CN105385806B - 一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法 - Google Patents

一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高温冶金领域，特别涉及到高炉渣提钛高温碳化过程中的一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法。本发明所解决的技术问题是提供一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，解决目前高温碳化工艺处理高钛型高炉渣过程中电炉炉底上涨以及炉衬寿命短的问题。本发明护炉方法是通过下述技术方案实现：即在电炉出渣后残留部分碳化渣，通过实施溅渣护炉的方式防止炉底上涨，同时也可以保护碳化电炉的炉衬，进而延长电炉的使用寿命，能有效的提高生产效率和降低生产成本。

Description

一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法
技术领域
本发明属于高温冶金领域，特别涉及到高炉渣提钛高温碳化过程中的一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法。
背景技术
攀枝花地区蕴含有丰富的钛资源，占我国钛资源量的90％以上。攀钢采用先选铁后选钛的主体工艺路线，经传统高炉炼铁流程钛资源最终进入高炉渣中，因此攀钢高炉渣是钒钛磁铁矿冶炼产生的特有的高钛型高炉渣，TiO2含量约为20～24％。为了提取高炉渣中的钛，国内许多研究机构开展研究。目前来看，高钛型高炉渣“高温碳化-碳化渣低温氯化制取TiCl4”的工艺路线是最具产业化前景的技术路线之一，其中高温碳化工艺是使用三相交流电炉在温度1500℃～1700℃左右用碳质还原剂还原高钛型高炉渣。
目前在碳化冶炼中存在以下两个问题：问题一：冶炼后期熔渣中生成12～22％的碳化钛，碳化钛的熔点为3140℃，密度比熔渣大，因此在接近冶炼终点时TiC下沉，在出渣口附近聚集，导致熔渣黏度升高，常常由于电炉开口不及时而造成出渣不畅，使得碳化电炉炉底上涨。问题二：由于冶炼过程中的高温以及高温熔渣的物理冲刷和化学侵蚀，炉衬耐火材料的消耗严重。
针对以上问题，需要研究相应的防止电炉炉底上涨和提高耐火材料使用寿命的方法。在高温冶金领域，炉底上涨的原因通常是：1.渣系不好。如电炉冶炼高钛渣生产中，出渣时炉口温度偏低，由于炉渣的短渣特性，温度降低炉渣粘度迅速增高，炉渣粘度过高、流动性差导致炉渣无法排出；转炉炼钢出渣时由于炉渣内MgO含量高，炉渣过于粘稠，导致溅渣后气体凝结在炉底，造成炉底上涨。2.调渣材料的影响。如造渣所用石灰的有效CaO含量偏低，炉渣碱度不足。3.工艺操作的影响。如溅渣护炉气体压力低于规定值，炉渣无法被有效溅起；生产节奏快，倒不净渣。通常解决炉底上涨的处置方式是：1.调渣改变渣系的特性，如控制渣中MgO、CaO含量，调整合适的碱度；加入合适的调渣剂，改变炉渣的粘度。2.提高调渣材料的质量。如白云石或石灰中要求MgO含量尽量偏高、SiO2含量偏低，同时干燥、不加杂、粉面率低。3.优化操作和工艺。检查溅渣护炉气体压力，压力低时应缩短溅渣时间或不溅渣；倒净炉渣，等等。另外“溅渣护炉”是一种被广泛应用于转炉炼钢行业的技术，具体是采用高压气体将转炉炉底残渣吹散、溅射到炉壁上以此来保护炉衬的技术，可以大大的提高转炉耐火材料的使用寿命。但是该方式一直应用于转炉炼钢行业中对耐火材料的保护，而电炉冶炼中耐火材料的保护目前仍是以镁碳砖、镁铝砖等耐火砖炉衬为主，造成目前电炉的使用寿命普遍较短，如30t的炼钢电炉平均寿命为65～85炉次。
基于上述应用背景，尚未见将溅渣护炉应用于以出渣后残留部分碳化渣，然后顶吹氮气实施溅渣护炉的方式来保护碳化电炉的炉衬，同时实现控制电炉炉底上涨和炉壁溅渣两种目的报道。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，解决目前高温碳化工艺处理高钛型高炉渣过程中电炉炉底上涨以及炉衬寿命短的问题。
本发明护炉方法是通过下述技术方案实现：即在电炉出渣后残留部分碳化渣，通过实施溅渣护炉的方式保护碳化电炉的炉衬，同时也可以防止炉底上涨，进而延长电炉的使用寿命。
具体的，上述技术方案中，残留部分碳化渣是采用以下方式实现：通过控制冶炼和出渣工艺参数，使电炉在出渣完成之后炉底残留公称容量10～15％的碳化渣，如公称容量18t，则残留渣为1.8～2.7t；公称容量50t，则残留渣为5～7.5t。
进一步地，上述技术方案中，步骤A所述控制冶炼和出渣工艺参数的制度如下：在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余公称容量25～30％的熔渣时，停止送电，由于熔渣的短渣特性，温度降低，熔渣粘度迅速增大，出渣末期流量越来越小，直至停止，此时炉内残留公称容量10～15％的碳化渣。
具体的，上述技术方案中，本发明炉内残留碳化渣主要成分为：TiC 12～22％、CaO25～30％、MgO 8～13％、Al2O3 10～20％、SiO2 20～25％和其他少量游离碳、MnO等杂质2～5％。在高温碳化过程中，碳化渣是冶炼得到的终产品，有其特殊的性质：一是碳化渣中所含TiC具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点；二是TiC含量12～22％的碳化渣基本不可能进一步在电炉中参与还原反应。以此在出渣完成之后，用顶吹喷枪喷射氮气，使残留在炉底的熔融碳化渣飞散，附着在炉壁上，以此来保护炉衬，延长电炉的使用寿命。
具体的，上述技术方案中，所述溅渣护炉是用顶吹喷枪喷射氮气，使残留在炉底的熔融碳化渣飞散，附着在炉壁上即可。
具体的，上述技术方案中，所述溅渣护炉采用的工艺参数如下：为保证溅渣效果，喷吹氮气的压力、流量以及枪位根据电炉容量大小适当调整。本发明在采用公称容量为18～70t的电炉时溅渣护炉采用的工艺参数为：喷吹氮气压力控制在0.9～1.4MPa，喷吹氮气的流量为70～250Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部1.2～1.8m，溅渣时间至40～60％时，枪位降至喷口距离熔池底部0.9～1.5m，总的溅渣时间2.5～4min。
如：
