1转炉耐材侵蚀机理

1)氧气转炉炉衬由工作层和永久层组成,工作层在使用过程中经受着一系列的物理的、化学的侵蚀作用。首先是高温热流作用,特别是一次反应区高温作用,有可能使得炉衬表面软化熔融;其次是急冷急热的作用,尤其是对炉体上部炉衬的影响更为严重;再就是机械蚀损,包括炉内固体和液体的运动,装废钢时对炉衬的冲击及清除炉口积渣时的机械破损,还有来自炉渣和炉气化学侵蚀。

2)镁碳砖的侵蚀机理:镁碳砖在使用过程中,砖工作面所含的碳首先受到FeO等氧化性熔渣的(O)和吹氧冶炼时吹入的O2的氧化作用,以及高温下MgO的还原作用,使得镁碳砖形成表面脱碳层。由于碳的氧化脱除,使砖体组织疏松脆化,在钢液的冲刷下被磨损。同时由于碳的脱除及砖体的疏松,炉渣向脱碳层渗透,并与镁砂颗粒反应,使得镁碳砖不断的由里向外氧化分解,然后被冲刷掉。

2影响炉衬寿命的主要因素分析

2•1钢水氧化性影响

炼钢厂老区终点均凭经验控制,受原材物料不稳定的影响,终点控制波动较大,终点碳普遍偏低,钢中氧含量高,渣中(FeO)穿过反应层到达脱碳层反应界面,二者在相会处发生脱碳反应。炉衬脱碳反应的结果,就是反应界面的推进,即原质层不断转化为脱碳层,脱碳层不断转化为反应层,而反应层不断地进入渣中。脱碳后的炉衬砖继而又受到熔渣的化学侵蚀。从对炉衬残砖的分析表明,反应层中的碳已经氧化,脱碳层中的碳比原质层减少。因此,由于炉衬脱碳与熔渣对炉衬的化学侵蚀,导致炉衬砖的不断熔损。过氧化钢对炉衬的侵蚀作用非常大,它不仅加剧了镁碳砖的脱碳速度而且还改变了炉渣的成分,降低了炉渣的熔点,据资料表明溅渣层的熔损率主要与溅渣层中TFe有关系,TFe越高,熔损率就越高。

2•2温度的影响

温度控制对转炉高寿命方面有很大的影响,过程温度控制不好,将会加大对炉衬的侵蚀。过程温度过高,将会使得炉衬软化,钢水和炉渣就会加快对炉衬的侵蚀,有时甚至产生喷溅,这也加强了对炉衬的侵蚀,使得转炉寿命缩短。1)低温时,为了满足下一道工序的要求,必须提高出钢温度,也就必须进行补吹以提高放钢温度,导致倒炉拉碳次数增加,钢水氧化性增强,加剧了对炉衬的侵蚀。2)高温时,炉衬本身就受高温热流的作用,特别是一次反应区高温作用,有可能使得炉衬表面软化,而溅渣层受高温熔化的作用就更加明显,经调查在1650℃以下溅渣层保存较好,完好率在80%左右。如果拉碳温度在1700℃以上溅渣层几乎完全被熔化掉,因此控制拉碳温度对溅渣护炉具有十分重要的意义。转炉出钢温度过高,不仅使冶炼中后期溅渣层高温熔化侵蚀加重,还会导致终渣粘度变小,影响溅渣效果。

2•3操作不稳定的影响

炼钢厂老区转炉由于炉容比小(0•63m3/t),节奏快,产能高,供氧强度大(4•5m3/t•min以上),吹炼前期经常发生喷溅现象,氧气流股的冲击力和碳的激烈氧化产生大量的CO气体排出时的动力将炉渣和金属推出炉外,对炉衬造成强烈冲刷。由于脱碳速度快,吹炼后期存在“返干”现象,对炉衬造成侵蚀。炉渣“返干”是指已经熔化或部分熔化的炉渣出现变粘甚至结成大块的现象。在正常冶炼过程中炉膛内应充满泡沫炉渣,氧气流股穿透泡沫渣与金属进行直接传氧,同时一部分氧气与炉渣作用再与金属进行间接传氧。如果炉渣返干炉膛内没有泡沫渣保护,则氧气直接传送到金属不可能完全被吸收,部分氧气就会直接传到炉衬与炉衬作用从而侵蚀炉衬。

2•4加废钢、兑铁水的影响

氧气转炉炼钢的金属料主要是铁水,一般占转炉金属料的70%左右,装料时,炉体倾动到一定角度,用料斗先向炉内加入一定数量的废钢,然后兑入铁水,装料过程中炉体的兑铁位置要受到废钢、铁水时产生的动载荷的冲击、冲刷与机械磨损,因而会造成炉衬受损[1]。

