CN101487070A - 采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法，属于氧气转炉炼钢技术领域。采用环缝式底吹供气元件取代毛细管透气砖，使气流集中、提高了喷嘴端部的冷却能。炉役初期在冶炼过程中形成发育良好的金属蘑菇头后，立即实施溅渣工艺在金属蘑菇头表面上形成炉渣蘑菇头。金属炉渣复合蘑菇头初步形成后，应注意检查气体的压力、流量关系P－Q曲线与冷态测试值有无明显差异，若差异较大则需要适当调整工艺保证其透气性。在随后的炉役期内要对蘑菇头注意加以保护，经常检测蘑菇头和炉底高度，检测对比冷热态P－Q曲线间的偏差，以保证在全炉役内蘑菇头能有效地保护底吹供气元件，并具有良好的透气性。优点在于，使复吹转炉炉龄超过10000炉，最高至30000炉。

Description

采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法

技术领域

本发明专利属于氧气转炉炼钢技术领域，特别是提供了一种采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法，在炉役初期生成一种金属炉渣复合蘑菇头保护底吹供气元件，使底吹供气元件寿命与溅渣后转炉炉衬寿命同步。

背景技术

转炉复合吹炼是一种先进的炼钢工艺，其技术原理是在顶吹氧气转炉底部安装数个底吹供气元件，向炉内吹入惰性气体搅拌熔池，促进渣-钢反应平衡。采用复吹转炉炼钢工艺可以改变吹炼后期熔池反应偏离平衡的技术问题，避免钢渣过氧化，有利于提高钢水洁净度。但复吹转炉的炉龄决定于底吹供气元件的寿命。采用溅渣护炉后转炉炉龄从1000炉提高到10000炉以上，但由于目前世界上底吹供气元件的寿命仅为2000～2500炉，不能与转炉炉龄同步，从而造成了复吹转炉炉龄偏低，复吹比大幅度下降。

为了提高复吹转炉炉龄，国际上采用两种方法提高底吹供气元件的寿命：其一是采用更换底吹供气元件技术，在炉役期内更换已经熔损或堵塞的供气元件；其二是采用蘑菇头技术保护底吹供气元件，提高其寿命。

更换底吹供气元件需要一定的周期，影响转炉的产量并具有一定的漏钢危险；同时在炉役期间更换底吹元件对炉底耐火材料有较大损害，不可能多次更换。一般一个炉役内仅可更换1～2次，复吹炉龄仍不能大幅度提高。

奥钢联在世界上首先采用了金属蘑菇头保护底吹供气元件工艺，其特点是：在冶炼中通过强化底吹气体的冷却能(如采用天然气代替氮气)冷却底吹供气元件，并在冶炼初期在供气元件端部形成金属蘑菇头，保护底吹供气元件。金属蘑菇头的特点是体积小，以铁为主(≥91％)，含碳量高(1.48％)。金属蘑菇头在随着熔炼的进行不断地消熔，在炼钢后期往往被熔化，因而不能起到良好保护底吹供气元件的效果。

为了加强底吹供气元件的保护，中国钢铁研究总院曾发明了炉渣蘑菇头，其特点是在溅渣过程中形成透气性良好的主体成份由炉渣组成的炉渣蘑菇头，覆盖在底吹供气元件的端部。炉渣蘑菇头可以很好的保护底吹供气元件，但由于底吹供气元件与炉渣蘑菇头不易焊合，结合不好，容易脱落和产生气孔造成漏气，致使炉役前期形成炉底“窜气”，使底吹气体沿着蘑菇头和溅渣层与炉衬间的间隙或气孔形成的气流通道直接喷出炉外，无法进入熔池，最终使底吹供气元件失效，从而失去复吹炼钢工艺的冶金效果。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法，在冶炼初期生成一种金属炉渣复合蘑菇头保护底吹供气元件，解决了底吹供气元件与炉渣蘑菇头结合不好，易脱落和容易产生气孔造成漏气问题。大幅度提高复吹转炉炉龄，使底吹供气元件寿命与溅渣后的转炉炉衬寿命同步。

