顶底复吹转炉出钢面炉衬维护技术的试验研究.pdf

第2 9卷第4期2023年8 月技术讨论宽厚板WIDEANDHEAVYPLATEVol.29,No.4August2023 31 顶底复吹转炉出钢面炉衬维护技术的试验研究潘军赵滨张文英刘威（马鞍山钢铁股份有限公司长材事业部）摘要为控制转炉合理炉型和提高出钢面炉衬使用寿命，分别研究了终渣碱度、渣中w（M g O）以及渣中w(FeO)对终渣熔点的影响。通过对固渣护炉炉次终渣成分的调整和固渣护炉过程操作的优化，有效提高固渣护炉后转炉出钢面炉衬的使用寿命，降低护炉耐材成本。实践表明：转炉终点w（C)控制在0.0 8%0.12%，终渣碱度控制在3.0 3.5,渣中w（M g 0）控制在6%8%，渣中w（Fe 0）控制在10%15%，转炉固渣护炉炉次出钢面炉衬耐侵蚀性达到最佳，转炉出钢面炉衬每月维护频次均值由2 8 次下降至16 次，吨钢耐材用量降低20.27%，综合效益显著。关键词顶底复吹转炉炉渣熔点出钢面炉衬炉渣成分维护操作Experimental Study on Lining Maintenance Technologyfor Tapping Surface of Top and BottomCombined Blowing ConverterPan Jun,Zhao Bin,Zhang Wenying and Liu Wei(Long Product Division of Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.)Abstract In order to control rational furnace type and improve the service lifetime of tapping surface lining forthe converter,the effects of endpoint basicity,w(MgO)and w(FeO)in the slag on the melting point of the endpointslag are studied.The service lifetime of tapping surface lining after converter slag fixing and protecting operation is ef-fectively improved and the cost of protected refractory is reduced by trimming the endpoint slag composition of heatswith slag fixing and protecting operation and optimizing slag fixing and protecting operation.The practice shows that thew(C)at converter endpoint is controlled to the values ranging from 0.08%to 0.12%,the basicity of endpoint slag iscontrolled to the values between 3.0 and 3.5,the w(Mg0)in the slag is controlled to the values between 6%and8%,the w(Fe0)in the slag is controlled to the values between 10%and 15%,the corrosion resistance of tapping sur-face lining for the converter heats with slag fixing and protecting operation is optimized,the average fixing frequency permonth of tapping surface lining is reduced from 28 to 16,the refractory consumption per ton of molten steel is reducedby 20.27%with sinificant comprehensive benefits.KeywordsTop and bottom combined blowing converter,Slag melting point,Tapping surface lining,Slag composi-tion,Maintenance operation0前言控制转炉合理炉型应从出钢面炉衬维护开始，如果出钢面炉衬维护不当，将会导致溅渣时间长、氧枪易粘钢和铁损加剧等问题 1.2 。