2•5溅渣护炉的影响

转炉溅渣护炉技术是目前炉体维护的重要方法之一,在转炉吹炼结束后,通过顶吹氧枪高速喷吹氮气射流,冲击残留在熔池内的部分高熔点炉渣,使熔渣均匀地喷溅粘附在转炉炉衬表面,形成炉渣保护层,达到护炉的目的。有效地利用高速氮气射流将炉渣均匀地喷溅在炉衬表面,是溅渣护炉的技术关键。其效果决定于以下因素:(1)熔池内留渣量和渣层厚度;(2)熔渣的物理状态,如:炉渣熔点、过热度、表面张力与粘度等;(3)溅渣气动力学参数,如:喷吹压力、枪位以及喷枪夹角和孔数等。

3长寿低耗炉体维护技术工艺实践

3•1采用低位装料制度

目前炼钢厂老区转炉采用“铁块+废钢”装入模式,装入量一般控制在10t左右(其中铁块6,t废钢4t),废钢大多为炼钢厂自循环的废坯,体积密度大。为此,加入时采用低位装料制度,要求加废钢时将炉子摇至与水平成30°~40°夹角位置,加完后向下摇炉将废钢平铺在渣面,减轻兑铁时对炉衬的冲刷。兑铁时将转炉摇至和水平成45°~50°夹角位置,减轻铁流对炉衬的冲刷。

3•2优化吹炼工艺,稳定炼钢过程

针对炼钢厂老区原料条件不稳定,转炉炉容比小、供氧强度大等原因,为减轻炉渣和钢水对炉衬的冲刷,成立了标准化操作课题组,制定了转炉基本操作模式,规范职工操作,稳定吹炼工艺。具体操作过程为:头批料石灰加入总量4/5,矿石总量3/4,尽可能在开吹20s之内加完,早加料是为了降低前期温度,早成渣;开吹枪位1•10~1•15m,碳火焰上来适当提枪,幅度50mm,反应强烈可提100mm,同时配合加料和降压,吹炼初期采用低枪位操作可以加强熔池搅拌,提高成渣速度,随着吹炼的进行,适当提高枪位能减缓搅拌动力,减缓反应的速度,并且能有效击碎和破坏泡沫渣;开吹氧压0•80~0•85MPa,出现溢渣前兆时降压至0•70~0•75MPa,吹炼初期吹炼氧压适当提高也可以加强熔池搅拌,提高成渣速度,但在溢渣期提枪同时如果不降低氧压,供氧量未发生改变,只是减弱了搅拌动能和动力而已,若长时间高枪位操作,会使渣中(FeO)聚集造成严重喷溅。

3•3系统降低出钢温度

1)加大出钢口内径,由原来Φ145mm增加到现在的Φ150mm,缩短了放钢时间,减少了温降。

2)加强合金烘烤,合金窑烘烤方式由原来的自然喷风模式改为强制配风模式,保证了煤气燃烧效果,提高了合金出窑温度;同时在转炉合金料仓增设蒸汽保温管道,提高了合金入炉温度,目前入炉合金温度控制在200℃以上,为降低出钢温度创造了条件。

3)钢包保温层改造。针对钢包外壳温度高的现状,在永久层加25mm厚的硬质隔热板,以降低钢包温度。

4)钢包、中间包加盖。将钢包、中间包包盖材质由浇注料改为锆质耐火纤维模块,有效减少钢水辐射散热,降低了过程温降。

5)红包出钢。对原有的生产组织进行优化,减少钢包周转数量,避免了不必要的热量损失,同时加强对钢包在线烘烤的监督检查,保证出钢时钢包包衬温度达到900℃以上,减少了放钢过程的温降。

3•4全炉役采用低氧化性炉渣溅渣技术

转炉终点采用高拉补吹法,保证终点碳、终点温度符合要求;加强全过程化渣研究,坚持前期低温泡沫渣、中后期低氧化性渣、终渣做粘的原则,控制过程喷溅,杜绝钢水过氧化,减少炉气及炉渣对炉衬的冲刷。针对终点粘渣特性,进行溅渣工艺参数的优化。包括留渣量、终渣成分、分阶段溅渣枪位、溅渣时间、氮气工作压力、主要溅渣区域等。

3•5稠渣挂大面技术

将溅渣护炉与挂渣护炉有机结合,利用冶炼间隙,掌握适当的溅渣提枪时机,留适量稠渣挂大面,使其均匀附着在大面上,依据残渣质量、挂渣时间、存钢量多少或部分或全部挂住稠渣,代替补炉料和炉衬砖接受侵蚀。

4运用效果

1)通过以上一整套炉体维护工艺技术的研究,炼钢厂老区近几年炉龄不断提高,耐材消耗不断降低,为莱钢1000万t钢的跨越式发展做出了积极的贡献。

2)长寿低耗经济炉龄技术的研究,提高了产能,减少了补炉时间和耐材消耗,减轻了工人的劳动强度,正确处理了转炉长寿和低耗之间的矛盾,为炼钢厂的品种、质量、效益做出了较大贡献。

5结论

1)采用全炉役低氧化性炉渣溅渣护炉技术和系统降低出钢温度等技术,转炉炉型保持较好,成功解决了转炉炉龄和耐材消耗之间的矛盾。

2)通过对转炉长寿低耗经济炉龄的研究实践,炉衬寿命得到提高,耐材消耗不断减少,确保了公司产品质量、产能、效益的提高。