CN102424886B - 脱碳转炉少渣溅渣护炉工艺 - Google Patents
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Abstract
一种脱碳转炉少渣溅渣护炉工艺，属于复吹转炉炼钢技术领域。在工艺中控制的技术参数为：采用铁水脱硅、脱磷、脱硫半钢水进行转炉冶炼，不再加入废钢；控制渣中MgO含量在11％±0.5％范围内；并控制炉渣碱度在3.5≤R≤4.0，渣中TFe≤25％；采用石灰造渣，根据轻烧白云石中MgO含量配加石灰加入量的15～30％；溅渣前熔池留渣量大于保证溅渣效果的临界留渣量45～55kg/t；吹炼终点控制采用不倒炉直接出钢，直接进行溅渣；采用低枪位溅渣，开始溅渣枪位保持基本吹炼枪位1.5m，溅渣时间至50％时枪位降低至1.2m；溅渣时间3～5min；溅渣后保证留渣量5～15kg/t，并保证下炉溅渣时熔池留渣量45～65kg/t。优点在于，达到提高炉龄的目的。
Description
技术领域
本发明属于复吹转炉炼钢技术领域，特别是提供了一种脱碳转炉少渣溅渣护炉工艺。
背景技术
转炉炉龄是影响转炉生产效率和转炉炼钢成本的关键技术环节之一，如果转炉炉龄低则修炉占用的炉役时间较多，使转炉作业率大幅降低。同时，由于炉龄低修砌转炉用的耐火材料消耗大幅增长，使炼钢成本提高。因此，全世界的炼钢工作者都十分注重提高转炉炉龄的工艺研究与开发工作。
为大幅度提高转炉炉龄，美国于20世纪80年代末期开发成功转炉溅渣护炉工艺技术，其技术原理是在转炉出钢后重新摇正转炉，降低顶吹氧枪采用氮气向熔池喷射高速氮气流，冲击炉内剩余的渣池液面，造成渣滴飞溅并凝结到炉衬上形成致密的溅渣层。溅渣层在空炉和冶炼期间可以防止炉衬继续与空气或炉气接触，避免镁碳砖内脱碳层的继续扩展，并在渣钢界面处依靠溅渣层抵抗钢水和炉渣的冲刷侵蚀，达到延长炉龄的目的。该项技术取得良好的冶金效果，使转炉炉龄由1000～2000炉提高到10000～20000炉。
20世纪90年代中国钢铁企业学习和借鉴美国的先进经验，自主开发了适于我国国情的各种溅渣护炉技术，也取得良好的效果。转炉炉龄最高达到35000炉，多数钢厂平均炉龄超过10000炉。目前国内几乎全部转炉炼钢厂均已采用溅渣护炉技术，达到提高炉龄的目的。
溅渣护炉要求出钢后炉内剩有足够的渣量，保证溅渣护炉的效果。渣量过多炉渣冷却所需氮气量增加，溅渣时间延长；渣量过少也会造成溅渣过程中没有足够的炉渣溅射到炉衬上形成完整的溅渣层，使溅渣效果明显降低。常规转炉炼钢渣量通常波动在100～120kg/t，出钢时往往倒掉50～60％的炉渣，即溅渣留渣量控制在50～80kg/t。为保证溅渣效果，许多厂采用溅渣调渣工艺，即在溅渣前向炉内加入一定数量的调渣剂提高渣中MgO含量和降低渣中FeO含量，以求达到更佳的溅渣效果。如发明专利公开号CN1158902A提出的一种溅渣护炉方法是在吹炼过程中向炉内分批加入轻烧白云石，其加入量为8～20kg/t。出钢后向残留炉渣中加入调渣剂8～15kg/t，调渣剂成份为镁砂20～40％，轻烧白云石30～60％，菱镁球0～30％，生白云石0～35％，加入调渣剂后向炉渣中喷吹高压氮气溅渣。发明专利公开号CN101177720A提出了一种转炉高氧化性炉渣的溅渣护炉方法，是在溅渣前每吨加入30～100kg由无烟煤与氧化煤组成的调渣剂，然后喷吹氮气溅渣护炉。显然，传统的转炉溅渣护炉工艺要求留有较多的渣量，并在溅渣前加入大量调渣剂。
采用转炉少渣冶炼工艺，控制石灰加入量≤15kg/t，渣量≤30kg/t，无法满足溅渣护炉的留渣量要求。因此，日本各钢厂多数采用少渣冶炼工艺技术，未能采用溅渣护炉工艺。为提高转炉炉龄，日本钢厂的经验主要是降低耐火材料的侵蚀速度，主要措施是：①大幅度提高转炉作业率，将单座转炉冶炼炉数从20炉/日提高到40炉/日以上，炉衬侵蚀速率指数降低80％。②降低转炉出钢温度，通常控制转炉出钢温度在1640～1660℃之间。③降低冶炼终点渣钢过氧化性，如控制终点钢水aO≤350×10-6，渣中TFe≤15％。
