1、轉爐濺渣護爐技術1前言濺渣護爐技術是在轉爐吹煉結束后,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。該技術在美國ltv廠成功后,使轉爐爐齡從5000爐提高到15000爐以上,創造了目前世界上最高的轉爐爐齡記錄。該項先進技術介紹到中國后,我國許多工廠結合本廠的資源、工藝特點,進行開發采用,獲得了明顯的經濟效益。盡管濺渣護爐技術已經在生產中廣泛應用,并獲得了巨大的成功。但在濺渣護爐技術的基礎理論研究方面,卻處于空白狀態。最近該方面的研究已經引起國內外廣大冶金學者的重視。本文將簡單總結鋼鐵研總院工藝所在下述領域里的

2、研究結果:(1)熔池濺渣動力學的研究；(2)濺渣層與爐襯的結合機理(3)濺渣層的浸蝕試驗(4)合理的終渣成分控制。2熔池濺渣動力學的研究如何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。其效果決定于以下控制因素:(1)熔池內留渣量和渣層厚度(2)熔渣的物理狀態:爐渣熔點、過熱度、表面張力與粘度(3)濺渣氣動力學參數:噴吹壓力、槍位以及噴槍夾角和孔數等。通過水力學模型試驗和理論分析,研究了熔池濺渣動力學過程,初步提出優化濺渣的工藝參數。2.1水模型測定(1)噴吹工藝對濺渣高度的影響1)對不同的介質,不同高度條件下的濺渣量的分布基本相似,隨著濺渣高度的升高,濺渣量逐漸降低

3、。2)當濺渣高度hs/d=1.0時,不同高度下的濺渣量的分布規律發生變化。當hs/dl.0時,濺渣量的比例高達總渣量的30%60%,隨著高度的增加,濺渣量將迅速降低。在hs/d1.0以后濺渣量隨高度增加,濺渣量減少的速率降低。在這一高度的范圍內,濺渣量約占濺渣總量的020%。由此推論,爐內濺渣存在兩個反應區:當hs/d1.0時,濺渣以渣液面波動為主,濺渣量大,并隨濺渣高度增加迅速降低。當hs/d1.0時,濺渣主要通過反射的高速氮氣射流夾帶的渣液為主。濺渣量低,但隨高度的增加,濺渣量衰減比較緩慢。3)槍位對濺渣高度有較為明顯的影響。在同樣氣源壓力下,采用較低的槍位易于造成渣液面的劇烈攪動,有利于

4、轉爐下部(hs/d1.0)濺渣高槍位,易于爐渣的破碎、乳化,有利于轉爐上部(hs/d1.0)濺渣。(2)爐渣物性的影響為了測定爐渣物性對濺渣效果的影響,水模中分別采用水、鹽水和水玻璃模擬爐渣。濺渣介質的變化對轉爐下部、以渣液面波動為濺渣機制的影響較大。隨爐渣密度和粘度的升高,渣液面波動造成濺渣量迅速降低。說明對于密度、粘度較高的爐渣,將消耗更多的射流沖擊能才能造成液面的劇烈波動。而對于轉爐上部濺渣,濺渣介質的變化對濺渣量的影響不大,說明爐渣表面張力的變化對射流乳化和攜帶液體爐渣能力影響較小。由于熔池濺渣總量主要決定于下部濺渣(約占60%70%)量,因而在不同壓力和噴吹槍位下,鹽水濺渣的總濺渣量