以采用公称容量18t圆形电炉为例，喷吹氮气压力控制在0.7～0.9MPa，喷吹氮气的流量为70～90Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.2～1.3m，溅渣时间至80～90s时，喷口距离熔池底部的距离降至0.9～1.0m。总的溅渣时间2.5～3min。
以采用公称容量50t电炉为例，喷吹氮气压力控制在1.0～1.1MPa，氮气的流量为150～170Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.4～1.5m，溅渣时间至100～110s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.1～1.2m，总的溅渣时间3～4min。
以采用公称容量70t电炉为例，喷吹氮气压力控制在1.3～1.4MPa，氮气的流量为230～250Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.7～1.8m，溅渣时间至100～120s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.3～1.4m，总的溅渣时间3～4min。
溅渣护炉是用喷枪将高压气体把炉底残渣吹散、溅射到炉壁上以此来保护炉衬的技术，以往常用转炉炼钢行业，保护了转炉炉衬，提高了转炉的使用寿命。本发明的关键在于溅渣护炉是用在高钛型高炉渣加碳冶炼碳化渣的工艺中，通过控制冶炼和出渣工艺参数，采取出渣时炉底留渣操作，用顶吹喷枪喷射氮气，使残留在炉底的熔融碳化渣飞散并附着在炉壁上。本方法既可以控制由于冶炼后期炉渣粘度大导致出渣不彻底造成炉底上涨的情况，同时可以减少耐火材料的侵蚀，达到延长炉衬寿命的目的。本方法解决了炉底上涨被迫停炉清理的问题，并延长耐火材料的使用寿命。本方法降低了耐火材料的消耗，提高了生产效率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的阐述。
控制本发明护炉方法中采用出渣至炉内剩余公称容量25～30％的熔渣时停止送电，主要是为了控制炉内碳化渣的残留量，依据出渣口的渣流量大小作业人员做适当的调整。比如出渣末期渣流量偏大，则应提前断电，待碳化渣温度降低、粘度增大后，流速减慢，直至适合进行堵口操作。如果断电不及时导致无法堵口时，本炉不进行溅渣护炉操作。
控制本发明护炉方法中碳化渣残留量为公称容量10～15％的碳化渣的原因是碳化渣残留量小于10％，则碳化渣在吹溅过程中挂渣层偏薄；渣残留量过高，则会造成炉底留渣，炉内留渣过多会带来下一炉次冶炼加热能耗增加，炉底残渣还会造成炉底上涨。试验证明炉底残渣控制在10～15％较为合理，因此确定炉底残留碳化渣为电炉公称容量10～15％。
根据上述研究及筛选，确定本发明护炉方法中的参数控制如下：调整冶炼和出渣工艺参数，在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余电炉公称容量25～30％的熔渣时，停止送电，以保证使电炉在出渣完成之后炉底残留公称容量10～15％的碳化渣，之后实施溅渣护炉。
以采用公称容量18t圆形电炉为例，在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余公称容量4.5～5.4t的熔渣时，停止送电，以保证使电炉在出渣完成之后炉底残留公称容量1.8～2.7t的碳化渣，喷吹氮气压力控制在0.7～0.9MPa，喷吹氮气的流量为70～90Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.2～1.3m，溅渣时间至80～90s时，喷口距离熔池底部的距离降至0.9～1.0m。总的溅渣时间2.5～3min。发明人发现在未使用该方法之前，电炉炉龄约为80炉次，其中由于炉底的上涨导致电炉无法开口，被迫进行洗炉操作3～5炉次，每次洗炉耗电约25000kWh，耗时约5h。采用本发明的护炉方法后，没有出现过由于炉底上涨而被迫洗炉的情况。溅渣护炉操作间隔一到二炉进行一次，共进行34炉次，电炉寿命也由原来的80炉次提高到120炉次，延长使用寿命约50％。
进一步的，发明人将本发明护炉方法应用于其他规格的电炉，实施本发明护炉方法的参数控制如下：
以采用公称容量50t电炉为例，在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余公称容量12.5～15t的熔渣时，停止送电，以保证使电炉在出渣完成之后炉底残留公称容量5～7.5t的碳化渣，喷吹氮气压力控制在1.0～1.1MPa，氮气的流量为150～170Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.4～1.5m，溅渣时间至100～110s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.1～1.2m，总的溅渣时间3～4min。发明人发现在未使用该方法之前，电炉炉龄约为75炉次，采用本发明的护炉方法后，没有出现过由于炉底上涨而被迫洗炉的情况。溅渣护炉操作间隔一到二炉实施一次，共实施31炉次，电炉寿命提高到123炉次。
以采用公称容量70t电炉为例，在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余公称容量17.5～21t的熔渣时，停止送电，以保证使电炉在出渣完成之后炉底残留公称容量7～10.5％的碳化渣，喷吹氮气压力控制在1.3～1.4MPa，氮气的流量为230～250Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.7～1.8m，溅渣时间至100～120s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.3～1.4m，总的溅渣时间3～4min。发明人发现在未使用该方法之前，电炉炉龄约为80炉次，采用本发明的护炉方法后，没有出现过由于炉底上涨而被迫洗炉的情况。溅渣护炉操作间隔一到两炉实施一次，共实施37炉次，电炉寿命提高到130炉次。
综上，采用本发明护炉方法后，无论电炉容量大小在电炉炉龄期间，没有出现过由于炉底上涨而被迫洗炉的情况，而且电炉炉龄可延长至少50％以上，同时实现防止炉底上涨、保护炉衬，进而延长炉衬寿命的目的，使得生产连续进行且延长耐火材料的使用寿命，能有效的提高生产效率和降低生产成本，为高炉渣提钛高温碳化过程提供了一种控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法。