由于我国对炼钢终点的控制尚达不到日本钢厂的控制水平，采用少渣冶炼工艺后取消溅渣护炉工艺炉龄难以超过2000炉。
本项发明针对转炉采用少渣冶炼工艺后，溅渣护炉渣量不足，而通过减少炉衬侵蚀提高炉龄又遇到终点控制困难大，很难达到日本钢厂的控制水平和要求。为此，本发明研究提出一种适于转炉少渣冶炼采用的溅渣护炉工艺，其特点是：
转炉采用少渣冶炼工艺，控制渣量≤30kg/t；
转炉冶炼和出钢过程严禁倒渣，避免喷溅，减少炉渣损失；
溅渣后适当留渣，补充炼钢渣量的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱碳转炉少渣溅渣护炉工艺，适用于脱碳转炉少渣冶炼，控制石灰加入量≤15kg/t，渣量≤30kg/t的条件下采用的溅渣护炉。
本发明是针对转炉采用少渣冶炼工艺后，渣量不能满足溅渣护炉的留渣量要求，首先确定适于溅渣护炉的最佳留渣量。通过试验证明：随着留渣量的增加溅渣量增大，但存在一保证溅渣效果的临界留渣量：当留渣量小于临界渣量时随留渣量提高溅渣量快速上升；当留渣量大于临界渣量时随渣量提高炉衬溅渣量没有明显增加，如图1所示。因此，最佳留渣量应略大于临界渣量，为45～55kg/t。图2、3给出溅渣前、后炉渣岩相分析结果。从图中可以看出，溅渣前炉渣晶粒较粗大，主要岩相成份为C3S、C2S、MgO和RO+C2F。溅渣后由于氮气射流的冷却作用，使溅后渣结晶粒度减小，粗大的板条状C3S、C2S消失，代之以团块状C3S、C2S和MgO。说明溅后渣凝结在炉衬上可形成致密的溅渣层达到保护炉衬的目的。
根据上述发明原理提出本发明的技术方案如下：
采用铁水“三脱”(脱硅、脱磷、脱硫)半钢水进行转炉冶炼，不再加入废钢；吹炼过程中控制石灰加入量10～15kg/t，控制渣量25～30kg/t，实现转炉少渣冶炼。
为保证溅渣护炉效果，同时避免在吹炼过程中炉渣熔蚀炉衬中的MgO，要求严格控制终渣MgO含量，减轻耐火材料的侵蚀。炉渣中MgO的溶解度主要决定于炉渣成份，如图4所示，随渣中CaO升高渣中MgO的溶解度降低；如图5所示，随渣中FeO升高渣中MgO的溶解度升高，波动在10.7～12％之间。综合考虑转炉终渣条件，控制渣中MgO含量在11％±0.5％范围内最佳，并控制炉渣碱度在3.5≤R≤4.0，渣中TFe≤25％。
终渣MgO含量控制与白云石加入量多少无关，如表1所示，采用白云石为主的造渣工艺和采用石灰为主的造渣工艺相比，保持石灰加入量基本不变的前提下，轻烧白云石的用量提高1倍，但终渣碱度和MgO含量均有所降低，造成炉渣脱硫、脱磷的能力下降，特别是渣钢间磷的分配比降低幅度较大。说明过量添加MgO不仅不能提高终渣MgO含量，反而因固体MgO在渣中析出，使炉渣熔化不良，流动性降低，反应能力变差。因此，应采用石灰造渣工艺，根据轻烧白云石中MgO含量配加石灰加入量的15～30％。
表1石灰造渣与白云石造渣两种工艺的比较
转炉采用适量添加白云石的造渣工艺，控制终渣碱度3.5≤R≤4.0，渣中TFe≤25％(为减少渣中铁的氧化损失，可将终渣TFe控制在20％以内)。
吹炼终点控制最好采用不倒炉直接出钢工艺，对于不能采用直接出钢工艺的转炉要求倒炉过程中严格控制炉渣从炉口流出。转炉出钢过程中要根据炉渣的熔化情况和泡沫性控制倒炉速度，避免倒炉过程中炉口溢渣。在整个吹炼过程中要求早化渣，平稳吹炼，避免由于喷溅造成的炉渣损失。
出钢结束后不进行倒渣，直接进行溅渣。溅渣前和溅渣过程中可根据炉渣状况(如渣中FeO含量等)和出钢温度可添加含MgO、CaO和碳的调渣剂，调渣剂加入量2～7kg/t，进行溅渣。