本发明采用金属炉渣复合蘑菇头在起到良好地保护底吹元件的同时，也可以避免在供气元件与蘑菇头连接处形成间隙产生漏气现象。

本发明的技术原理是：在复吹转炉开炉时采用较大的底吹流量，适当地提高从底吹环缝式供气元件喷出的气体冷却能。由于高速气流从供气元件喷射向铁水，迅速地冷却了底吹供气元件的端部。在温度较低的底吹供气元件的出口端部，铁水迅速冷却并凝结成为具有很多毛细孔金属固体。这种具有毛细孔的金属固体就成为了金属蘑菇头，也就是成为了金属炉渣复合蘑菇头的基体。在底吹供气元件端部形成发育良好的金属蘑菇头后，出钢后立刻实行溅渣操作，也就是说在金属蘑菇头的基体上覆盖上一层具有一定厚度、耐火度的炉渣。由于溅渣过程中通过底吹气体的冷却作用，在金属蘑菇头表面沉积覆盖的一层炉渣蘑菇头也具有了良好的透气性的。经过多炉反复的溅渣、挂渣等维护操作，最终形成了由金属蘑菇头为基体，上面有覆盖渣蘑菇头，而这种金属炉渣复合蘑菇头也将具有良好透气性能。

本发明的技术方案如下：

本发明采用环缝式底吹供气元件取代毛细管透气砖使气流集中，在复吹转炉底吹供气元件端部形成金属炉渣复合蘑菇头，提高了喷嘴端部的冷却能，有利于在冶炼和溅渣过程中形成发育良好的金属蘑菇头和炉渣蘑菇头。

形成金属炉渣复合蘑菇头的步骤如下：

a.采用环缝式底吹供气元件取代毛细管透气砖，使气流集中、提高气体冷却能，利于金属蘑菇头的形成。在开炉第一炉就加大底吹元件气量(每支元件流量大于40Nm³/h)，促使在环缝式底吹供气元件的端头生成金属蘑菇头；

本发明所述的环缝式供气元件由喷气管、安装法兰、分气室、进气室四部份组成。

由于高速气流不断喷射的作用，金属炉渣复合蘑菇头内部具有大量的气体毛细管式通道，保证了其具有良好的透气性。同时也由于作为基体的金属蘑菇头体积较大并与喷管壁完全焊合可保证不漏气。而在金属蘑菇头表面形成的炉渣蘑菇头也由于其导热能力差，温度梯度大，避免了金属蘑菇头在下一炉冶炼中被完全熔损，达到保护底吹供气元件的目的。这个金属炉渣复合蘑菇头在一个炉役期内，将长久地存在，有效地保护了底吹供气元件不受熔损，从而保证复吹转炉的冶金效果在全炉役的发挥。

b.开新炉第一炉出净钢水后开始溅渣，在已经形成的金属蘑菇头基体表面上，3-10min内形成透气性良好的炉渣蘑菇头；炉渣蘑菇头的高度要求控制在50～200mm；

为提高炉渣蘑菇头的熔点和高温抗氧化性，要求溅渣所用炉渣成分满足以下关系：渣中MgO含量(MgO％)≥2.15×(FeO％)/R，R为炉渣碱度；

c.在供气压力0.3-1.2MPa范围内测量热态气体流量、压力关系P-Q曲线与冷态测试值的0.7倍进行对比，决定是否调整工艺；在与P-Q曲线与冷态测试值的0.7倍差异不明显时，说明金属炉渣复合蘑菇头透气性良好；在相同压力下，当两者流量偏差大于20％时，则需要调整工艺。热态气体流量高时加强挂渣或垫补炉底操作、低时进行洗炉底操作；

d.重复以上工艺操作至开炉后30～50炉，使金属蘑菇头与管壁完全焊合不漏气，并调整蘑菇头金属成分，使碳含量降低至0.5％以下。

e.金属蘑菇头生成后，在随后的炉役期内要特别注重对蘑菇头的保护，经常检测蘑菇头和炉底高度，检测对比冷热态P-Q曲线间的偏差，以保证在全炉役内蘑菇头能有效地保护底吹供气元件，并具有良好的透气性。

