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1轉(zhuǎn)爐耐材侵蝕機(jī)理

1)氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯由工作層和永久層組成,工作層在使用過程中經(jīng)受著一系列的物理的、化學(xué)的侵蝕作用。首先是高溫?zé)崃髯饔?特別是一次反應(yīng)區(qū)高溫作用,有可能使得爐襯表面軟化熔融;其次是急冷急熱的作用,尤其是對爐體上部爐襯的影響更為嚴(yán)重;再就是機(jī)械蝕損,包括爐內(nèi)固體和液體的運(yùn)動,裝廢鋼時對爐襯的沖擊及清除爐口積渣時的機(jī)械破損,還有來自爐渣和爐氣化學(xué)侵蝕。

2)鎂碳磚的侵蝕機(jī)理:鎂碳磚在使用過程中,磚工作面所含的碳首先受到FeO等氧化性熔渣的(O)和吹氧冶煉時吹入的O2的氧化作用,以及高溫下MgO的還原作用,使得鎂碳磚形成表面脫碳層。由于碳的氧化脫除,使磚體組織疏松脆化,在鋼液的沖刷下被磨損。同時由于碳的脫除及磚體的疏松,爐渣向脫碳層滲透,并與鎂砂顆粒反應(yīng),使得鎂碳磚不斷的由里向外氧化分解,然后被沖刷掉。

2影響爐襯壽命的主要因素分析

2•1鋼水氧化性影響

煉鋼廠老區(qū)終點(diǎn)均憑經(jīng)驗(yàn)控制,受原材物料不穩(wěn)定的影響,終點(diǎn)控制波動較大,終點(diǎn)碳普遍偏低,鋼中氧含量高,渣中(FeO)穿過反應(yīng)層到達(dá)脫碳層反應(yīng)界面,二者在相會處發(fā)生脫碳反應(yīng)。爐襯脫碳反應(yīng)的結(jié)果,就是反應(yīng)界面的推進(jìn),即原質(zhì)層不斷轉(zhuǎn)化為脫碳層,脫碳層不斷轉(zhuǎn)化為反應(yīng)層,而反應(yīng)層不斷地進(jìn)入渣中。脫碳后的爐襯磚繼而又受到熔渣的化學(xué)侵蝕。從對爐襯殘磚的分析表明,反應(yīng)層中的碳已經(jīng)氧化,脫碳層中的碳比原質(zhì)層減少。因此,由于爐襯脫碳與熔渣對爐襯的化學(xué)侵蝕,導(dǎo)致爐襯磚的不斷熔損。過氧化鋼對爐襯的侵蝕作用非常大,它不僅加劇了鎂碳磚的脫碳速度而且還改變了爐渣的成分,降低了爐渣的熔點(diǎn),據(jù)資料表明濺渣層的熔損率主要與濺渣層中TFe有關(guān)系,TFe越高,熔損率就越高。

2•2溫度的影響

溫度控制對轉(zhuǎn)爐高壽命方面有很大的影響,過程溫度控制不好,將會加大對爐襯的侵蝕。過程溫度過高,將會使得爐襯軟化,鋼水和爐渣就會加快對爐襯的侵蝕,有時甚至產(chǎn)生噴濺,這也加強(qiáng)了對爐襯的侵蝕,使得轉(zhuǎn)爐壽命縮短。1)低溫時,為了滿足下一道工序的要求,必須提高出鋼溫度,也就必須進(jìn)行補(bǔ)吹以提高放鋼溫度,導(dǎo)致倒?fàn)t拉碳次數(shù)增加,鋼水氧化性增強(qiáng),加劇了對爐襯的侵蝕。2)高溫時,爐襯本身就受高溫?zé)崃鞯淖饔?特別是一次反應(yīng)區(qū)高溫作用,有可能使得爐襯表面軟化,而濺渣層受高溫熔化的作用就更加明顯,經(jīng)調(diào)查在1650℃以下濺渣層保存較好,完好率在80%左右。如果拉碳溫度在1700℃以上濺渣層幾乎完全被熔化掉,因此控制拉碳溫度對濺渣護(hù)爐具有十分重要的意義。轉(zhuǎn)爐出鋼溫度過高,不僅使冶煉中后期濺渣層高溫熔化侵蝕加重,還會導(dǎo)致終渣粘度變小,影響濺渣效果。

