CN116926264A - 一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶炼技术领域,具体公开了一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,包括优化冶炼过程控制和优化溅渣护炉控制,优化冶炼过程控制包括冶炼前期、冶炼中期两个阶段的控制,其中冶炼前期的控制包括炉渣形态控制和冶炼原料装入动态调整,冶炼中期的控制包括冶炼枪位控制和出钢温度控制,优化溅渣护炉控制包括溅渣枪位操作控制和溅渣时间合理控制。本发明在少渣冶炼工艺模式下进行溅渣护炉操作,在冶炼过程阶段和溅渣护炉阶段分别进行过程控制,冶炼阶段为溅渣护炉操作过程提供粘稠度高的炉渣,并通过溅渣过程中枪位操作模式的控制以及合理规范溅渣时间,使得炉渣有效地附着在炉壁上,对炉衬起到保护作用,延长炉衬的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域,具体涉及一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法。
背景技术
转炉少渣冶炼工艺即少渣炼钢,是指转炉冶炼总渣量极少化的一种炼钢工艺。少渣炼钢加入渣料的主要目的是保护炉衬、覆盖钢液、减少金属喷溅。
通常转炉渣料消耗偏高,而少渣冶炼工艺模式下渣料消耗少,采用留渣操作,在冶炼中通过有效化渣并在出钢后留渣,利用炉渣对炉衬进行维护。
现有技术中通过优化转炉造渣制度、供氧制度、温度制度及出钢制度,在转炉渣料消耗降低以后,溅渣护炉过程中工艺优化缓慢跟不上,仍存在不易溅渣、炉渣挂壁困难的问题,其中主要涉及炉渣形态不好,粘稠度不高不易挂壁,溅渣护炉时间长,炉渣在炉壁上的附着性不好,长时间的溅渣在一定程度上也增加了高温炉渣对炉衬砖的侵蚀冲刷,造成炉衬恶化,缩短了炉衬的寿命,溅渣护炉操作不仅没有起到对炉衬的维护作用,反而影响了炼钢冶炼的周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,以解决现有技术中在少渣冶炼工艺模式下由于渣量少,且在冶炼期间不易成渣,致使终渣形态不利于溅渣,同时溅渣阶段溅渣时间长效果差,不能有效地使炉渣附着在炉壁上,导致难以通过溅渣护炉操作对炉衬进行有效维护,进而间接缩短了炉衬的寿命的问题。
为达到上述目的,本发明提供的基础方案为:一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,包括优化冶炼过程控制和优化溅渣护炉控制,所述优化冶炼过程控制包括冶炼前期、冶炼中期两个阶段的控制,其中冶炼前期的控制包括炉渣形态控制和冶炼原料装入动态调整,冶炼中期的控制包括冶炼枪位控制和出钢温度控制,所述优化溅渣护炉控制包括溅渣枪位操作控制和溅渣时间合理控制。
本发明的原理和有益效果在于:本发明在少渣冶炼工艺模式下进行溅渣护炉操作,为了保证炉渣质量及溅渣效果,在冶炼过程阶段和溅渣护炉阶段分别进行过程控制,并对原料装入量、冶炼时的枪位高度和出钢温度等角度进行优化,确保化渣过程的顺利从而得到良好的终渣条件,在冶炼阶段为溅渣护炉操作过程提供粘稠度高的炉渣,并通过溅渣阶段过程中枪位操作模式的控制以及合理规范溅渣时间,保证在少渣冶炼工艺模式下炉渣能够有效地附着在炉壁上,从而对炉衬起到保护作用,延长炉衬的寿命。
方案二,此为基础方案的优选,所述炉渣形态控制的方法如下:向转炉中加入28kg/t石灰,在转炉炉底喷吹氮气并配合强烈搅拌;通过控制石灰的加入量,避免石灰加入过多造成FeO的浓度增加,既保证了化渣效果又能间接控制FeO浓度。
方案三,此为基础方案的优选,所述冶炼原料装入动态调整的方法如下:动态调整铁水加入量,保持加入铁水的平均温度为1376℃,控制铁水中Si含量不高于0.8%,铁水中Mn含量不高于0.7%;
