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1、唐山科技职业技术学院(成)毕业设计（论文）摘要从炉渣对炉衬和溅渣层的侵蚀机理入手，提出了兼顾冶金和溅渣双重效果的直接造渣工艺，探讨了终渣碱度、MgO、FeO含量等的调整范围，分析了溅渣操作中枪位、时间等的控制和炉底上涨的原因，以期更好地运用溅渣护炉技术。 关键词：溅渣护炉；溅渣层；终渣；温度；渣量1概述溅渣护炉是近年来开发的一项提高炉龄的新技术。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂，由普莱克斯气体有限公司开发的，在大湖分厂和格棱那也特市分厂实施后，并没有得到推广。l991年，美国LTV公司的印地安那哈鲍厂(1ndianaHabor)用溅渣作为全面护炉的一部分。1994年9月该厂232t顶吹转
2、炉的炉衬寿命达到15658炉，喷补料消耗降到038kgt 钢，喷补料成本节省66，转炉作业率由l984年的78提高到l994年的97。之后，美国有15家以上钢厂采用该技术，美国内陆钢公司炉龄已超过20000炉。加拿大、英国、日本等也已相继投入试验和应用。我国从l994年开始转炉溅渣护炉试验，采用和发展的速度很快。鞍钢、首钢、宝钢、武钢、太钢等一些转炉厂采用溅渣护护技术，炉龄大幅度提高，取得了明显效果。其中，宝钢、武钢、首钢炉龄已逾万炉。2003年武钢二炼钢创造了30368炉的转炉炉龄记录。溅渣护炉是转炉护炉技术的重大进步，这项能够大幅度提高转炉炉龄、降低耐火材料消耗的技术，在我国展示了广阔的推
3、广应用前景。 溅渣护炉是提高炉龄的有效措施。它是通过高速氮气射流冲击出钢剩余后炉内的熔渣，使熔渣（该炉渣成分是经过调整的）在尽可能短的时间内均匀喷溅涂敷在整个转炉炉衬表面，并形成一定厚度而且致密的溅渣层。该溅渣层阻止了转炉炉渣、炉气对炉衬的侵蚀，起到了提高炉龄的作用。2溅渣护炉工艺及现状2.1溅渣护炉原理及优势溅渣护炉技术是利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣，通过高压N2的吹溅，冷却、凝固在炉衬表面上形成一层高熔点的熔渣层，并与炉衬很好地粘结附着。溅渣形成的溅渣层耐蚀性较好，同时可抑制炉衬砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温渣对炉衬砖的侵蚀冲刷，从而保护炉衬砖，降低耐火材料损耗速度，减少喷补
4、材料消耗，同时减轻工人劳动强度，提高炉衬使用寿命，提高转炉作业率，降底成本。 溅渣护炉工艺是转炉出钢后留渣后通过氧枪供入高压气在高压气流的冲击下把炉渣溅到炉衬上再凝固，在炉衬表面形成一层挂渣层，起到保护炉衬的作用。溅渣操作的核心问题是把溅起的炉渣冷却到其熔点以下，使其在炉衬表面固化。吹入炉内的惰性气体以及必要时加入调渣剂可以起到这个作用。溅渣后的炉渣温度降低，基本上处于半凝固状态，可以有效的避免兑铁时产生喷溅，为实现留渣操作创造了条件，从而可以降低石灰和钢铁料消耗。溅渣护炉的机理是利用高压惰性气体将炉渣溅起来涂敷在炉衬上形成溅渣层，对下一炉冶炼起到保护炉衬的作用。因此转炉终渣不仅要满足冶炼的要
5、求，而且应符合溅渣护炉的条件，即：易于将炉渣溅到炉衬上，溅到炉衬上的炉渣应能很好的与炉衬结合，且具有一定的抗渣能力。这里涉及到溅渣动力学、溅渣层与炉衬的结合和溅渣层的侵蚀机理。2.2影响溅渣护炉的主要工艺因素2.2.1合理选择炉渣2.2.1.1炉渣对炉衬的侵蚀初期渣对炉衬的侵蚀在转炉冶炼初期，首先是铁水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度较缓慢（石灰活性度低时更差），炉渣碱度的提高需要一个较长的过程，在低碱度阶段炉渣对炉衬的侵蚀较严重。因为在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了炉衬中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可以减轻对炉衬的
