转炉溅渣护炉技术十问

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转炉溅渣护炉技术十问

1．什么是转炉溅渣护炉技术?

转炉溅渣技术是近年来开发的一种提高炉龄的新技术。它是在20世纪70年代广泛应用过的、向炉渣中加入含MgO的造渣剂造黏渣挂渣护炉技术的基础上，利用氧枪喷吹高压氮气，在2—4min内将出钢后留在炉内的残余炉渣喷溅涂敷在整个转炉内衬表面上，形成炉渣保护层的护炉技术。该项技术可以大幅度提高转炉炉龄，且投资少、工艺简单、经济效益显著。

此项技术是由美国Praxair气体公司开发、在美国共和钢公司的GreatLakes(大湖)分厂最先应用，在大湖厂和GraniteCity厂实施后，并没有得到推广。1991年美国LTV公司的Indiana HaBOr厂用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂252t顶底复吹转炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到 0．37kg／t钢，喷补料成本节省66％，转炉作业率由1987年的 78％提高到1994年的97％。溅渣护炉技术能使炉衬在炉役期中相当长的时间内保持均衡，实现“永久性”炉衬。

2．溅渣护炉技术的基本原理是什么?

答：溅渣护炉技术的基本原理，是在转炉出钢后，调整余留终点渣成分，利用MgO含量达到饱和或过饱和的终点渣，通过高压氮气的吹溅，在炉衬表面形成一层与炉衬很好烧结附着的高熔点溅渣层，如图2—1所示。这个溅渣层耐蚀性较好，并可减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷，从而保护了炉衬砖，减缓其损坏程度，使得炉衬寿命得以提高。

3．溅渣护炉对炉渣的组成与性质有哪些要求?

答：炉渣成分是指构成炉渣的各种矿物的成分，它决定了炉渣的基本性质。一般说来，初期渣的主要成分是SiO2、MnO、CaO、MgO和FeO等，随着吹炼过程进行，石灰熔化、渣量增加，使SiO2、MnO的含量逐渐降低，CaO、MgO的含量逐渐增加。

炉渣的成分通常取决于铁水成分、终点钢水碳含量、供氧制度、造渣制度和冶炼工艺等因素。如吹炼低碳钢时，随钢中碳含量降低，炉渣的氧化性升高，渣中FeO含量有时高达30％；而吹炼高碳钢时，由于渣钢反应接近平衡，使渣中FeO含量很难提高。

对常温下炉渣组成的研究表明，炉渣是由硅酸盐、铁酸盐、

尖晶石、磷酸盐、铝酸盐、硫化物和自由氧化物等物相组成。

炉渣的性质可概况为以下4点：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(1)炉渣的熔化特性

炉渣的熔化温度与溅渣层的高温抗渣侵蚀密切相关。如果溅渣层具有较高的熔化温度，在吹炼后期不会因为熔池温度升高而被熔化滴落，将有助于提高溅渣层的使用寿命。通常转炉终渣熔化性温度在1450℃左右，炉渣中氧化铁愈高，熔化温度愈低。

(2)炉渣的黏度与流动性

炉渣黏度反映出炉渣内部相对运动时各层间的内摩擦力，是炉渣性质的一项重要指标。黏度直接影响着炉渣和渣—钢间的反应速率、流动传热能力。溅渣护炉对转炉终渣的黏度有着特殊的要求：黏度不能太高，以利于高压氮气流冲击炉渣将渣滴溅射到炉壁上；黏度也不能过低，使喷溅在炉衬上的炉渣层不容易流淌，而能与炉衬粘结，形成溅渣层。

值得注意得是，炉渣碱度在2．0—5．0之间时，MgO含量对炉渣流动性能影响不大。

(3)炉渣的表面张力与界面张力

炉渣的表面张力和渣一钢、渣一耐材间的界面张力也是熔渣的重要性质，前两者对冶金过程动力学及钢液、熔渣的乳化和分离、夹杂物去除等有密切关系；后者与炉渣对炉衬耐火材料侵蚀，溅渣层与炉衬耐火材料结合等有很大关系。

(4)MgO在炼钢炉渣中的饱和溶解度

无论对普通转炉，还是对采用溅渣护炉技术的转炉来说，炉渣MgO饱和度和溶解度都是非常重要的参数。实验表明，MgO在碱度为1的CaO—SiO2FeO渣系中以(Ca、Mg、Fe)O的形式与SiO2，在FeO含量为30％时，加入10％的MgO可降低熔点大约100℃。

4．顶吹转炉溅渣的工艺参数有哪些?

