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1轉爐耐材侵蝕機理

1)氧氣轉爐爐襯由工作層和永久層組成,工作層在使用過程中經受著一系列的物理的、化學的侵蝕作用。首先是高溫熱流作用,特別是一次反應區高溫作用,有可能使得爐襯表面軟化熔融;其次是急冷急熱的作用,尤其是對爐體上部爐襯的影響更為嚴重;再就是機械蝕損,包括爐內固體和液體的運動,裝廢鋼時對爐襯的沖擊及清除爐口積渣時的機械破損,還有來自爐渣和爐氣化學侵蝕。

2)鎂碳磚的侵蝕機理:鎂碳磚在使用過程中,磚工作面所含的碳首先受到FeO等氧化性熔渣的(O)和吹氧冶煉時吹入的O2的氧化作用,以及高溫下MgO的還原作用,使得鎂碳磚形成表面脫碳層。由于碳的氧化脫除,使磚體組織疏松脆化,在鋼液的沖刷下被磨損。同時由于碳的脫除及磚體的疏松,爐渣向脫碳層滲透,并與鎂砂顆粒反應,使得鎂碳磚不斷的由里向外氧化分解,然后被沖刷掉。

2影響爐襯壽命的主要因素分析

2•1鋼水氧化性影響

煉鋼廠老區終點均憑經驗控制,受原材物料不穩定的影響,終點控制波動較大,終點碳普遍偏低,鋼中氧含量高,渣中(FeO)穿過反應層到達脫碳層反應界面,二者在相會處發生脫碳反應。爐襯脫碳反應的結果,就是反應界面的推進,即原質層不斷轉化為脫碳層,脫碳層不斷轉化為反應層,而反應層不斷地進入渣中。脫碳后的爐襯磚繼而又受到熔渣的化學侵蝕。從對爐襯殘磚的分析表明,反應層中的碳已經氧化,脫碳層中的碳比原質層減少。因此,由于爐襯脫碳與熔渣對爐襯的化學侵蝕,導致爐襯磚的不斷熔損。過氧化鋼對爐襯的侵蝕作用非常大,它不僅加劇了鎂碳磚的脫碳速度而且還改變了爐渣的成分,降低了爐渣的熔點,據資料表明濺渣層的熔損率主要與濺渣層中TFe有關系,TFe越高,熔損率就越高。

2•2溫度的影響

溫度控制對轉爐高壽命方面有很大的影響,過程溫度控制不好,將會加大對爐襯的侵蝕。過程溫度過高,將會使得爐襯軟化,鋼水和爐渣就會加快對爐襯的侵蝕,有時甚至產生噴濺,這也加強了對爐襯的侵蝕,使得轉爐壽命縮短。1)低溫時,為了滿足下一道工序的要求,必須提高出鋼溫度,也就必須進行補吹以提高放鋼溫度,導致倒爐拉碳次數增加,鋼水氧化性增強,加劇了對爐襯的侵蝕。2)高溫時,爐襯本身就受高溫熱流的作用,特別是一次反應區高溫作用,有可能使得爐襯表面軟化,而濺渣層受高溫熔化的作用就更加明顯,經調查在1650℃以下濺渣層保存較好,完好率在80%左右。如果拉碳溫度在1700℃以上濺渣層幾乎完全被熔化掉,因此控制拉碳溫度對濺渣護爐具有十分重要的意義。轉爐出鋼溫度過高,不僅使冶煉中后期濺渣層高溫熔化侵蝕加重,還會導致終渣粘度變小,影響濺渣效果。

2•3操作不穩定的影響

煉鋼廠老區轉爐由于爐容比小(0•63m3/t),節奏快,產能高,供氧強度大(4•5m3/t•min以上),吹煉前期經常發生噴濺現象,氧氣流股的沖擊力和碳的激烈氧化產生大量的CO氣體排出時的動力將爐渣和金屬推出爐外,對爐襯造成強烈沖刷。由于脫碳速度快,吹煉后期存在“返干”現象,對爐襯造成侵蝕。爐渣“返干”是指已經熔化或部分熔化的爐渣出現變粘甚至結成大塊的現象。在正常冶煉過程中爐膛內應充滿泡沫爐渣,氧氣流股穿透泡沫渣與金屬進行直接傳氧,同時一部分氧氣與爐渣作用再與金屬進行間接傳氧。如果爐渣返干爐膛內沒有泡沫渣保護,則氧氣直接傳送到金屬不可能完全被吸收,部分氧氣就會直接傳到爐襯與爐襯作用從而侵蝕爐襯。

2•4加廢鋼、兌鐵水的影響

氧氣轉爐煉鋼的金屬料主要是鐵水,一般占轉爐金屬料的70%左右,裝料時,爐體傾動到一定角度,用料斗先向爐內加入一定數量的廢鋼,然后兌入鐵水,裝料過程中爐體的兌鐵位置要受到廢鋼、鐵水時產生的動載荷的沖擊、沖刷與機械磨損,因而會造成爐襯受損[1]。