6、化学侵蚀。2.2.1.2炉渣对溅渣层的影响2.2.1.2.1初期渣对溅渣层的侵蚀初期渣对炉衬的侵蚀在转炉冶炼初期，首先是铁水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度较缓慢（石灰活性度低时更差），炉渣碱度的提高需要一个较长的过程，在低碱度阶段炉渣对炉衬的侵蚀较严重。因为在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了炉衬中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可以减轻对炉衬的化学侵蚀。实际生产中，溅渣层为高熔点的C2S和MgO结晶体，熔化温度较高。由于冶炼初期温度较低，溅渣层为不明显熔化。初期渣对溅渣层的侵蚀较弱，当渣中FeO含量相同时，高钙渣的侵蚀速
7、度明显高于高镁渣。因此提高溅渣层的碱度或MgO含量，均有利于减轻炉渣的侵蚀。2.2.1.2.2过程和终渣对溅渣层的侵蚀对转炉溅渣层的侵蚀，主要发生在转炉冶炼的中后期，转炉冶炼过程渣和终渣对溅渣层的侵蚀机理主要表现为溅渣层的高温熔化与高FeO对炉渣的化学侵蚀。而冶炼过程是转炉炉渣碱度和熔池温度升高的过程，因此尽可能的提高溅渣层抵抗转炉终渣的侵蚀能力，合理控制终渣成分和出钢温度（终渣温度是由出钢温度决定的），是发挥溅渣护炉技术效果的关键。熔渣的成分决定了溅渣层的岩相结构，而岩相结构又决定了溅渣层的熔化温度。当碱度大于2时，全部或大部CaO和SiO2以高温相析出，而在转炉渣MgO-CaO-SiO2-
8、FeO四元相图中，以FeO为主的RO相和铁酸钙的低熔物出现，分布在方镁石晶体（渣中MgO结晶）的周围形成液膜，在炼钢条件下促使溅渣层的高温强度因液膜滑移而急剧下降，势必降低抵抗转炉渣渗透侵蚀的阻力。溅渣层中的低熔点相多时，抗侵蚀能力更低。综上所述，无论是从减轻冶炼过程对炉衬侵蚀还是对溅渣层的侵蚀考虑，均是采用直接造渣工艺为好即在冶炼初期加入适量的白云石或富镁材料造渣，这也是目前国内大多数厂家普遍采用的方法。2.2.2合理的控制终渣成分溅渣护炉技术的应用，对冶炼终渣提出了更高的要求，要求炉渣除了具有脱硫脱磷功能外，还要具备经受冶炼过程中各个不同时期钢水和炉渣侵蚀的能力，以保护炉衬。因此，溅渣层必
9、须具备一定的耐火度和粘度，影响终渣耐火度的主要组分是碱度（CaO/SiO2）、MgO、FeO，这些因素取决于冶炼条件和钢种。在炉渣组分确定以后，影响炉渣粘度的主要因素是温度，因此，终渣控制的内容包括温度和化学成分。2.2.2.1终渣碱度的控制从溅渣护炉的角度分析，希望碱度高一点，这样转炉终渣C2S及C3S之和可以达到70%75%。这种化合物都是高熔点物质，对于提高溅渣层的耐火度有利。但是，碱度过高，冶炼过程不易控制，易反干影响脱磷和脱硫效果，且造成原材料浪费，还容易造成炉底上涨。实践证明，终渣碱度控制在2.83.2为好。2.2.2.2终渣MgO含量的控制转炉大都使用镁碳砖作为炉衬，减少炉衬侵蚀
10、的重要措施是提高渣中MgO含量。当渣中MgO达到饱和时，炉衬中MgO溶解量就会减少，从而提高了炉衬寿命。渣中MgO含量与炉渣碱度有关，有的厂在终渣碱度(CaOSiO2)为3左右、MgO含量在8左右就可以保证MgO达到炮和氧化铁与氧化钙所形成的化合物为低熔物质，氧化铁和氧化锰等组成的RO相融点也较低。但是MgO与FeO可以形成连续的固熔体，当FeO达到50%时，此固熔体的熔点仍高于1800。MgO与Fe2O3能化合生成铁酸镁，此化合物又能与MgO反应生成固熔体，都是耐高温物质，既便在Fe2O3含量达到70%时，其熔点仍在1800以上。如果MgO含量低氧化铁就会与氧化钙生成低熔点铁酸钙。因此终点必