答：转炉溅渣是利用高速氮气射流冲击液态熔渣所产生的反作用力将渣滴溅起，飞溅到转炉炉衬上。因此，溅渣量主要取决于顶喷氮气射流冲击熔池的搅拌能大小。溅渣效果主要与枪位、氮气流量(压力)、渣量和顶枪喷孔夹角等因素有关。因此，溅渣工艺参数主要包括：

(1)喷吹氮气的流量(工作压力)；

(2)最佳的喷吹枪位；

(3)合适的留渣量；

(4)适宜的喷枪结构和尺寸参数(如喷孔数目、喷孔夹角和喷口直径等)。

4．底吹对复吹转炉溅渣的影响有哪些?

答：在复吹转炉溅渣过程中，由于底吹射流的介入，熔池中炉渣的搅动增强。理论上分析增加底吹气体量Q，即增大底吹搅拌能，有利于溅渣。通过水力学模型试验能够观察到：

(1)底吹气量变化对炉衬各高度溅渣量的影响不大；

(2)在低枪位操作时，顶吹气流溅起的熔渣和底吹气流溅起的熔渣之间互不影响；

(3)在最佳枪位时，顶吹气流和底吹气流二者的合力有利于增大溅渣量和溅渣高度；

(4)超过最佳枪位时，随着枪位升高，顶吹气体射流对熔池的冲击区大，对熔渣的搅拌能下降，顶吹射流的能量一部分被底吹涌起的渣滴抵消，一部分被渣滴吸收。

因此，有底吹的复吹转炉溅渣的总量略高于顶吹转炉，溅渣量主要增加在下部炉衬上。总之，在复吹转炉溅渣时，顶枪枪位、顶吹气体流量和底吹气体流量之间应有良好的配合，使渣滴有一个合适的飞溅高度。

5．熔渣黏度对转炉溅渣的影响如何?

答：用冷态模拟研究转炉溅渣工艺，采用甘油、饱和盐水和水为介质，形成不同黏度的液体，模拟稀渣、正常渣、稠渣、黏渣进行转炉溅渣护炉实验。试验表明，介质黏度较小时，溅渣量大，因为黏度小的稀渣表面张力也小。喷射气体的能量，一部分消耗在形成渣滴的表面能上，另一部分转变为渣滴的动能，使渣溅到炉壁。试验结果表明：

(1)熔渣在黏度较小时，溅渣量大；

(2)稠渣难以溅到炉衬的表面上，但是流下来的量也少。

因此，希望溅渣的熔渣在高温下流动性好，黏度小，随着溅渣过程中炉渣温度的降低，黏度提高，有利于溅渣。

总之，合适黏度的熔渣对溅起的渣量以及快速粘结在炉衬表面是重要的因素。

6．终点渣成分如何控制?

答：对终点渣成分进行控制是为了保证炉渣具有合适的耐火度和黏度。影响终点渣耐火度的主要因素是MgO，TFe和碱度(CaO／SiO2)。碱度和氧化铁含量是由原料和钢种决定的，其中氧化铁含量变化范围较大，波动范围是10％-30％。为使溅渣层有足够的耐火度，主要措施是调整渣中MeO含量。

根据理论分析和国内外溅渣护炉实践，在正常的转炉终渣成分范围内，为使溅渣层有足够的耐火度，终点渣的调整方式如下：

(1)不调整

转炉终点渣MgO含量可以满足溅渣层耐火度的要求，炉渣的过热度不高时，出钢后可以直接吹氮气进行溅渣操作。

(2)出钢后加入调渣剂提高渣中MgO含量

出钢后渣中MgO含量达不到溅渣层所要求的数值，需要加入调渣剂提高渣中MgO含量。渣中MgO含量低于溅渣层所要求的原因有以下两种情况：

1)原料中P,S含量高、倒渣、取样、测温、补吹次数多，使吹炼前期加入的MgO大量流失，补吹时加入渣料，使渣中MgO进一步降低。

2)出钢后需要调渣的另一种情况是终渣为铁酸钙渣系。

出钢后调渣的困难是渣量和渣的成分不易准确估计，加入的渣料不易完全融化。

7．溅渣工艺参数如何确定?