为保证溅渣效果，采用低枪位溅渣工艺，开始溅渣枪位保持基本吹炼枪位1.5m，溅渣时间至50％左右时枪位降低至1.2m。溅渣时间3～5min。
溅渣后可视炉内剩余渣量的多少适量倒出部分液态渣，保证留渣量5～15kg/t，留作下一炉吹炼中继续使用，并保证下炉溅渣时熔池留渣量45～65kg/t：其中冶炼中新造渣25～30kg/t+上炉溅渣层熔损15～20kg/t+留渣5～15kg/t。
附图说明
图1为留渣量和溅渣枪位对溅渣量的影响。
图2为溅渣前炉渣岩相结构。
图3为溅渣后炉渣岩相结构
图4为渣中CaO对MgO的影响。
图5为渣中FeO对MgO的影响。
图6为终渣MgO含量变化趋势。
具体实施方式
300t脱碳转炉炉膛直径6.572m，高10.45m，有效容积285.7m3。平均出钢量300t，脱碳炉平均供氧时间11min，石灰消耗为11kg/t，轻烧白云石消耗为9kg/t，渣量24.4kg/t，控制终渣MgO含量在11％±0.5％范围内，如图6所示。
实施例1：炉龄842炉
出钢后不倒渣，转炉摇直后加入改制剂2.07kg/t，轻烧1.38kg/t，溅渣74秒加入改制剂1.91kg/t，124秒后再加入2.16kg/t。氮气流量为60000Nm3/h。开吹溅渣枪位1.5m，溅渣148秒降至1.2m保持终点，溅渣时间5:04。溅渣后倒去少量液态渣，并在炉内留渣5～15kg/t供下一炉冶炼时继续使用。
实施例2：炉龄882炉
出钢后不倒渣，转炉摇直后加入改制剂1.73kg/t，轻烧1.81kg/t，溅渣59秒加入改制剂1.5kg/t，153秒后再加入1.88kg/t。氮气流量为60000Nm3/h。开吹溅渣枪位1.5m，溅渣132秒降至1.2m保持终点，溅渣时间5:17。溅渣后倒去少量液态渣，并在炉内留渣5～15kg/t供下一炉冶炼时继续使用。
实施例3：炉龄971炉
出钢后不倒渣，转炉摇直后加入改制剂1.78kg/t，轻烧1.76kg/t，溅渣62秒加入改制剂1.5kg/t，128秒后加入1.93kg/t。氮气流量为60000Nm3/h。开吹溅渣枪位1.5m，溅渣127秒降至1.2m保持终点，溅渣时间为5:12。溅渣后倒去少量液态渣，并在炉内留渣5～15kg/t供下一炉冶炼时继续使用。
激光测厚对比炉次(炉龄为827-969炉)
注：“-”号为测量阶段内炉衬厚度增长。
Claims (1)
1.一种脱碳转炉少渣溅渣护炉工艺，其特征在于，在工艺中控制的技术参数为：
采用铁水脱硅、脱磷、脱硫半钢水进行转炉冶炼，不再加入废钢；吹炼过程中控制石灰加入量10～15kg/t，控制渣量25～30kg/t，实现转炉少渣冶炼；
控制渣中MgO含量在11％±0.5％范围内；并控制炉渣碱度在3.5≤R≤4.0，渣中TFe≤25％；
采用石灰造渣，根据轻烧白云石中MgO含量配加石灰加入量的15～30％；
溅渣前熔池留渣量大于保证溅渣效果的临界留渣量45～55kg/t；
吹炼终点控制采用不倒炉直接出钢，转炉出钢过程中要根据炉渣的熔化情况和泡沫性控制倒炉速度，避免倒炉过程中炉口溢渣；
出钢结束后不进行倒渣，直接进行溅渣；溅渣前和溅渣过程中根据炉渣状况和出钢温度添加含MgO、CaO和碳的调渣剂，调渣剂加入量2～7kg/t，进行溅渣；
采用低枪位溅渣，开始溅渣枪位保持基本吹炼枪位1.5m，溅渣时间至50％时枪位降低至1.2m；溅渣时间3～5min；
溅渣后保证留渣量5～15kg/t，并保证下炉溅渣时熔池留渣量45～65kg/t：其中冶炼中新造渣25～30kg/t+上炉溅渣层熔损15～20kg/t+留渣5～15kg/t。
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