通过在冶炼前期优化装入制度,确保热量平衡,针对目前的铁水条件和废钢情况,计算热量平衡,根据铁水Si、Mn含量及时调整铁水、废钢装入量,保证热量平衡,避免出现热量富余,杜绝人为盲目加石灰降温,节约了成本。
方案四,此为基础方案的优选,冶炼中期,所述冶炼枪位控制的方法如下:合理调整氧枪吹炼时的枪位,吹炼前期控制氧枪的高度为1.40m,喷吹过程中实时观察化渣情况并观察炉口喷溅物的大小,在此过程中,降低氧枪并降低至1.35m,炉渣返干时提高氧枪枪位0.05-0.15m,吹炼末期下降氧枪并降枪至终点枪位1.30m,保证压枪时间,压枪时间不少于45s;
吹炼过程中FeO含量的提高有助于化渣即快速成渣,按照上述冶炼过程中氧枪枪位的调整,可以将FeO的含量提高并且控制在21%-24%,保证快速成渣。
方案五,此为方案四的优选,氧枪吹炼过程中采用“恒压、变枪”操作方式,设定吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期的底吹压力分别为1.25-1.3Mpa、1.3-1.35Mpa和1.35-1.4Mpa;
传统的“变枪、变压”操作模式,由于操作水平容易受到限制,导致氧枪吹炼过程中化渣效果差,易使得冶炼过程中产生溢渣、喷溅和返干等现象,通过使用“恒压、变枪”操作方式,同时保证熔池搅拌均匀,能够做到前期早化渣、中期化好渣以及后期化透渣,进一步降低造渣料至18kg/t。
方案六,此为方案四的优选,吹炼前期向转炉中每炉加入300-500kg钢粒子;通过加入钢粒子以降低炉渣表面活性能,同时有利于转炉内CO气体的排出。
方案七,此为基础方案的优选,所述出钢温度控制的方法如下:将出钢时的出钢温度控制在1620-1645℃;当出钢温度高至l660℃以上时,炉渣溶液的粘稠度会急骤下降,炉衬的损坏速度加快,寿命大幅度降低,通过降低出钢温度至1620-1645℃时,平均出钢温度保持在1640℃左右,出钢温度降低以后,炉衬受热时产生的膨胀应力会变小,反应区的高温作用会使炉衬表面软化、熔融,造成炉衬损伤减缓,有效减轻炉衬的侵蚀,同时降低了冶炼期间渣料消耗,提高了炉衬寿命。
方案八,此为基础方案的优选,所述溅渣枪位操作控制的方法包括三种枪位操作模式:
模式一:高枪位操作,溅渣枪位为1.4-1.7m;
模式二:低枪位操作,溅渣枪位0.9~1.1m;
模式三:正常枪位操作,溅渣枪位1.1~1.4m;
当炉底下降至100-300cm高度时炉底偏低,此时采用模式一进行枪位操作;当炉底上涨至400-500cm高度时炉底偏高,此时采用模式二进行枪位操作;当炉底在300-400cm时为正常高度,采用模式三进行枪位操作。
溅渣时采用变枪位操作,溅渣开始时控制氧枪枪位较高,随着渣量、渣温度降低、可适当降低枪位,从而在溅渣时保证炉渣被溅起并大量附着在炉壁上保护炉衬。
方案九,此为基础方案的优选,所述溅渣时间合理控制的方法如下:合理控制溅渣时间,溅渣时间控制在不少于2.5分钟,向炉底的炉渣喷吹2分钟氮气;溅渣时间在2.5分钟左右时,此时炉渣被大量溅起,喷溅高度可以达到炉帽处,经过观察大约在溅渣2.5分钟时炉衬挂渣情况良好。
方案十,此为方案七的优选,冶炼前期向转炉内加入28-30t废钢,兑铁初期20s的兑铁速度控制在1800kg/s,兑铁开始4s后炉渣中Fe0浓度降至5.48%时,恢复兑铁速度2377.6kg/s;
兑铁初期缓慢将铁水兑入,将兑铁初期的兑铁速度降低至1800kg/s,既能够在铁水兑入转炉时不产生冒烟和喷溅现象,又能够有效保证冶炼周期时间不致过长。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,包括优化冶炼过程控制和优化溅渣护炉控制,优化冶炼过程控制包括冶炼前期、冶炼中期两个阶段的控制,其中冶炼前期的控制包括炉渣形态控制和冶炼原料装入动态调整,冶炼中期的控制包括冶炼枪位控制和出钢温度控制。