5、明顯高于水玻璃。(3)噴吹壓力與槍位的影響爐內濺渣決定于兩種不同的機制:液面波動濺渣與射流攜帶濺渣。高槍位利于渣滴的乳化與飛濺,適用于轉爐的上部濺渣。低槍位利于熔池波動濺渣,適用于轉爐下部濺渣。因此,對于不同的氣源壓力,有一最佳槍位使兩種濺渣機制有機地協調配合,達到最佳的濺渣效果。2.2理論分析根據能量守恒定律可以確定氮氣射流與渣池間的能量關系:e=es+ei+e+er(1) 即噴吹射流的總能量等于射流對熔池作用的表面功es與射流對熔池的沖擊功ei、射流對熔池的攪拌能e以及攜帶渣滴的反射射流的能量er的總和。化簡式(1)可求出爐內淺渣平均高度兒與各種工藝參數的關系式(1)。3濺渣層與爐襯結合機

6、理與抗浸蝕性能3.1濺渣過程中爐渣成分和結構的變化冶煉和濺渣過程中,隨著爐渣成分的改變,爐渣巖相結構發生很大的變化。(1)初期渣:轉爐開吹5min,熔池溫度約為1420,爐渣堿度為r=1.61.7,渣中tfe含量較低,mgo含量約為6%7%,接近或達到飽和值。初期渣礦相組成幾乎全部為硅酸鹽結構。結晶相為鎂硅鈣石(3cao?mgo.2sio2),結合相為橄欖石cao.(mg、fe、mn)o?sio2。未發現ro相。mgo、feo皆賦存于硅酸鹽相中。(2)終點渣:普通轉爐終渣(如太鋼渣),堿度為3.33.7。渣中全鐵波動在13%18%。渣中mgo的飽和濃度為3%4%,但實際中mgo含量達到3%13

7、%,超過飽和溶解度值。終渣硅酸鹽相以發達的板條狀c3s為主,c2s含量極少。結合相為鐵酸二鈣(c2f)和ro相,約占總量的15%。結晶的mgo包裹在c3s晶體中或游離的結合相中。采用半鋼冶煉的終渣(如承鋼終渣),鐵酸鹽高達40%50%,c2s相只占20%25%,還有少在量未熔的mgo顆粒。(3)改質渣:轉爐出鋼后,如果出鋼溫度過高、濺渣粘度較低時,往往需要添加少量石灰或續質材料調整爐渣成分和溫度,以利于濺渣護爐。改質爐渣中往往出現彌散未熔的石灰或mgo顆粒。同時c2s含量增加并發育為良好的板條狀。(4)濺后渣:濺渣后由于氣流的冷卻作用,使爐渣的巖相結構發生了明顯的改變。粗大發育良好的板條狀c3

8、f被破碎成細小的顆粒,均勻彌散地分布于鐵酸鈣結合相中,使爐渣的密度增高。3.2濺渣層與爐襯的結合機理為了研究濺渣層與爐襯耐火材料的結合機理,在試驗室內進行了小型柑堝濺渣試驗。濺渣后的柑堝在爐內緩冷后縱向剖開進行巖相觀察。巖相分析結果證明,濺渣沿縱向分布很不均勻:(1)由渣池向上,柑堝側壁上的濺渣層由厚逐漸變薄,上部濺渣層的厚度僅為0.10.5mm；而柑堝下部是較厚的密實濺渣層。(2)上部濺渣層顏色黑亮有金屬光澤下部渣層顏色暗,表面粗糙,有表面顯微裂紋和氣孔。(3)從渣池底部向上連續濺渣層的礦物組成,發現隨高度的增加,濺渣層的礦物組成逐漸發生明顯的變化。在柑堝的底部,被氣流破碎的粒狀c3s和c2

9、s以及結晶mgo顆粒富集在鐵酸鹽結合相內。隨濺渣高度的增加,高熔點氧化物(c3s、c2s和mgo顆粒)逐漸減少,鐵相增加。在柑堝上部形成以鐵酸鹽為主的低熔點濺渣層。濺渣層與mg-c磚的結合部可細分為三個區域:(1)燒結層:鐵酸鈣鹽c2f沿續碳磚表面的顯微氣孔和裂紋,向致密的mgo機體內擴散。溶解與mg0顆粒反應生成鐵續橄欖石(mgo-fe2o3)燒結層。(2)結合層:在濺渣層一mgc磚表面,濺渣層中的鐵酸鈣將磚襯中突出的mgo顆粒包裹起來,形成鎮鐵橄欖石的化學結合。同時,濺渣層中c3s、c2s和mgo顆粒在氣流的作用下鑲嵌在粗糙的耐火襯表面,形成機械結合。(3)濺渣層:以粗大的高熔點顆粒狀c3