近几年来，国内部分钢企开展了转炉终渣固渣护炉工业基金项目：国家重点研发计划（2 0 2 1YFB3401003）应用实践。例如，宣钢炼钢厂通过控制炉渣成分，溅渣后将适量炉渣平铺至前大面冷却，达到护炉的目的 3 ；酒钢通过调整转炉终渣成分以及优化固渣护炉过程操作，提高了转炉炉衬的耐侵蚀性，转炉的护炉耐材用量可以降低3 0%，转炉的炉龄提高4 0 0 0 炉 4马钢6 5t顶底复吹转炉低碳低磷钢种冶炼比32例达到40%，因其终渣氧化性强，出钢面炉衬砖熔损速度最高可达0.0 8 mm/炉。虽然传统补炉砂维护出钢面炉衬手段在一定程度上缓解了炉衬砖侵蚀速率，但依然存在维护频次高、补炉耐材用量大和维护效果不稳定的问题。为控制转炉合理炉型和提高出钢面炉衬使用寿命，马钢利用转炉停炉检修间隙，采取固渣护炉技术维护出钢面炉衬,有效降低了出钢面炉衬维护频次和补炉耐材用量。1转炉终渣固渣护炉原理转炉固渣护炉技术，就是在冷却过程中利用炉渣中的2 CaOSiO,、M g O、3 C a O SiO，等高熔点物质相互扩散、同类矿物质重新结晶的工艺原有效容积/3 炉容比高宽比炉口直径/mm熔池直径/mm58.530.84宽厚板理 5.6 ,通过控制摇炉角度将MgO 饱和甚至过饱和的炉渣平铺至出钢面炉衬需要维护部位，静置冷却，使炉渣与出钢面炉衬凝结成一个整体附着在表面，起到保护出钢面炉衬的作用。2工况条件马钢长材一区主要装备包括2 座7 0 t铁水倒罐站、2 座7 0 t单喷石灰粉脱硫站、4座6 5t顶底复吹转炉、4座吹氩合金微调站、2 座7 0 tLF钢包精炼炉2 台六机六流全弧形（150 150）mm断面方坏连铸机和2 台异形坏连铸机。冶炼钢种以普通碳素钢、螺纹钢以及低合金结构用钢为主。顶底复吹转炉主要参数、氧枪喷头主要参数以及主要造渣辅料技术指标分别见表1、表2 和表3。表1顶底复吹转炉主要参数熔池深度/mm炉衬厚度/mm1.382.035第2 9卷37671 133755表2 氧枪喷头主要参数出口马赫数工作氧压/MPa供氧强度Nm/（t min）喉口直径/mm1.980.70 0.90出口直径/mm1中心夹角/。3.2 3.632.8441.9612表3 主要造渣辅料技术指标造渣辅料Ca0/%Si02/%冶金石灰85.003.500.060250.0轻烧镁球S/%活性度/mL灼减/%Mg0/%SiO2/%水分/%10.060.007.502.003试验结果及讨论针对合理炉型控制和固渣护炉后出钢面炉衬的使用寿命问题，分别分析和研究了炉渣碱度、渣中w（M g O)以及w(FeO)等炉渣物性参数对转炉终渣熔点的影响,并在此基础上分析了留渣量、出钢面炉衬侵蚀程度与冷却时间的关系，以期得出最佳控制工艺参数。3.1炉渣物性参数3.1.1炉渣碱度控制炉渣碱度直接影响渣中高熔点物质的析出量。由MgO-CaO-SiO,三元相图可得知 7 ,炉渣的碱度不同，相组合以及熔化温度也不相同。炉渣碱度与炉渣熔点的对应关系如图1所示。210020001900180017001 600150014001.0图1炉渣碱度与炉渣熔点的关系曲线由图1可知，随着炉渣碱度增加，炉渣熔点逐渐升高。炉渣碱度过高，转炉吹炼过程化渣困难，为促进化渣并防止回磷，必然增加渣中w（Fe O），1.52.02.53.0 3.54.0炉渣碱度第4期低熔点CaFe,04物相增多，,又会降低炉渣的熔点。因此,转炉固渣护炉炉次的炉渣碱度应控制在3.0 3.5为宜。3.1.2炉渣w(Mg0)控制适当提高渣中w（M g O)可减少低熔点物质形成数量，提高炉渣熔点 。当炉渣碱度为3.0 3.5、w(Fe 0)为10%15%时，炉渣中w(Mg0)与炉渣熔点的关系曲线如图2 所示。