在少渣冶炼工艺下,采用单渣操作模式,在上一炉留渣操作后,向转炉中加入废钢和铁水进行新一炉的冶炼操作。由于铁矿石品位不稳定,铁水中Si、Mn、S含量高,铁水各成分的温度不稳定,尤其Si、Mn含量的波动易导致转炉热量不平衡,因此,针对铁水条件和原材料的情况,采用冶炼原料装入动态调整的方法,来确保炉内热量平衡。
表1原料动态装入总量数据表
表2原料动态装入基准数据表
当热值(根据行业内铁水的理化参数计算办法计算)低时及时调整铁水加入量以及废钢铁水比例,避免因热值低造成的过氧化钢水侵蚀炉衬。其中尤其要控制铁水中的Si含量不高于0.8%,铁水中Mn的含量不高于0.7%。
根据表2可知,在少渣冶炼工业模式下炼钢时,每加入100kg废钢,转炉内温度降低1℃,氧气消耗量为0;每加入100kg内部废钢,转炉内温度降低2℃,氧气消耗量为0;每加入100kg生铁块,转炉内温度升高0.5℃,氧气消耗量为0.93m3;铁水中每分别提升0.1%的C、Si和Mn的含量时,转炉内温度分别升高12℃、24℃以及6.6℃,氧气消耗量分别为0.93m3、0.8m3和0.2m3;以此类推,向转炉中每加入100kg矿石、石灰石、石灰、轻烧镁球、白云石和焦丁时,转炉温度分别升高或者降低如表2中所示的相应的温度。
根据表1可知,在少渣冶炼工艺模式下,炼钢的原料中铁水、内部废钢、废钢、生铁的总装入量分别为81t、5t、15t和8t,铁水的温度控制在1376℃,铁水中C、Si和Mn含量的占比分别为4.41%、0.51%和0.64%。
在整个冶炼过程中的供氧流量保持在26000m3/h,氧枪吹炼过程中吹炼终止时,铁水中C、Si和Mn的含量要降至0.1%、0.00%和0.26%。表1中的各成分的总装入量均需要依据表2中的数据为基准进行装入,直至达到最终的总装入量,在此装入动态调整标准下,可以保证在少渣冶炼工艺模式下成渣效果较好,得到的终渣形态易于溅渣护炉操作。
冶炼前期,炉渣形态控制时,向转炉内加入28-30t废钢、加入铁水,并向转炉内加入28kg/t石灰,石灰是炼钢过程的副原料,石灰的量越多,形成的渣量越多,在转炉底吹氮气并强烈搅拌,此时形成的炉渣温度迅速下降,炉渣的相组成发生变化,固相质点大量析出,固相量增加一倍以上,固相组成大致为3CaO·SiO2+CaO,使得炉渣粘稠度增加,炉渣的流动性降低使得其扩散速度降低,石灰有助于化渣,形成的终渣质量较好。
而石灰的质量易导致FeO的浓度升高,FeO中的O和铁水中的C发生碳氧反应,从而容易产生冒烟和喷溅现象,但由于在铁水兑入时,由于废钢的存在,减缓了铁水对炉渣的冲击,一定程度上阻碍了铁水与炉渣的混合,铁水与炉渣的反应面积大大减小,对碳氧反应速度起到了缓解和抑制作用,这也能减少冒烟和喷溅现象的发生。
为了在少渣冶炼工艺模式下,进一步避免兑铁水时产生喷溅造成安全事故,以及冒烟导致烟尘外排,通过控制兑铁速度来解决,兑铁时间总共控制在1.5min左右,在兑铁初期即兑铁开始的20s内,将兑铁水速度控制在1800kg/s,兑铁初期结束后4s,此时炉渣的FeO浓度已降低到5.48%,此时可以恢复到正常的兑铁速度,正常兑铁的速度为2377.6kg/s。即兑铁初期慢兑可以有效防止冒烟和喷溅的现象,进而减少了兑铁水过程中安全事故发生的可能性。
在冶炼过程中即冶炼中期,冶炼枪位需要进行合理控制,冶炼枪位控制的方法为:为保证快速成渣,宜采取1.40m的氧枪枪位,来增加吹炼前期FeO含量,此过程中增加FeO的含量,可以加速石灰的化渣和改善熔渣的流动性,若前期氧枪枪位低仅有1.30m时则会造成金属喷溅,然后根据化渣情况观察炉口喷溅物的大小,观察炉渣粘稠度是否满足终渣质量,观察喷溅物是否喷溅严重易引发事故,在此过程中,逐步降低氧枪枪位至1.35m,炉渣返干时要适当提高氧枪枪位约0.05-0.15m,此时渣中Fe0的含量提高至约21%-24%,吹炼末期时再下降氧枪至终点氧枪枪位至1.30m;在氧枪吹炼过程中,需要保证压枪时间,压枪时间不得少于45s。
在氧枪吹炼前期操作的时候,容易产生前期喷溅,氧枪枪位不能变动,在转炉中加入300-500kg钢粒子,刚例子能够降低炉渣表面的活性,利于转炉内CO气体的排出。