开新炉时利用炉底温度低及高速气流对底吹元件冷却作用的特点，使铁水在底吹供气元件端部冷凝形成发育良好、体积较大的金属蘑菇头，保证金属蘑菇头的尺寸达到：金属蘑菇头外径和喷枪外径之比(φ_蘑/φ_枪)为1.8～2.5，金属蘑菇头高度与蘑菇头外径之比(H/φ_蘑)为0.8～1.5。

本发明所述的金属炉渣复合蘑菇头由金属蘑菇头和炉渣蘑菇头两层结构构成；所述的金属蘑菇头成分为：Fe≥95％，[C]≤0.5％，均为重量百分比。

本发明的优点与积极效果

采用本发明提出的生成金属炉渣复合蘑菇头和保护底吹供气元件方法，可以有效地保护底吹供气元件延长其寿命，使复吹转炉炉龄超过10000炉，最高至30000炉。图1给出典型金属炉渣复合蘑菇头的外貌图，从图1中可以看出在蘑菇头表面覆盖着一层具有透气性的炉渣层，炉渣层表面有许多微小的气孔，可保证底吹气体流出搅拌熔池。图2给出金属炉渣复合蘑菇头的剖面金相结构，从图中可以看出在喷管端部形成了较发达的金属蘑菇头，金属蘑菇头的碳含量波动在0.15～0.42％之间，含铁量≥95％。从环缝处流出的气体在金属蘑菇头内形成气体通道。同时可看出金属蘑菇头一层层沉淀冷凝的痕迹，说明金属蘑菇头是在不断反复地熔化和生长过程中逐渐形成的。对比炉渣-金属蘑菇头岩相结构如图3所示，在其喷嘴端部仅形成较小的金属颗粒，无法和喷管壁熔合。

在喷口端部与蘑菇头接缝处存在大量气孔，成为最终成为产生喷管漏气和炉底“窜气”的原因。

表1给出目前国际上存在的三种蘑菇头保护底吹供气元件的工艺原理和技术指标的比较。从表1中可以看出，金属炉渣复合蘑菇头具有以下技术优点：

(1)金属蘑菇头可以和喷嘴管壁完全焊合避免产生漏气。

(2)金属蘑菇头表面形成透气性炉渣蘑菇头可以保护金属蘑菇头不易熔损。

(3)金属蘑菇头的碳含量较低，熔点高，冶炼后期金属蘑菇头不会被熔化，造成蘑菇头脱落。

(4)蘑菇头具有较好透气性，可以较好的搅拌熔池。

表1  三种蘑菇头保护底吹供气元件的工艺技术比较

 

种类	金属蘑菇头	炉渣蘑菇头	金属炉渣复合蘑菇头
				结构	见图4	见图5	见图6
发明单位	奥钢联	钢铁研究总院	钢铁研究总院

 

形成机理	依靠气体冷却在吹炼过程中冷凝金属形成蘑菇头	在溅渣过程中依靠气体冷却熔渣形成透气性蘑菇头	依靠气体冷却在吹炼中形成金属蘑菇头，溅渣后沉淀一层炉渣蘑菇头
				特征	蘑菇头尺寸小，易于熔化	尺寸大，不易熔化、易漏气	尺寸大，不易熔化、漏气
成分/％	w(Fe)w(C)其它≥91  1.48  4.7	w(CaO)47.9w(SiO2)13.78w(MgO)11.6w(T.Fe)15.18	金属：w(Fe)≥95w(C)≤0.45，炉渣：w(CaO)47.9w(SiO2)13.78w(MgO)11.6w(T.Fe)15.18
				使用效果	不能保护	可保护，易形成炉底”窜气”	可保护，消除炉底”窜气”

附图说明

图1为本发明典型金属炉渣复合蘑菇头外形图。

图2为本发明金属炉渣复合蘑菇头剖面结构(渣层拆炉时已脱落)。

图3为本发明炉渣蘑菇头岩相结构。其中，转炉残砖1，冷凝金属铁2、气孔3、放射性气泡带4、迷宫式气泡带。

图4为奥钢联金属蘑菇头。

图5为钢铁研究总院炉渣蘑菇头。

图6为钢铁研究总院金属炉渣复合蘑菇头。

具体实施方式

某钢厂210吨转炉应用实例：

210吨复吹转炉安装4支环缝式底吹供气元件，单支设计冷态供气流量600Nm³/h，开炉第一炉出钢后溅渣3min，炉渣成份：(MgO)10.76％，(FeO)为9.7％，R为3.23。热态单支流量为417Nm³/h；