2•3操作不穩(wěn)定的影響

煉鋼廠老區(qū)轉(zhuǎn)爐由于爐容比小(0•63m3/t),節(jié)奏快,產(chǎn)能高,供氧強(qiáng)度大(4•5m3/t•min以上),吹煉前期經(jīng)常發(fā)生噴濺現(xiàn)象,氧氣流股的沖擊力和碳的激烈氧化產(chǎn)生大量的CO氣體排出時的動力將爐渣和金屬推出爐外,對爐襯造成強(qiáng)烈沖刷。由于脫碳速度快,吹煉后期存在“返干”現(xiàn)象,對爐襯造成侵蝕。爐渣“返干”是指已經(jīng)熔化或部分熔化的爐渣出現(xiàn)變粘甚至結(jié)成大塊的現(xiàn)象。在正常冶煉過程中爐膛內(nèi)應(yīng)充滿泡沫爐渣,氧氣流股穿透泡沫渣與金屬進(jìn)行直接傳氧,同時一部分氧氣與爐渣作用再與金屬進(jìn)行間接傳氧。如果爐渣返干爐膛內(nèi)沒有泡沫渣保護(hù),則氧氣直接傳送到金屬不可能完全被吸收,部分氧氣就會直接傳到爐襯與爐襯作用從而侵蝕爐襯。

2•4加廢鋼、兌鐵水的影響

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的金屬料主要是鐵水,一般占轉(zhuǎn)爐金屬料的70%左右,裝料時,爐體傾動到一定角度,用料斗先向爐內(nèi)加入一定數(shù)量的廢鋼,然后兌入鐵水,裝料過程中爐體的兌鐵位置要受到廢鋼、鐵水時產(chǎn)生的動載荷的沖擊、沖刷與機(jī)械磨損,因而會造成爐襯受損[1]。

2•5濺渣護(hù)爐的影響

轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)是目前爐體維護(hù)的重要方法之一,在轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后,通過頂吹氧槍高速噴吹氮?dú)馍淞?沖擊殘留在熔池內(nèi)的部分高熔點(diǎn)爐渣,使熔渣均勻地噴濺粘附在轉(zhuǎn)爐爐襯表面,形成爐渣保護(hù)層,達(dá)到護(hù)爐的目的。有效地利用高速氮?dú)馍淞鲗t渣均勻地噴濺在爐襯表面,是濺渣護(hù)爐的技術(shù)關(guān)鍵。其效果決定于以下因素:(1)熔池內(nèi)留渣量和渣層厚度;(2)熔渣的物理狀態(tài),如:爐渣熔點(diǎn)、過熱度、表面張力與粘度等;(3)濺渣氣動力學(xué)參數(shù),如:噴吹壓力、槍位以及噴槍夾角和孔數(shù)等。

3長壽低耗爐體維護(hù)技術(shù)工藝實(shí)踐

3•1采用低位裝料制度

目前煉鋼廠老區(qū)轉(zhuǎn)爐采用“鐵塊+廢鋼”裝入模式,裝入量一般控制在10t左右(其中鐵塊6,t廢鋼4t),廢鋼大多為煉鋼廠自循環(huán)的廢坯,體積密度大。為此,加入時采用低位裝料制度,要求加廢鋼時將爐子搖至與水平成30°~40°夾角位置,加完后向下?lián)u爐將廢鋼平鋪在渣面,減輕兌鐵時對爐襯的沖刷。兌鐵時將轉(zhuǎn)爐搖至和水平成45°~50°夾角位置,減輕鐵流對爐襯的沖刷。

3•2優(yōu)化吹煉工藝,穩(wěn)定煉鋼過程

針對煉鋼廠老區(qū)原料條件不穩(wěn)定,轉(zhuǎn)爐爐容比小、供氧強(qiáng)度大等原因,為減輕爐渣和鋼水對爐襯的沖刷,成立了標(biāo)準(zhǔn)化操作課題組,制定了轉(zhuǎn)爐基本操作模式,規(guī)范職工操作,穩(wěn)定吹煉工藝。具體操作過程為:頭批料石灰加入總量4/5,礦石總量3/4,盡可能在開吹20s之內(nèi)加完,早加料是為了降低前期溫度,早成渣;開吹槍位1•10~1•15m,碳火焰上來適當(dāng)提槍,幅度50mm,反應(yīng)強(qiáng)烈可提100mm,同時配合加料和降壓,吹煉初期采用低槍位操作可以加強(qiáng)熔池?cái)嚢?提高成渣速度,隨著吹煉的進(jìn)行,適當(dāng)提高槍位能減緩攪拌動力,減緩反應(yīng)的速度,并且能有效擊碎和破壞泡沫渣;開吹氧壓0•80~0•85MPa,出現(xiàn)溢渣前兆時降壓至0•70~0•75MPa,吹煉初期吹煉氧壓適當(dāng)提高也可以加強(qiáng)熔池?cái)嚢?提高成渣速度,但在溢渣期提槍同時如果不降低氧壓,供氧量未發(fā)生改變,只是減弱了攪拌動能和動力而已,若長時間高槍位操作,會使渣中(FeO)聚集造成嚴(yán)重噴濺。