答：合理的溅渣工艺参数，主要是根据具体的转炉炉型尺寸，确定能在尽可能短的时间内将炉渣均匀喷溅涂敷在整个炉衬表面上，并对渣线、耳轴两侧等易于熔损的部位可形成厚而致密的溅渣层所要求的喷吹工艺参数。它主要包括以下几项：

(1)合理确定喷吹氮气的工作压力和流量；

(2)确定最佳的溅渣枪位；

(3)设计适宜的喷枪结构和尺寸参数(如喷孔数目、喷孔夹角和喉口直径)。

通常，在确定转炉溅渣工艺参数时，往往依据实际转炉的水力学模型试验结果，初步确定溅渣工艺参数；并通过在溅渣过程中不断地观察、总结和比较，确定最佳的溅渣枪位，喷吹氮气流量和压力。根据溅渣中出现的问题，修改喷枪设计，逐步达到最佳的溅渣效果。

在实际溅渣过程中确定合理的溅渣工艺参数，主要应考虑以下两点：

(1)炉型尺寸，主要是转炉的(H，D)参数，炉型尺寸通过转炉(Hd／D)参数表示；

(2)喷吹参数，包括气体流量、工作压力、喷枪高度和溅渣时间，溅渣参数由喷吹参数和溅渣时间的乘积确定。

对于几何尺寸已经确定的转炉，可根据确定的喷枪参数，利用该公式确定最佳的溅渣工艺参数(溅渣枪位和氮气流量)，保证在较短的时间内溅好渣。

8．溅渣效果如何判定?

答：为了有效地观察炉衬溅渣的效果，在炼钢过程的“一倒”、“二倒’’及出钢的过程中应不断地观察炉衬表面，对前一炉溅渣层的工作效果及砖缝暴露情况要做到详细了解。溅渣之后，也可以立即倒炉观察炉况。良好的溅渣效果，应是炉衬的内表面由上至下均匀地溅涂上一层炉渣，如果在上一炉砖缝已暴露，在溅渣后由于溅渣层的覆盖，砖缝应消失。同时在下一炉冶炼中利用各种机会，密切注意炉衬的熔损状况，为保证以后的溅渣效果打下基础。应对本厂转炉在各种不同的冶炼工艺条下，每溅渣一次后可冶炼的炉数，做到心中有数。在有条件的企业，可

9．复吹转炉底部供气元件有哪些，溅渣工艺操作如何掌握?

答：底部供气原件稳定长寿和畅通是保证复吹转炉冶炼工艺正常进行的关键部件之一。从1992年美国LTV公司的Indi ana Habor厂采用溅渣护炉以来炉龄不断地创造出新纪录，同时出现转炉复吹比不断下降，即底部供气原件堵塞严重，我国复吹转炉溅渣护炉也遇到同样的问题。

复吹转炉底部供气元件的结构有套管喷嘴型、砖缝组合型、细金属管多孔型等，连通供气室及输气管道组成底部供气元件。

目前普遍采用细金属管多孔型的底部供气元件，根据转炉装入量、炉型及冶炼钢种等，有不同支数底部供气元件布置方案。

溅渣工艺操作：在冶炼开始就将含Mg0的造渣剂(如轻烧菱镁球、轻烧白云石、菱镁矿等)全部加入，使初期渣中MgO含量就达到或超过饱和值。出完钢根据炉内炉渣流动性、氧化性，以及出钢温度等判断是否溅渣，同时加入调渣剂，并且观察炉底供气喷嘴供气状况。根据上述判断，然后摇炉至零位降顶枪、吹氮气，底部供气元件继续吹氮气进行溅渣护炉操作。一般溅渣时间3-4min，溅渣操作1min左右不起渣时，应补加轻烧镁球或菱镁矿等。溅渣后摇炉倒向兑铁水侧，将剩余的炉渣全部倒出。

10．复吹转炉溅渣护炉工艺的炉渣性质变化对底部供气元件寿命有何影响?