1650160021550314501400135002468101214w(Mg0)%图2 炉渣w(MgO)与炉渣熔点关系曲线由图2 可知，当炉渣w（M g 0）6%时，随着炉渣w（M g O)增加,炉渣熔点逐渐降低；当炉渣中w（M g O）6%时，随着炉渣w（M g O)增加，炉渣熔点逐渐升高。只有当炉渣中w（M g O）大于过饱和溶解度时,才会析出MgO固体。渣中MgO过饱和溶解度计算公式见式(1 10 1。w(Mg0)他和=0.0 4(T-1 650)+式中：w（M g O）饱和一炉渣中的MgO饱和溶解度/%;T一转炉的吹炼终点温度/;w（T Fe）一炉渣中的全铁质量分数/%；R一炉渣的二元碱度，R=w(Ca)/w(SiO,)。由式(1)可知,渣中MgO过饱和溶解度主要受转炉终点温度、炉渣碱度、渣中w（T Fe）的影响。依据马钢现场实际情况，可以计算得出终渣Mg0饱和溶解度为7.8 2%。综合考虑炉渣Mg0质量分数对炉渣熔点的影响以及终渣MgO饱和溶解度，炉渣Mg0质量分数应控制在6%8%。3.1.3炉渣w(Fe0)控制炉渣熔化温度T与炉渣主要成分、二元碱度R之间的关系式见式(2)11Tm=1 738.41+2.63w(Mg0)-19.71w(TFe)+1.08R式中：T.一炉渣熔化温度/；w（M g O）一炉潘军，等：顶底复吹转炉出钢面炉衬维护技术的试验研究R=w(CaO)/w(SiO,)。由式(2)可知，炉渣熔化温度T受到渣中全铁质量分数的影响较大,受渣中MgO质量分数和炉渣碱度影响较小。渣中全铁质量分数与转炉终点的碳质量分数有直接影响，尤其是在转炉冶炼低碳低磷钢种时，渣中的全铁质量分数的波动更大。炉渣碱度在3.0 3.5、Mg0质量分数范围在6%8%时，炉渣Fe0质量分数与炉渣熔点的关系曲线见图3。16001 4000图3 炉渣w(FeO）与炉渣熔点关系曲线由图3 中可以得知，炉渣熔点随炉渣FeO质量分数的增加而逐渐降低。当炉渣FeO质量分数在10%15%范围时，炉渣熔点仍在143 0 以上,并有利于转炉吹炼过程化渣。因此,综合考虑渣中FeO质量分数对炉渣熔点的影响以及现0.28w(TFe)-2R+9.5(1)场冶炼实际情况，终渣FeO质量分数应控制在10%15%。3.2冷却时间冷却时间与留渣量有关，而留渣量又与出钢面炉衬侵蚀程度有关。根据转炉出钢面炉衬侵蚀程度确定留渣量，并根据留渣量确定冷却时间，三者之间对应关系见表4。表4炉衬侵蚀程度、留渣量与冷却时间关系炉衬侵蚀程度/冷却时间/项目mm参考值10-100参考值2-100-200参考值3-2 0 0 -3 0 0注：炉衬侵蚀程度指相对于新炉衬标准值7 55mm而言。(2)由表4可以看出，与新炉衬标准值相比，随着出钢面炉衬侵蚀程度加剧，留渣量、冷却时间也随33渣中的（MgO）质量分数/%；w（T Fe）一渣中的全铁质量分数/%；R一炉渣的二元碱度，碱度取值510152025w/FeO)/%留渣量/(kg t)-145 6060 757590min360 48048060060034之增加。因此，固渣护炉技术的实施应根据现场实际情况灵活选择，以减少炉机匹配矛盾以及对生产组织的影响。3.3过程操作3.3.1终点控制造渣辅料应依据铁水硅质量分数加入，既要表5不同铁水硅质量分数条件下转炉主要造渣辅料用量参考造渣辅料用量/kg铁水w(Si)/%冶金石灰0.3015730.351 8390.4020050.452.2710.502.5370.552.8030.602.9690.6532350.703501表6 转炉终点碳质量分数与终渣全铁质量分数对应关系试样编号转炉终点w(C)/%10.0620.0730.0840.0950.1060.1170.1280.13宽厚板满足转炉吹炼过程脱磷对碱度的要求，又要满足炉况维护对炉渣MgO质量分数的要求。不同铁水硅质量分数条件下造渣辅料加人量参考表5。转炉终点碳质量分数与终渣全铁质量分数对应关系如表6 所示。适用条件：铁水6 0 t,废钢12.5t，总装人量(7 2 0.5)t。