3•3系統(tǒng)降低出鋼溫度

1)加大出鋼口內(nèi)徑,由原來Φ145mm增加到現(xiàn)在的Φ150mm,縮短了放鋼時間,減少了溫降。

2)加強(qiáng)合金烘烤,合金窯烘烤方式由原來的自然噴風(fēng)模式改為強(qiáng)制配風(fēng)模式,保證了煤氣燃燒效果,提高了合金出窯溫度;同時在轉(zhuǎn)爐合金料倉增設(shè)蒸汽保溫管道,提高了合金入爐溫度,目前入爐合金溫度控制在200℃以上,為降低出鋼溫度創(chuàng)造了條件。

3)鋼包保溫層改造。針對鋼包外殼溫度高的現(xiàn)狀,在永久層加25mm厚的硬質(zhì)隔熱板,以降低鋼包溫度。

4)鋼包、中間包加蓋。將鋼包、中間包包蓋材質(zhì)由澆注料改為鋯質(zhì)耐火纖維模塊,有效減少鋼水輻射散熱,降低了過程溫降。

5)紅包出鋼。對原有的生產(chǎn)組織進(jìn)行優(yōu)化,減少鋼包周轉(zhuǎn)數(shù)量,避免了不必要的熱量損失,同時加強(qiáng)對鋼包在線烘烤的監(jiān)督檢查,保證出鋼時鋼包包襯溫度達(dá)到900℃以上,減少了放鋼過程的溫降。

3•4全爐役采用低氧化性爐渣濺渣技術(shù)

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)采用高拉補(bǔ)吹法,保證終點(diǎn)碳、終點(diǎn)溫度符合要求;加強(qiáng)全過程化渣研究,堅(jiān)持前期低溫泡沫渣、中后期低氧化性渣、終渣做粘的原則,控制過程噴濺,杜絕鋼水過氧化,減少爐氣及爐渣對爐襯的沖刷。針對終點(diǎn)粘渣特性,進(jìn)行濺渣工藝參數(shù)的優(yōu)化。包括留渣量、終渣成分、分階段濺渣槍位、濺渣時間、氮?dú)夤ぷ鲏毫?、主要濺渣區(qū)域等。

3•5稠渣掛大面技術(shù)

將濺渣護(hù)爐與掛渣護(hù)爐有機(jī)結(jié)合,利用冶煉間隙,掌握適當(dāng)?shù)臑R渣提槍時機(jī),留適量稠渣掛大面,使其均勻附著在大面上,依據(jù)殘?jiān)|(zhì)量、掛渣時間、存鋼量多少或部分或全部掛住稠渣,代替補(bǔ)爐料和爐襯磚接受侵蝕。

4運(yùn)用效果

1)通過以上一整套爐體維護(hù)工藝技術(shù)的研究,煉鋼廠老區(qū)近幾年?duì)t齡不斷提高,耐材消耗不斷降低,為萊鋼1000萬t鋼的跨越式發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。

2)長壽低耗經(jīng)濟(jì)爐齡技術(shù)的研究,提高了產(chǎn)能,減少了補(bǔ)爐時間和耐材消耗,減輕了工人的勞動強(qiáng)度,正確處理了轉(zhuǎn)爐長壽和低耗之間的矛盾,為煉鋼廠的品種、質(zhì)量、效益做出了較大貢獻(xiàn)。

5結(jié)論

1)采用全爐役低氧化性爐渣濺渣護(hù)爐技術(shù)和系統(tǒng)降低出鋼溫度等技術(shù),轉(zhuǎn)爐爐型保持較好,成功解決了轉(zhuǎn)爐爐齡和耐材消耗之間的矛盾。

2)通過對轉(zhuǎn)爐長壽低耗經(jīng)濟(jì)爐齡的研究實(shí)踐,爐襯壽命得到提高,耐材消耗不斷減少,確保了公司產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能、效益的提高。