CN111876552A - 一种水冷壁电炉挂渣的方法 - Google Patents

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王东生
杨仰军
吕学明
黄家旭
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Abstract

本发明涉及一种水冷壁电炉挂渣的方法，该方法包括如下步骤：在电炉冶炼过程中，电炉炉衬的耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，在电炉炉衬的水冷壁的冷却作用下，形成的高熔点物质冷凝在耐火砖层的表面部分上以形成固态挂渣层。通过本发明的方法，本发明可以隔离炉衬和高温熔渣，并且该固态挂渣层在冶炼中随着熔池的温度降低和增加而分别自动地增厚和减薄，可以显著地减缓甚至消除熔渣对耐火砖层的侵蚀，从而提高电炉炉衬使用寿命。

Description

一种水冷壁电炉挂渣的方法
技术领域
本发明属于高温冶金领域，并且更具体地，涉及一种水冷壁电炉挂渣的方法。
背景技术
攀钢高炉渣是钒钛磁铁矿冶炼产生的特有的高钛型炉渣，TiO2含量约为20-24％。经过多年潜心研究，攀钢逐渐形成了以“高温碳化-低温氯化”工艺为主的含钛高炉渣有效利用路线。其中高温碳化工艺主要采用电炉在温度1400℃-1700℃用碳质还原剂还原高钛型炉渣，冶炼过程主反应为TiO2+3C＝TiC+2CO(g)，冶炼完成后开炉口出渣。目前该电炉炉衬主要采用镁碳质的耐火材料，耐材使用寿命较短，目前针对耐材侵蚀的问题，工业上主要采用两种办法解决：一是仍然采用“消耗式”耐火材料，使用中尽量减缓耐材的侵蚀速度，在耐火材料消耗到一定程度之后，重新砌筑炉衬，该方法炉衬寿命一般小于1000炉；二是采用“挂渣”技术，在炉衬表面制造一层固态渣层，达到“以渣抗渣”的目的，例如：专利CN206173373U提供了一种铜冷却壁及高炉冷却壁结构，专利CN 102251066B提供了一种预挂渣皮的冷却壁，专利CN 204999927U提供了一种耐磨预挂渣铜冷却壁，专利CN 207891366U提供了一种铸钢冷却壁，这些专利多用于高炉局部区域耐材的保护，炉衬寿命略长。然而，这些现有技术仍然无法显著减缓侵蚀和提高电炉炉衬使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水冷壁电炉挂渣方法，解决目前高温碳化工艺处理高钛型炉渣过程中，炉衬侵蚀快，电炉寿命短的问题。本发明考虑到含钛炉渣熔渣组分的特殊性和冶炼工艺的特点，提供一种水冷壁电炉挂渣方法，在水冷壁的冷却作用下，耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，冷凝在耐火砖层的表面部分上形成固态挂渣层，从而隔离炉衬和高温熔渣，并且该固态挂渣层在冶炼中随着熔池的温度降低和增加而分别自动地增厚和减薄，可以显著减缓甚至消除熔渣对耐火砖层的侵蚀，从而提高电炉炉衬使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的方面，提供一种水冷壁电炉挂渣的方法，该方法包括如下步骤：在电炉冶炼过程中，电炉炉衬的耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，在电炉炉衬的水冷壁的冷却作用下，形成的高熔点物质冷凝在耐火砖层的表面部分上以形成固态挂渣层。
在本发明的一个实施例中，电炉用于含质量分数10-60％TiC的炉渣的制备工艺，其中所使用的原料为质量分数15-80％TiO2的含钛物料。
在本发明的一个实施例中，电炉炉衬还包括炉壳和捣打料层，其中炉壳、水冷壁、捣打料层和耐火砖层由外向内依次设置。
在本发明的一个实施例中，水冷壁包括壁体、冷却水管、挂钩和挂钉，其中冷却水管在壁体内，挂钩位于壁体的顶部，挂钉设置在壁体上。
在本发明的一个实施例中，壁体为铸铁材质，并且冷却水管为不锈钢材质。
在本发明的一个实施例中，壁体和冷却水管均为铜材质。
在本发明的一个实施例中，冷却水管在壁体内弯曲并以等间距的方式排布，其中冷却水管的间距是10-150mm，冷却水管的内径是50-75mm，冷却水管内的水流速度为1-2.5m/s。
在本发明的一个实施例中，捣打料层是碳化硅质或碳质捣打料，其中捣打料层的厚度是20-100mm。
在本发明的一个实施例中，耐火砖层是镁碳砖、铝碳砖、热压炭砖或者半石墨炭砖，其中耐火砖层的厚度是50-350mm。
在本发明的一个实施例中，固态挂渣层在电炉冶炼中随着熔池的温度降低和增加而分别自动地增加厚度和减小厚度，其中固态挂渣层的厚度是10-30mm。
通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：