第30炉出钢后溅渣3.2min，炉渣成份：(MgO)9.4％，(FeO)为12.75％，R为4.43。热态单支流量为394Nm³/h；炉底厚度为130mm；

炉役期时测量金属蘑菇头外径和喷枪外径之比2.4，金属蘑菇头高度与蘑菇头外径之比(H/φ蘑)为0.58。金属蘑菇头最高碳含量为0.42％。

本项发明已在100多座复吹转炉上得到了应用，使用效果良好，使复吹转炉的炉龄提高到10000炉以上，最高达30000炉，复吹比100％，全炉役期内未更换底吹供气元件。表2给出该项工艺在国内大、中、小三个典型转炉钢厂采用所达到的技术指标。表中[C][O]积是用于表示转炉复吹效果的综合指标，1600℃时[C][O]积的平衡值为0.0023。实际转炉终点[C][O]积接近或小于0.0023说明复吹转炉具有良好的冶金效果。

表2  金属-炉渣蘑菇头应用实例

 

序号	转炉吨位	底枪支数	炉龄	复吹比/％	[C][O]积
						1	300吨	16支/炉	>10000炉	100	0.0023
2	110吨	6支/炉	>10000炉	100	0.0029
						3	30吨	4支/炉	>10000炉	100	0.0026

Claims (4)

1、一种采用金属炉渣复合蘑菇头提高复吹转炉炉龄的方法，在炉役初期生成一种采用金属炉渣复合蘑菇头保护底吹供气元件；其特征在于，采用环缝式底吹供气元件取代毛细管透气砖使气流集中，在复吹转炉底吹供气元件端部形成金属炉渣复合蘑菇头，形成金属炉渣复合蘑菇头的步骤如下：

a.采用环缝式底吹供气元件取代毛细管透气砖，使气流集中、提高气体冷却能，利于金属蘑菇头的形成；在开炉第一炉就加大底吹元件气量，每支元件流量大于40Nm³/h，促使在环缝式底吹供气元件的端头生成金属蘑菇头；

b.开新炉第一炉出钢后开始溅渣，在已经形成的金属蘑菇头基体表面上，3-10min内形成透气性良好的炉渣蘑菇头；炉渣蘑菇头的高度要求在50～200mm；

为提高炉渣蘑菇头的熔点和高温抗氧化性，要求溅渣所用炉渣成分满足以下关系：渣中MgO含量(MgO％)≥2.15×(FeO％)/R，R为炉渣碱度；

c.在供气压力0.3-1.2MPa范围内测量热态气体流量、压力关系P-Q曲线与冷态测试值的0.7倍进行对比，决定是否调整工艺；P-Q曲线与冷态测试值的0.7倍流量差异不明显，说明金属炉渣复合蘑菇头透气性良好；在相同压力下，当热态气体流量、压力关系P-Q曲线与冷态测试值的0.7倍流量偏差大于20％时，则需要调整工艺，热态气体流量高时加强挂渣或垫补炉底操作，热态气体流量低时进行洗炉底操作；

d.重复以上工艺操作至开炉后30～50炉，使金属蘑菇头与管壁完全焊合不漏气，并调整蘑菇头金属成分，使碳含量降低至0.5％以下；

e.金属蘑菇头生成后，在随后的炉役期内要特别注重对蘑菇头的保护，经常检测蘑菇头和炉底高度，检测对比冷热态P-Q曲线间的偏差，以保证在全炉役内蘑菇头能有效地保护底吹供气元件，并具有良好的透气性。

2、按照权利要求1所述的方法，特征在于，金属炉渣复合蘑菇头的尺寸达到：金属蘑菇头外径和喷枪外径之比(φ_蘑/φ_枪)为1.8～2.5，金属蘑菇头高度与蘑菇头外径之比(H/φ_蘑)为0.5～1.5。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属炉渣复合蘑菇头由金属蘑菇头和炉渣蘑菇头两层结构复合构成。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属蘑菇头成分为：Fe≥95％，[C]≤0.5％，均为重量百分比。

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