11、须保持一定的MgO含量。国内外转炉溅渣的MgO含量一般控制在8l4。2.2.2.3终渣FeO含量的控制渣中FeO含量高低对炉衬侵蚀和溅渣效果有很大影响。渣中FeO的矿物组成大多为各类低熔点铁酸盐，熔点远低于出钢温度，而且FeO含量越高，铁酸盐就越多，渣流动性就越好，对炉衬侵蚀作用加大且不容易附着在炉衬上。如果渣中FeO含量过低，又会造成转炉造渣和去除P、S困难。因此操作中必须严格控制渣中FeO含量。2.2.2.4终渣温度的控制终渣温度取决于出钢温度，以满足浇注生产需要为前提。但在条件允许的情况下，应适当降低终渣温度（出钢温度）。终渣温度高，炉渣的过热度高、渣稀、流动性好，不利于溅渣。为保证溅渣
12、效果，势必延长溅渣时间。另外，温度高溅渣层的低熔点相易熔化脱落，特别是对FeO含量较高的溅渣层更为重要。2.2.3合理的控制渣量在溅渣护炉中，转炉留渣量的多少不仅是溅渣护炉本身重要的工艺参数，而且决定了溅渣层的厚度。合理的留渣量一方面要保证炉渣在炉衬表面形成1020mm溅渣层，另一方面随炉内留渣量的增加，炉渣的可溅性增强，对溅渣操作有利。合理的留渣量主要取决于:（1）炉渣的可溅性：根据溅渣护炉动力学研究，转炉上部溅渣主要依靠氮气射流对熔池炉渣的溅射而获得。渣量少，渣层过薄，气流易于穿透渣层，削弱气流对于渣层的乳化和破碎作用，不利于转炉上部溅渣。转炉留渣量过大，在溶池内易形成浪涌，同样不利于转炉
13、上部溅渣。即便强化了转炉上部溅渣的效果，也往往造成炉口粘渣变小，影响正常的冶炼操作。（2）溅渣的厚度：渣量过少，溅渣层过薄，且不均匀，将影响溅渣护炉的效果。根据国内溅炉护炉和济钢的生产实践，合理的留渣量可根据下式求得：Q=0.301wn （1） 式中Q转炉单炉留渣量，t； w转炉公称吨位，t； n系数，取值为0.5830.650。 由此可以计算出30t转炉合适的留渣量在2-5t左右。2.2.4溅渣操作的枪位控制理论和实践证明，高枪位易于炉渣的破碎和乳化，有利于转炉上部的溅渣；低枪位易于造成渣液面剧烈波动，有利于转炉的下部溅渣，炉衬各部位溅渣量增加。但其有一最佳值。溅渣时枪位控制要根据炉渣的流动
14、性和所要溅的部位而定。溅渣枪位将影响溅渣时间和效果。对于流动性较强的炉渣（炉渣FeO含量、温度较高），前期的枪位控制主要以加速炉渣的稠化为目的，因为此时的炉渣即使溅到炉衬上也粘结不上；当炉渣稠化到一定程度时，再降低枪位增加N2射流的动力，这样既可缩短溅渣时间，又可提高溅渣效果；对于流动性适中的炉渣或稠渣，则将枪位调整到使炉渣产生最大功能的位置（这一高度可以通过炉口渣粒的密集程度和大小来确定），一般炉口有火光出现，炉口渣粒较稀，较小或没有，说明炉渣较稀。(1)枪位枪位 对溅渣高度有明显影响，最佳枪位应根据自身条件在实践中确定。枪位过高或过低都使溅渣量减少。较低枪位有利于转炉下部溅渣；反之对上部溅
15、渣有利。（2）喷枪夹角l2喷孔夹角喷枪溅渣效果优于l45夹角喷枪。喷孔夹角为12喷枪射流与熔池接触面积小，形成冲击力大，同时产生的反向射流与水平面的夹角也大，这都有利于增加溅渣的有效覆盖面积。2.2.5溅渣操作的时间控制溅渣操作的时间长短，不仅要考虑到溅渣护炉本身，还要与生产节奏相配合，一般控制在2min左右。炉渣较稀，温度高，应适当延长溅渣时间，时间越长，炉衬挂渣越多。但过长会使熔池温度降低过多，流动性差造成炉底上涨，时间过短，肯定要影响溅渣效果，具体时间视炉渣情况灵活掌握。溅渣时间溅渣时间通常是根据炉子吨位、供气量、炉内渣量、炉渣状况及生产节奏等因素综合考虑，目前我国各钢厂一般吹氮时间为35min。吹氮的目的是提供溅渣的动力，此外它还有冷却炉渣的作用。一般在吹氮的前2min时间内主要是冷却炉渣，因为在