在本发明中，含钛炉渣为“短渣”，当温度低于熔渣的流动性温度之后，熔渣会迅速凝固，基于此，可以充分利用熔渣的“短渣”特性，炉衬采用水冷壁结构，在水冷壁的冷却作用下，耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，冷凝在耐火砖层的表面部分上而形成固态挂渣层，从而隔离炉衬和高温熔渣。并且该固态挂渣层在冶炼中随着熔池的温度降低和增加而自动地增厚和减薄，可以显著减缓甚至消除熔渣对耐火砖层的侵蚀，从而提高电炉炉衬使用寿命。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中：
图1示出了本发明中形成固态挂渣层的示意图；
图2是本发明中电炉的水冷壁的结构的主示意图；
图3是本发明中电炉的水冷壁的结构的侧示意图。
附图标记说明
1壁体、2冷却水管、3挂钉、4挂钩、5进水口、6出水口、d1炉壳的厚度、d2水冷壁的厚度、d3捣打料层的厚度、d4耐火砖层的厚度、d5固态挂渣层的厚度、D冷却水管的间距
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
如图1-3所示，本发明提供一种水冷壁电炉挂渣的方法，该方法包括如下步骤：在电炉冶炼过程中，电炉炉衬的耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，在电炉炉衬的水冷壁的冷却作用下，形成的高熔点物质冷凝在耐火砖层的表面部分上以形成固态挂渣层。
在上述方法中，电炉用于含质量分数10-60％TiC的炉渣的制备工艺，其中所使用的原料为质量分数15-80％TiO2的含钛物料。
在上述方法中，电炉炉衬还包括炉壳和捣打料层，其中炉壳、水冷壁、捣打料层和耐火砖层由外向内依次设置。
在上述方法中，水冷壁包括壁体1、冷却水管2、挂钩4和挂钉3，其中冷却水管2在壁体1内，挂钩4位于壁体1的顶部，挂钉3设置在壁体上，如图2-3所示，冷却水管2具有进水口5和出水口6，冷却水管2在壁体1内弯曲并以等间距D的方式排布，其中冷却水管2的间距D是10-150mm，冷却水管2的内径是50-75mm，冷却水管2内的水流速度为1-2.5m/s；挂钉3的数量为4个并且对称分布在壁体1上。水冷壁的厚度d2是80-300mm。
在上述方法中，壁体1为铸铁材质，并且冷却水管2为不锈钢材质，或者壁体1和冷却水管2均为铜材质。
在上述方法中，捣打料层是碳化硅质或碳质捣打料，其中捣打料层的厚度d3是20-100mm。
在上述方法中，耐火砖层是镁碳砖、铝碳砖、热压炭砖或者半石墨炭砖，其中耐火砖层的厚度d4是50-350mm。
在上述方法中，固态挂渣层在电炉冶炼中随着熔池的温度降低和增加而分别自动地增加厚度和减小厚度，其中固态挂渣层的厚度d5是10-30mm。
在上述方法中，炉壳的厚度d1是10-20mm。
下面通过具体实施例来描述本发明的上述方法。
实施例1
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为22-23％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铸铁材质，冷却水管2为不锈钢材质，水管间距D＝100mm，内径为56mm，管内水流速度设计为1.2m/s。捣打料层采用石墨材质，厚度为75mm，耐火砖层采用含碳10％的镁碳砖，初始厚度为345mm。在冶炼至500炉之后，炉衬的耐火砖层的表面上出现固态挂渣层，该挂渣层厚度为15mm。
实施例2
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为22-23％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铸铁材质，冷却水管2为不锈钢材质，水管间距D＝100mm，内径为56mm，管内水流速度设计为1.2m/s。捣打料层采用碳化硅材质，厚度为40mm，耐火砖层采用含碳18％的镁碳砖，初始厚度为345mm。在冶炼至420炉之后，炉衬的耐火砖层的表面上出现固态挂渣层，该挂渣层厚度为20mm。
实施例3
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为22-23％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铸铁材质，冷却水管2为不锈钢材质，水管间距D＝100mm，内径为56mm，管内水流速度设计为1.2m/s。捣打料层采用碳化硅材质，厚度为20mm，耐火砖层采用含碳18％的镁碳砖，初始厚度为230mm。在冶炼260炉后，在耐火砖层的表面上形成一层固态挂渣层，继续使用在冶炼至350炉之后，固态挂渣层逐渐稳定，随冶炼中熔池温度自动地增厚和减薄，该挂渣层厚度为22mm。
实施例4
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为15-30％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铜材质，冷却水管2为铜材质，水管间距D＝150mm，内径为50mm，管内水流速度设计为1.0m/s。捣打料层采用碳质捣打料，厚度为100mm，耐火砖层采用铝碳砖，初始厚度为220mm。在冶炼300炉后，在耐火砖层的表面上形成一层固态挂渣层，该挂渣层厚度为10mm。