在少渣冶炼工艺模式下,氧枪吹炼过程中采用“恒压、变枪”操作方式,由于传统冶炼过程中转炉采取“变枪、变压”操作,操作水平受到限制,从而导致过程化渣效果差,容易产生溢渣、喷溅、返干等现象。在“恒压、变枪”操作方式下,调整转炉的底吹模式,设定合理的前期、中期、后期底吹压力,底吹前期压力设定为1.25-1.3MPa,底吹中期压力设定为1.3-1.35MPa,底吹后期压力设定为1.35-1.4MPa,设定此压力可以保证熔池搅拌均匀,使得前期早化渣、中期化好渣、后期化透渣。
冶炼过程中为了保证石灰的质量,需要控制石灰的生烧率,因为石灰生烧率越高,化渣难度越大,石灰中的额CaO溶解度越差,不易溶于渣中,进一步导致成渣的碱度较低,碱度低会导致炉渣的粘稠度下降,因此导致化渣的难度增大。石灰化渣的目的是为了提高终渣的粘稠度和碱度,而石灰生烧率高于3%时为化渣带来了较大难度,不易成渣,使得终渣粘稠度不够,因此需要在冶炼监控时确保石灰生烧率≤3%。
在冶炼末期,完成冶炼后就要进行出钢、留渣操作。需要合理控制出钢温度,出钢温度控制的方法为:通过钢包加盖、缩短冶炼周期以及炼钢生产线全过程调整控制的措施,将出钢温度控制在1620-1645℃。因为当出钢温度高于1660℃以上时,炉渣的粘稠度会急骤下降,炉衬的损坏速度也相应加快,炉衬的寿命大幅度降低。因此出钢温度的平均值保持在1640℃时,能够有效减轻出钢温度对炉衬的侵蚀,提高炉衬的寿命。
钢铁冶炼完毕并出钢留渣后,将进行溅渣护炉的过程,在少渣冶炼工艺模式下进行优化溅渣护炉控制,主要包括溅渣枪位操作控制和溅渣时间合理控制。
溅渣枪位操作控制的最佳枪位与留渣量等参数有关,溅渣时采用变枪位操作,溅渣开始时氧枪枪位较高,随着渣量和渣温度降低,可以适当降低枪位。溅渣枪位操作控制按照如下三种操作模式进行:
模式一:高枪位操作,溅渣枪位为1.4-1.7m;
模式二:低枪位操作,溅渣枪位0.9~1.1m;
模式三:正常枪位操作,溅渣枪位1.1~1.4m;
当炉底下降至100-300cm高度时,此时渣量较少炉底偏低,采用模式一进行枪位操作,保持枪位高度在1.4-1.7m;当炉底上涨至400-500cm高度时此时炉底偏高,采用模式二进行枪位操作,保持枪位高度在0.9-1.1m;当炉底未上涨也未下降,即炉底高度为300-400cm时,此时炉底的高度为正常高度,采用模式三进行枪位操作,保持枪位高度在1.1-1.4m。根据留渣量的多少,以及实际炉底高度来选择枪位高度,有效保证炉渣喷溅并对炉衬起到良好的保护作用。
此外,溅渣时间也需要严格规范,溅渣时间是溅渣操作中一个重要的工艺参数,溅渣时间合理控制的方法如下:控制溅渣时间不少于2.5分钟。
根据转炉的炉衬实际情况控制,目前溅渣总时间定在2.5-4.0分钟;溅渣初期0-1.5分钟即溅渣的孕育期和起渣时间,溅渣孕育期主要由终点渣温度、渣相(熔点)、粘稠度及留渣量决定,终渣温度高时,渣相熔点低、粘稠度小、渣量大,使得溅渣的流动性好,如果此时向炉衬上溅渣,炉渣不容易挂在炉壁上,因此溅渣前期的任务仅是通过喷吹氮气降低渣温,调整渣相(镁球或轻烧白云石),改变炉渣粘稠度,将炉渣调整成易于粘合炉衬的炉渣。
溅渣过程中的1.5-2.5分钟才是真正的溅渣时间,即起渣时间。向炉底喷吹氮气接近2分钟,吹氮气的主要目的是为溅渣提供动力,另外还有为冷却炉渣操作起到保护作用,炉渣开始大量的溅起,其喷溅高度可达到到炉帽处的高度,此时间内炉衬挂渣情况良好。根据实际观察,溅渣时间小于2.5min时,炉渣并不能得到充分冷却和混合均匀,这种炉渣即使溅到炉壁上,也不能很好的挂上炉壁,导致挂炉效果不佳。同时由于生产过程铁水废钢质量的波动,成分S含量偏高,影响溅渣效果,为了降低S含量需要延长喷吹时间,因此溅渣护炉时间延长在3.5-4.0分钟。
溅渣时间的平均时间需要至少保证在2.5分钟,可以适当增加60s以上的补吹时间,加入轻烧镁球≥100公斤/炉,易于炉渣粘合炉衬。溅渣时氮气的流量控制在28000±32000m3/h,溅渣时枪位的高度控制在0.9-1.8m。
