75%。這種化合物都是高熔點(diǎn)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，易反干影響脫磷和脫硫效果，且造成原材料浪費(fèi)，還容易造成爐底上漲。實踐證明，終渣堿度控制在2.8～3.2為好。

1.2.3 MgO含量

氧化鐵與氧化鈣所形成的化合物為低熔物質(zhì)，氧化鐵和氧化錳等組成的RO相融點(diǎn)也較低。但是MgO與FeO可以形成連續(xù)的固熔體，當(dāng)FeO達(dá)到50%時，此固熔體的熔點(diǎn)仍高于1800℃。MgO與Fe2O3能化合生成鐵酸鎂，此化合物又能與MgO反應(yīng)生成固熔體，都是耐高溫物質(zhì)，既便在Fe2O3含量達(dá)到70%時，其熔點(diǎn)仍在1800℃以上。如果MgO含量低氧化鐵就會與氧化鈣生成低熔點(diǎn)鐵酸鈣。因此終點(diǎn)必須保持一定的MgO含量，一般控制在9%～10%。

1.2.4 FeO含量

只要把濺渣前的MgO含量調(diào)整在合適的范圍，濺渣護(hù)爐對于終渣氧化鐵含量并無特殊要求，終渣氧化鐵無論高低都可取得較好的濺渣護(hù)爐效果。但終渣氧化鐵較低，渣中C2F（鐵酸鈣）少，RO相的熔化溫度高，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(hù)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 工藝優(yōu)化方案

2.1 改進(jìn)濺渣層質(zhì)量

（1）渣中FeO含量高低對爐襯侵蝕和濺渣效果有很大影響。渣中FeO的礦物組成大多為各類低熔點(diǎn)鐵酸鹽，熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于出鋼溫度，而且FeO含量越高，鐵酸鹽就越多，渣流動性就越好，對爐襯侵蝕作用加大且不容易附著在爐襯上。如果渣中FeO含量過低，又會造成轉(zhuǎn)爐造渣和去除P、S困難。因此操作中必須嚴(yán)格控制渣中FeO含量。

為降低渣中FeO含量，吹煉中做到：①溫度：前期溫度要低，過程升溫要慢要均勻，禁止出現(xiàn)過程高溫后再用冷料抑制溫度，大量冷卻劑加入后破壞了脫碳、脫磷渣系的情況。②大流量高槍位：大流量是為了整個熔池攪拌均勻，不出現(xiàn)攪拌死區(qū)或者氧化亞鐵聚集的現(xiàn)象，高槍位是為了增加渣中氧化亞鐵，杜絕或者減少返干。③后期要早提流量，早降槍，保證終渣氧化亞鐵的降低。

（2）終點(diǎn)溫度取決于出鋼溫度，以滿足澆注生產(chǎn)需要為前提。但在條件允許的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低終點(diǎn)溫度。終點(diǎn)溫度高，爐渣的過熱度高、渣稀、流動性好，不利于濺渣。為保證濺渣效果，勢必延長濺渣時間。另外，溫度高時低熔點(diǎn)的濺渣層容易熔化脫落，特別是對FeO含量較高的濺渣層更為重要。降低終點(diǎn)溫度是轉(zhuǎn)爐進(jìn)一步摸索的重點(diǎn)，出鋼溫度需穩(wěn)定在1620℃～1640℃。

所以，控制爐渣FeO含量和溫度是穩(wěn)定濺渣層的基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化濺渣工藝參數(shù)

優(yōu)化濺渣工藝參數(shù)，在提高熔池濺渣護(hù)爐效果同時，有效減少爐口及爐身積渣層過厚現(xiàn)象，保證轉(zhuǎn)爐爐型和爐體安全穩(wěn)定性。科學(xué)合理的爐型，對于供氧制度的優(yōu)化實施非常有利。轉(zhuǎn)爐冶煉過程是在高溫條件下進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)條件的創(chuàng)造決定了轉(zhuǎn)爐冶煉的過程控制及終點(diǎn)控制的好壞，而反應(yīng)條件就在于熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件，二者是相輔相存的，確定轉(zhuǎn)爐最佳爐型，就是給轉(zhuǎn)爐冶煉創(chuàng)造最佳的動力學(xué)條件。

為了在盡可能短的時間內(nèi)將爐渣均勻濺到整個爐襯表面而形成足夠厚度的致密濺渣層，必須控制好濺渣操作手段，即根據(jù)爐型尺寸，來控制氮?dú)鈮毫土髁?、槍位等?/p>

