溅渣护炉工艺探讨

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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 前言

溅渣护炉是美国LTV钢公司于1991年开发出的一项转炉维护新技术，1994年LTV公司印第安纳厂的转炉炉龄已达到15000多炉，1997年我国开始了溅渣护炉试验并取得成功。近几年来，转炉溅渣护炉技术在我国得到迅速推广，并取得了巨大的经济效益。由于我国转炉大多数吨位较小，转炉超装严重，溅渣护炉普遍存在炉底上涨问题，致使炉容更小，冶炼过程中喷溅粘枪，粘烟罩等现象时常发生，溅渣护炉还在低档次上运行。为了更好地运用该项技术，结合溅渣护炉实践，对有关的几个工艺问题进行探讨。

2 造渣工艺的选择

采用溅渣护炉技术，冶炼过程中要求造渣工艺不仅要保证脱磷、脱硫反应的进行，还要减少炉渣对炉衬的化学侵蚀，合理控制终渣MgO含量，使终渣适合于溅渣护炉的工艺要求。

2.1 炉渣对炉衬和溅渣层的侵蚀

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。

2.2 初期渣对溅渣层的侵蚀

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。

2.3 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-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。

3 溅渣护炉对终渣控制的要求

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。

3.1 终渣温度

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。

3.2 碱度

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2.8～3.2为好。

3.3 MgO含量

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。因此终点必须保持一定的MgO含量，一般控制在9%～10%。

3.4 FeO含量

只要把溅渣前的MgO含量调整在合适的范围，溅渣护炉对于终渣氧化铁含量并无特殊要求，终渣氧化铁无论高低都可取得较好的溅渣护炉效果。但终渣氧化铁较低，渣中C2F（铁酸钙）少，RO相的熔化温度高，在保证足够的耐火度的情况下，降低渣中MgO含量，这样溅渣护炉的成本较低，容易取得高炉龄。从操作上讲，在同样温度、碱度和MgO条件下，氧化铁含量低，渣的粘度大，起渣快，可以减少溅渣时间，而不影响溅渣效果。

4 溅渣护炉工艺应注意的问题

4.1 合理的留渣量

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10～20mm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0.583～0.650。

由此可以计算出30t转炉合适的留渣量在25t左右。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 炉底上涨的控制

炉底上涨是溅渣护炉的通病，不仅影响炉容比，而且降低了转炉的有效高度，严重时会使冶炼过程难以把握，喷溅加剧。因此有必要每班对炉膛深度或枪位进行测量。

造成炉底上涨的主要原因有：

（1）石灰质量差，冶炼过程返干，造成终渣未化透，流动性差；
（2）冶炼临近终点，补加石灰、白云石等；
（3）终渣碱度控制较高；
（4）溅渣时间过长。控制炉底上涨，首先要控制炉渣碱度，一般不要超过3.2，而不是单纯降低终渣MgO含量。生产中发现，只要终渣碱度合适，溅渣后炉渣有一定流动性，一般不会出现炉底上涨。炉底上涨，一般出现在溅渣后的余渣，不具备流动性，倒炉时呈团滚动的炉次，该症状是炉渣碱度过高或终渣未化透的表现。炉底上涨，不是连续的几个炉次操作不当造成的，往往一炉操作不当都会造成上涨（只是不注意而已），因此每一炉都要控制炉底上涨。

总之，要做好溅渣护炉工作，各厂家要根据自己的客观条件，科学合理地控制溅渣护炉参数，方能取得最大的经济效益。

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楼主讲的太详细了，谢谢