实施例5
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为60-80％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铜材质，冷却水管2为铜材质，水管间距D＝120mm，内径为75mm，管内水流速度设计为2.5m/s。捣打料层采用碳质捣打料，厚度为20mm，耐火砖层采用半石墨炭砖，初始厚度为120mm。在冶炼500炉后，在耐火砖层的表面上形成一层固态挂渣层，该挂渣层厚度为25mm。
实施例6
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为15-30％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铸铁材质，冷却水管2为不锈钢材质，水管间距D＝50mm，内径为60mm，管内水流速度设计为1.5m/s。捣打料层采用碳化硅质捣打料，厚度为100mm，耐火砖层采用热压炭砖，初始厚度为230mm。在冶炼350炉后，在耐火砖层的表面上形成一层固态挂渣层，该挂渣层厚度为30mm。
实施例7
采用某公司25.5MVA圆形电炉制备含TiC炉渣，所用原料为TiO2含量为22-23％的含钛高炉渣和冶金焦。如图1所示，电炉炉壁从外向里依次为炉壳、水冷壁、捣打料层、热压炭砖的耐火砖层。采用如图2-3所示的电炉炉衬的水冷壁结构，其中壁体1为铸铁材质，冷却水管2为不锈钢材质，水管间距D＝80mm，内径为60mm，管内水流速度设计为1.5m/s。捣打料层采用碳化硅材质，厚度为20mm，耐火砖层采用热压炭砖，初始厚度为320mm。在冶炼300炉后，在耐火砖层的表面上形成一层固态挂渣层，继续使用在冶炼至420炉之后，固态挂渣层逐渐稳定，随冶炼中熔池温度自动地增厚和减薄，该挂渣层厚度为28mm。
总之，本发明的炉衬采用水冷结构，在水冷壁的冷却作用下，耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，冷凝在耐火砖层的表面上形成固态挂渣层，从而隔离炉衬和高温熔渣。并且在冶炼中随着熔池的温度降低和增加，该固态挂渣层自动地增厚和减薄，可以显著减缓甚至消除熔渣对耐火砖层的侵蚀，从而提高电炉炉衬使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：在电炉冶炼过程中，电炉炉衬的耐火砖层的表面部分的组分与液态熔渣反应后形成高熔点物质，在电炉炉衬的水冷壁的冷却作用下，形成的高熔点物质冷凝在耐火砖层的表面部分上以形成固态挂渣层。
2.根据权利要求1所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述电炉用于含质量分数10-60％TiC的炉渣的制备工艺，其中所使用的原料为质量分数15-80％TiO2的含钛物料。
3.根据权利要求1所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述电炉炉衬还包括炉壳和捣打料层，其中所述炉壳、所述水冷壁、所述捣打料层和所述耐火砖层由外向内依次设置。
4.根据权利要求3所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述水冷壁包括壁体、冷却水管、挂钩和挂钉，其中所述冷却水管在所述壁体内，所述挂钩位于所述壁体的顶部，所述挂钉设置在所述壁体上。
5.根据权利要求4所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述壁体为铸铁材质，并且所述冷却水管为不锈钢材质。
6.根据权利要求4所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述壁体和所述冷却水管均为铜材质。
7.根据权利要求4所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述冷却水管在所述壁体内弯曲并以等间距的方式排布，其中所述冷却水管的间距是10-150mm，所述冷却水管的内径是50-75mm，所述冷却水管内的水流速度为1-2.5m/s。
8.根据权利要求3所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述捣打料层是碳化硅质或碳质捣打料，其中所述捣打料层的厚度是20-100mm。
9.根据权利要求3所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述耐火砖层是镁碳砖、铝碳砖、热压炭砖或者半石墨炭砖，其中所述耐火砖层的厚度是50-350mm。
10.根据权利要求1所述的水冷壁电炉挂渣的方法，其特征在于，所述固态挂渣层在电炉冶炼中随着熔池的温度降低和增加而分别自动地增加厚度和减小厚度，其中所述固态挂渣层的厚度是10-30mm。
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