Claims (6)

1.控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤如下：
A、在电炉出渣后残留部分碳化渣，所述残留部分碳化渣是：通过控制冶炼和出渣工艺参数，使电炉在出渣完成之后炉底残留电炉公称容量10～15％的碳化渣；碳化渣主要成分为：TiC 12～22％、CaO 25～30％、MgO 8～13％、Al2O3 10～20％、SiO2 20～25％和不可避免的杂质2～5％；所述控制冶炼和出渣工艺参数的制度如下：在冶炼完成后，进行开炉口出渣操作，出渣至炉内剩余公称容量25～30％的熔渣时，停止送电，出渣停止时炉内残留公称容量10～15％的碳化渣；
B、溅渣护炉保护碳化电炉的炉衬。
2.根据权利要求1所述的控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤B所述溅渣护炉是用顶吹喷枪喷射氮气，使残留在炉底的熔融碳化渣飞散，附着在炉壁上即可。
3.根据权利要求1所述的控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤B所述溅渣护炉采用的工艺参数如下：采用公称容量为18～70t的电炉，喷吹氮气压力控制在0.9～1.4MPa，喷吹氮气的流量为70～250Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部1.2～1.8m，溅渣时间至40～60％时，枪位降至喷口距离熔池底部0.9～1.5m，总的溅渣时间2.5～4min。
4.根据权利要求3所述的控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤B所述溅渣护炉采用的工艺参数如下：采用公称容量为18t的电炉，喷吹氮气压力控制在0.9MPa，喷吹氮气的流量为70～90Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.2～1.3m，溅渣时间至80～90s时，喷口距离熔池底部的距离降至0.9～1.0m，总的溅渣时间2.5～3min。
5.根据权利要求3所述的控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤B所述溅渣护炉采用的工艺参数如下：采用公称容量为50t的电炉，喷吹氮气压力控制在1.0～1.1MPa，氮气的流量为150～170Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.4～1.5m，溅渣时间至100～110s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.1～1.2m，总的溅渣时间3～4min。
6.根据权利要求3所述的控制碳化电炉炉底上涨和炉壁溅渣的护炉方法，其特征在于：步骤B所述溅渣护炉采用的工艺参数如下：采用公称容量为70t的电炉，喷吹氮气压力控制在1.3～1.4MPa，氮气的流量为230～250Nm3/min，开始溅渣枪位为喷口距离熔池底部高度1.7～1.8m，溅渣时间至100～120s时，喷口距离熔池底部的距离降至1.3～1.4m，总的溅渣时间3～4min。
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