2•5濺渣護爐的影響

轉爐濺渣護爐技術是目前爐體維護的重要方法之一,在轉爐吹煉結束后,通過頂吹氧槍高速噴吹氮氣射流,沖擊殘留在熔池內的部分高熔點爐渣,使熔渣均勻地噴濺粘附在轉爐爐襯表面,形成爐渣保護層,達到護爐的目的。有效地利用高速氮氣射流將爐渣均勻地噴濺在爐襯表面,是濺渣護爐的技術關鍵。其效果決定于以下因素:(1)熔池內留渣量和渣層厚度;(2)熔渣的物理狀態,如:爐渣熔點、過熱度、表面張力與粘度等;(3)濺渣氣動力學參數,如:噴吹壓力、槍位以及噴槍夾角和孔數等。

3長壽低耗爐體維護技術工藝實踐

3•1采用低位裝料制度

目前煉鋼廠老區轉爐采用“鐵塊+廢鋼”裝入模式,裝入量一般控制在10t左右(其中鐵塊6,t廢鋼4t),廢鋼大多為煉鋼廠自循環的廢坯,體積密度大。為此,加入時采用低位裝料制度,要求加廢鋼時將爐子搖至與水平成30°~40°夾角位置,加完后向下搖爐將廢鋼平鋪在渣面,減輕兌鐵時對爐襯的沖刷。兌鐵時將轉爐搖至和水平成45°~50°夾角位置,減輕鐵流對爐襯的沖刷。

3•2優化吹煉工藝,穩定煉鋼過程

針對煉鋼廠老區原料條件不穩定,轉爐爐容比小、供氧強度大等原因,為減輕爐渣和鋼水對爐襯的沖刷,成立了標準化操作課題組,制定了轉爐基本操作模式,規范職工操作,穩定吹煉工藝。具體操作過程為:頭批料石灰加入總量4/5,礦石總量3/4,盡可能在開吹20s之內加完,早加料是為了降低前期溫度,早成渣;開吹槍位1•10~1•15m,碳火焰上來適當提槍,幅度50mm,反應強烈可提100mm,同時配合加料和降壓,吹煉初期采用低槍位操作可以加強熔池攪拌,提高成渣速度,隨著吹煉的進行,適當提高槍位能減緩攪拌動力,減緩反應的速度,并且能有效擊碎和破壞泡沫渣;開吹氧壓0•80~0•85MPa,出現溢渣前兆時降壓至0•70~0•75MPa,吹煉初期吹煉氧壓適當提高也可以加強熔池攪拌,提高成渣速度,但在溢渣期提槍同時如果不降低氧壓,供氧量未發生改變,只是減弱了攪拌動能和動力而已,若長時間高槍位操作,會使渣中(FeO)聚集造成嚴重噴濺。

3•3系統降低出鋼溫度

1)加大出鋼口內徑,由原來Φ145mm增加到現在的Φ150mm,縮短了放鋼時間,減少了溫降。

2)加強合金烘烤,合金窯烘烤方式由原來的自然噴風模式改為強制配風模式,保證了煤氣燃燒效果,提高了合金出窯溫度;同時在轉爐合金料倉增設蒸汽保溫管道,提高了合金入爐溫度,目前入爐合金溫度控制在200℃以上,為降低出鋼溫度創造了條件。

3)鋼包保溫層改造。針對鋼包外殼溫度高的現狀,在永久層加25mm厚的硬質隔熱板,以降低鋼包溫度。

4)鋼包、中間包加蓋。將鋼包、中間包包蓋材質由澆注料改為鋯質耐火纖維模塊,有效減少鋼水輻射散熱,降低了過程溫降。

5)紅包出鋼。對原有的生產組織進行優化,減少鋼包周轉數量,避免了不必要的熱量損失,同時加強對鋼包在線烘烤的監督檢查,保證出鋼時鋼包包襯溫度達到900℃以上,減少了放鋼過程的溫降。

3•4全爐役采用低氧化性爐渣濺渣技術

轉爐終點采用高拉補吹法,保證終點碳、終點溫度符合要求;加強全過程化渣研究,堅持前期低溫泡沫渣、中后期低氧化性渣、終渣做粘的原則,控制過程噴濺,杜絕鋼水過氧化,減少爐氣及爐渣對爐襯的沖刷。針對終點粘渣特性,進行濺渣工藝參數的優化。包括留渣量、終渣成分、分階段濺渣槍位、濺渣時間、氮氣工作壓力、主要濺渣區域等。

3•5稠渣掛大面技術

將濺渣護爐與掛渣護爐有機結合,利用冶煉間隙,掌握適當的濺渣提槍時機,留適量稠渣掛大面,使其均勻附著在大面上,依據殘渣質量、掛渣時間、存鋼量多少或部分或全部掛住稠渣,代替補爐料和爐襯磚接受侵蝕。

4運用效果

1)通過以上一整套爐體維護工藝技術的研究,煉鋼廠老區近幾年爐齡不斷提高,耐材消耗不斷降低,為萊鋼1000萬t鋼的跨越式發展做出了積極的貢獻。

2)長壽低耗經濟爐齡技術的研究,提高了產能,減少了補爐時間和耐材消耗,減輕了工人的勞動強度,正確處理了轉爐長壽和低耗之間的矛盾,為煉鋼廠的品種、質量、效益做出了較大貢獻。

5結論

1)采用全爐役低氧化性爐渣濺渣護爐技術和系統降低出鋼溫度等技術,轉爐爐型保持較好,成功解決了轉爐爐齡和耐材消耗之間的矛盾。

2)通過對轉爐長壽低耗經濟爐齡的研究實踐,爐襯壽命得到提高,耐材消耗不斷減少,確保了公司產品質量、產能、效益的提高。