（1）氮?dú)鈮毫εc流量：理論來說，當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫土髁颗c氧氣工作壓力和流量接近時，可取得較好濺渣效果。

轉(zhuǎn)爐氮?dú)忾_吹總管壓力1.7MPa～2.1MPa，工作壓力1.4MPa～1.6MPa，流量27000m3/h～30000m3/h。

（2）槍位：槍位是非常重要的參數(shù)，它直接影響轉(zhuǎn)爐各部位的濺渣量。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。同時濺渣槍位將影響濺渣時間和效果。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。濺渣槍位將影響濺渣時間和效果。對于流動性較強(qiáng)的爐渣（爐渣FeO含量、溫度較高），前期的槍位控制主要以加速爐渣的稠化為目的，因為此時的爐渣即使濺到爐襯上也粘結(jié)不上；當(dāng)爐渣稠化到一定程度時，再降低槍位增加N2射流的動力，這樣既可縮短濺渣時間，又可提高濺渣效果；對于流動性適中的爐渣或稠渣，則將槍位調(diào)整到使?fàn)t渣產(chǎn)生最大功能的位置（這一高度可以通過爐口渣粒的密集程度和大小來確定），一般爐口有火光出現(xiàn)，爐口渣粒較稀，較小或沒有，說明爐渣較稀。

在具體濺渣槍位的操作中，槍位較低時，沖擊爐渣面積小，沖擊深度大，供給大部分能量用于穿透和攪拌渣池，濺起的渣量小，渣滴能量小。槍位過高則射流速度會減小，使其沖擊強(qiáng)度降低，同樣濺起的渣打量小，渣滴能量小，無法濺到爐膛上部。合適的槍位應(yīng)為：H/D=0.5-0.7

H：噴頭據(jù)離爐底距離；D：熔池直徑。

對于流動性較強(qiáng)的爐渣或稀渣（爐渣FeO含量和溫度較高），前期的槍位要高，控制主要是以加速爐渣的稠化為目的，因為此時的爐渣即使濺到爐襯上也粘結(jié)不上；當(dāng)爐渣稠化到一定程度時，再降低槍位，增加氮?dú)馍淞鞯膭恿Γ@樣既可縮短濺渣時間，又可提高濺渣效果。

結(jié)合到車間實際情況，濺渣前30s，是爐渣的孕育期，槍位適當(dāng)高一些（2～2.5米），然后槍位逐漸下降，仔細(xì)觀察爐口爐渣跳射狀況，可以上下調(diào)整槍位（范圍在1.5m～2m），促使轉(zhuǎn)爐各部位均有濺渣層，發(fā)現(xiàn)爐底有上漲趨勢，濺渣槍位則采用低槍位操作（范圍在1m～1.5m）。

2.3 爐內(nèi)合理的留渣量

合理的留渣量是濺渣護(hù)爐的重要參數(shù)。因為過少的留渣量會影響濺渣層的厚度和均勻性，尤其上部不均勻，甚至濺不上渣。相反過多留渣量會造成爐口粘渣、爐膛變形、爐底上漲，且浪費(fèi)濺渣料，增加成本。

優(yōu)化濺渣工藝參數(shù)，在提高熔池濺渣護(hù)爐效果同時，有效減少爐口及爐身積渣層過厚現(xiàn)象，保證轉(zhuǎn)爐爐型和爐體安全穩(wěn)定性?？茖W(xué)合理的爐型，對于供氧制度的優(yōu)化實施非常有利。轉(zhuǎn)爐冶煉過程是在高溫條件下進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)條件的創(chuàng)造決定了轉(zhuǎn)爐冶煉的過程控制及終點(diǎn)控制的好壞，而反應(yīng)條件就在于熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件，二者是相輔相存的，確定轉(zhuǎn)爐最佳爐型，就是給轉(zhuǎn)爐冶煉創(chuàng)造最佳的動力學(xué)條件。

3 結(jié)語

通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐濺渣工藝，轉(zhuǎn)爐爐體安全穩(wěn)定運(yùn)行，熔池未出現(xiàn)侵蝕擴(kuò)徑現(xiàn)象，爐殼溫度穩(wěn)定，每月熱換包平均5次，影響鋼產(chǎn)量增加，因濺渣護(hù)爐效果明顯，爐型穩(wěn)定，大面料補(bǔ)爐磚消耗降低，同時延長了爐體使用壽命。