答：复吹转炉溅渣护炉的炉渣性质变化影响底部供气元件的寿命。

(1)溅渣操作中，部分炉渣被溅到炉衬上，其余则覆盖在炉底或底部供气元件上部，逐渐凝固结壳，使炉底上涨，堵塞底部供气元件。如果渣量、底部供气量以及顶枪溅渣工艺参数合理，黏度大的炉渣被底部上升气体贯穿慢慢形成弥散多孔保护渣层，或形成蘑菇头，可减缓底部供气元件蚀损的速度，起着延长底部供气元件寿命的作用。底部供气元件上面挂了一层高MgO炉渣，不仅减缓钢水冲刷；也减缓非吹炼时底部供气元件耐火材料表面温度下降和吹炼时耐火材料急剧加热造成热冲击引起的损耗。

(2)后期剩余较多密度大的FeO、Fe2O3等氧化物沉落在炉底或底部供气元件上，则会发生如下反应。

在不锈钢细管喷嘴上发生反应：

3(Fe0)十2Cr=Cr2O3十3[Fe]

使不锈钢细管喷嘴上形成变质带。

在镁炭砖套砖上发生反应：

(Fe0) C=(CO) [Fe]

形成脱碳层，降低镁炭砖的强度和耐蚀性能。

经过上述化学反应，破坏了底部供气元件原有性能，变成强度低的变质层，一旦被钢水熔失，造成底部供气元件的蚀损而形成喇叭口状。形成喇叭口状后，更容易被炉渣灌满而造成底部供气元件堵塞。因此，溅完后的炉渣应及时倒掉，以及在溅渣过程中，向渣中加入改渣剂降低渣中FeO含量，可以减缓渣中FeO对底部供气元件蚀损速度。

水力学模型实验表明，当采用相同的顶枪氮气流量，不同的顶枪枪位或不同顶枪喷孔与中心线夹角的喷头时，喷出的氮气流股作用在炉渣上的作用区大小、深度均不一样。

(1)经过实测和计算，如图2--20所示，过低枪位或顶枪夹

角较小，氮气流股冲击炉渣所形成的作用区远小于底部供气元

件所在炉底的圆周区。氮气流股穿透炉渣与炉底碰撞消耗能

量，作用区外缘喷溅起的炉渣指向氧枪端部，而向炉衬方向喷溅很弱。故底部供气元件垂直方向上覆盖着较厚的炉渣(现场约400-600mm)处在微动状态，仅靠底部供气元件垂直方向局部

搅动。炉渣受到上、下氮气流股的冷却以及炉体散热等冷却，时间一长，微动或静止的炉渣逐渐凝固粘附在炉底上，使炉底上涨，堵塞底部供气元件。

(2)过高的枪位或顶枪夹角太大，氮气流股冲击炉渣形成的作用区大，作用区外缘靠近底部供气元件所在炉底圆周区。如图2--2c所示，由于枪位高，氮气流股能量衰减，冲击力小，仅在炉渣表面上形成一个浅“盘子”形状，作用区以外的炉渣依然处在微弱波动状态。底部供气元件垂直方向覆盖较厚的炉渣400－600　mm)，随着溅渣过程炉渣渐冷，容易发生整个炉底上涨，也很容易堵塞底部供气元件。

(3)合适的枪位或顶枪夹角，应该是氮气流股冲击炉渣上形成的如碗状的作用区，其外缘约在底部供气元件圆周内侧一定位置，见图2--2b。在顶枪气流作用下，渣池内全部炉渣处于紊乱搅拌中，底部供气元件垂直方向上覆盖的炉渣不断更新处于“波浪”式的运动，再加上底吹气体搅拌，避免或减轻化学蚀损或冷凝炉渣。

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