在此少渣冶炼工艺模式下,降低了造渣料的消耗,使造渣料消耗降低至31.2kg/t左右,进而降低了钢铁原料的消耗。同时炉衬的寿命得以延长,使转炉炉衬维护有了极大的改善,提高了转炉作业率,保证了转炉的生产秩序的均衡稳定。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,包括优化冶炼过程控制和优化溅渣护炉控制,所述优化冶炼过程控制包括冶炼前期、冶炼中期两个阶段的控制,其中冶炼前期的控制包括炉渣形态控制和冶炼原料装入动态调整,冶炼中期的控制包括冶炼枪位控制和出钢温度控制,所述优化溅渣护炉控制包括溅渣枪位操作控制和溅渣时间合理控制。
2.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,所述炉渣形态控制的方法如下:向转炉中加入28kg/t石灰,在转炉炉底喷吹氮气并配合强烈搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,所述冶炼原料装入动态调整的方法如下:动态调整铁水加入量,保持加入铁水的平均温度为1376℃,控制铁水中Si含量不高于0.8%,铁水中Mn含量不高于0.7%。
4.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,冶炼中期,所述冶炼枪位控制的方法如下:合理调整氧枪吹炼时的枪位,吹炼前期控制氧枪的高度为1.40m,喷吹过程中实时观察化渣情况并观察炉口喷溅物的大小,在此过程中,降低氧枪并降低至1.35m,炉渣返干时提高氧枪枪位0.05-0.15m,吹炼末期下降氧枪并降枪至终点枪位1.30m,保证压枪时间,压枪时间不少于45s。
5.根据权利要求4所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,设定吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期的底吹压力分别为1.25-1.3 Mpa、1.3-1.35 Mpa和1.35-1.4 Mpa。
6.根据权利要求4所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,吹炼前期向转炉中每炉加入300-500kg钢粒子。
7.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,所述出钢温度控制的方法如下:将出钢时的出钢温度控制在1620-1645℃。
8.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,所述溅渣枪位操作控制的方法包括三种枪位操作模式:
模式一:高枪位操作,溅渣枪位为1.4-1.7m;
模式二:低枪位操作,溅渣枪位0.9~1.1m;
模式三:正常枪位操作,溅渣枪位1.1~1.4m;
当炉底下降至100-300cm高度时炉底偏低,此时采用模式一进行枪位操作;当炉底上涨至400-500cm高度时炉底偏高,此时采用模式二进行枪位操作;当炉底保持在300-400cm时为正常高度,采用模式三进行枪位操作。
9.根据权利要求1所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,所述溅渣时间合理控制的方法如下:溅渣时间控制在不少于2.5分钟,向炉底的炉渣喷吹2分钟氮气。
10.根据权利要求3所述的一种转炉少渣冶炼模式下的炉衬维护方法,其特征在于,冶炼前期向转炉内加入28-30t废钢,兑铁初期20s内的兑铁速度控制在1800kg/s,兑铁开始4s后炉渣中Fe0浓度降至5.48%时,恢复兑铁速度2377.6kg/s。
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