10、s、c2s和mgo晶團為骨架,固溶在r0相和鐵酸鈣結合相中。通過上述分析,推論出濺渣層與爐襯磚的結合機理如下:在濺渣初期,低熔點流動性強的富鐵爐渣首先濺射到爐襯表面,沿襯磚表面顯微氣孔和裂紋向mgo機體內擴散,形成以(mgo?cao)fe2o3為主的燒結層。隨濺渣的繼續,顆粒狀的高熔點氧化物(c3s、c2s和mgo)被氣流濺射到爐襯磚表面,形成以鑲嵌為主的機械結合。同時富鐵的低熔點爐渣包裹在耐火磚表面突出的mgo顆粒周圍形成化學結合層。隨著濺渣的進一步進行,使大顆粒c3s、c2s和mgo晶團濺射到結合層表面并與鐵酸鈣ro相相結合,冷卻固溶形成襯磚表面濺渣層。3.3濺渣層的浸蝕特性為了研究濺渣層

11、的抗浸蝕性能,在試驗室內測定了兩種合成渣在初渣和終渣條件下的浸蝕速度。試驗結果證明:(1)濺渣層對轉爐初期渣有較強的抗浸蝕能力,能夠起到保護爐襯的作用。(2)濺渣層對高溫終渣的抗浸蝕能力很差。進一步提高濺渣層的熔點是提高濺渣層抗浸蝕能力的關鍵。同時,在生產實踐中堅持一爐一濺和低溫出鋼,將有利于提高濺渣護爐的效果。待添加的隱藏文字內容34適宜濺渣護爐的終渣成分控制試驗證明,高溫熔化將造成濺渣層的嚴重浸蝕。因此,改變爐渣成分,進一步提高爐渣的熔化性溫度,有利于濺渣護爐。在一定的堿度條件下,提高渣中tfe含量將使爐渣熔化性溫度明顯降低。而堿度變化對爐渣熔化性溫度影響不大。在正常煉鋼條件下,控制渣中t

12、fe=15%20%,爐渣熔化性溫度波動在17201780之間。在渣中tfe=20%的前提下,改變渣中mgo含量和爐渣堿度,可以調整爐渣的熔化性溫度。(1)當渣中mgo含量小于8%時,對同一堿度,隨mgo含量的增加,爐渣熔化性溫度降低。在此范圍內,增加mgo含量有利于熔池化渣,不利于濺渣護爐。當渣中mgo含量大于8%以后,對于確定的堿度,增加mgo含量有利于提高爐渣的熔化性溫度。(2)當mgo含量小于8%時,對同一mgo含量,提高爐渣堿度,將降低爐渣熔化性溫度當m束。含量大于8%以后,對同一mgo含量,提高爐渣堿度,會提高爐渣熔化性溫度。(3)對于正常爐渣堿度范圍(r=2.13.8),控制爐渣mgo含量為8%10%,將使爐渣熔化性溫度降低至最低點(l7001725),不利于濺渣護爐。(4)從濺渣護爐的觀點出發,最佳的爐渣成分控制為:低堿度、低mgo含量區域(r=2.l2.4mgo4%、tfe=20%)高堿度、低mgo含量區域(r=3.03.8mg0l2%、tfe=20%)該區域內,爐渣的熔化性溫度可達到18001870。5結語從水模試驗、爐渣巖相檢驗、試驗室高溫模擬濺渣及理論計算幾方面進行了濺渣工藝動力學、爐渣改質、粘結機理、濺