造渣辅料用量/kg二元碱度铁水w(Si)/%轻烧镁球284332362410458505535583631TFe18.8317.8215.8915.3914.7113.3811.1210.33第2 9卷二元碱度金石灰轻烧镁球30.3030.3530.4030.4530.5030.5530.6030.6530.70炉渣主要成分/%CaoSi0243.5911.8646.5412.3750.5914.3346.3913.0647.2915.6349.9214.7050.0715.2752.4016.381 8852 1962.4062.7163027333735473 8584168Mgo5.395.825.408.698.146.097.506.45340396434490546602640696752二元碱度P,Os3.033.653.603.383.713.433.093.503.53.53.53.53.53.53.53.53.53.63.73.53.53.03.43.23.2转炉出钢面炉衬固渣护炉炉次参照表5、表6控制造渣辅料用量以及转炉终点C质量分数，转炉吹炼终点C质量分数控制在0.0 8%0.12%，终渣碱度控制在3.0 3.5，炉渣中Mg0质量分数控制在6%8%，炉渣中Fe0质量分数范围控制在10%15%。3.3.2留渣量控制根据转炉出钢面炉衬测厚数据，并与新炉衬标准值相比较，确定出钢面炉衬侵蚀状况，控制倒渣角度在8 4 8 6 留渣量控制在4 5t。3.3.3维护操作转炉终渣平铺出钢面炉衬前，用溅渣护炉方式适当降低炉渣温度，提高炉渣黏度。设定氮气压力1.3 1.5MPa,流量140 0 0 16 0 0 0 m/h，氧枪枪位8 0 0 10 0 0 mm，吹氮时间15 2 5s。吹氮结束后选择摇炉角度7 58 0,将转炉终渣平铺整个出钢面炉衬，静置冷却。4应用分析4.1维护效果分析以马钢2#顶底复吹转炉为例，自2 0 2 2 年5月采用固渣护炉维护转炉出钢面炉衬技术以来，到2 0 2 2 年12 月底为止，不同部位炉衬的测厚数据结果见表7。第4期炉衬区域新炉衬厚度标准/mm出钢面786左耳轴767右耳轴760倒渣面766炉底920潘军，等：顶底复吹转炉出钢面炉衬维护技术的试验研究表7 转炉炉衬测厚数据平均值2022年512 月炉衬测厚数据/mm5月6月7月8月9月10月11月12月6346817378357197418999881 0351 1301 000358857937837617847947618629427477757707959637818357417881 2307658917888391050738758774716999由表7 可以看出，2 0 2 2 年512 月转炉出钢面炉衬测厚数据平均值7 53 mm，与新转炉出钢面炉衬厚度标准值7 8 6 mm相比，误差不到5%，远小于10%，因此，固渣护炉技术完全满足转炉出钢面炉衬维护的要求。4.2综合效益分析转炉固渣护炉技术综合效益主要体现在提高炉衬使用寿命、降低护炉耐材用量方面。转炉固渣护炉技术实施前、后综合效益对比统计结果如表8 所示。表8综合效益对比钢产量/维护频次吨钢耐材用量/年份万t20213872022398由表8 可以看出，将2 0 2 2 年与2 0 2 1年同期相比，转炉出钢面炉衬维护频次由2 8 次/月下降至16 次/月，吨钢耐材用量也由0.7 4kg下降至0.59kg,降低2 0.2 7%。5结论(1)由于转炉固渣护炉技术冷却时间较长，应根据现场实际情况灵活应用，以减少炉机匹配矛盾和对生产组织的影响。(2)炉渣碱度、渣中MgO质量分数以及FeO质量分数对炉渣熔点具有直接的影响。转炉终点w(C)控制在0.0 8%0.12%，炉渣碱度控制在3.03.5,渣中Mg0质量分数控制在6%8%，渣中Fe0质量分数控制在10%15%，转炉出钢面炉衬耐侵蚀能力达到最佳。（3)通过对炉渣成分的调整、过程操作的优化以及转炉固渣护炉技术的应用，转炉出钢面炉衬维护频次由2 8 次/月下降至16 次/月，吨钢耐材用量由0.7 4kg下降至0.59kg，降低2 0.2 7%。参考文献1张立君.大型转炉炉衬修整技术 J.山西冶金，2 0 2 2(2)：16 7-168.2金磊，司宇，栗克建.8 0 t转炉提高废钢比的生产实践与炉况维护 J.连铸,2 0 2 1(1)：2 3-2 4.3王玉胜.宣钢炼钢厂百吨炉区趴渣护炉的应用与实践：2 0 13 钢铁用耐火材料生产、研发和应用技术交流会论文集C.2013.（次/月）kg280.74160.594慕进文，吕爱强，朱青德，等.酒钢50 t氧气顶吹转炉固渣护炉的实践 J.钢铁研究，2 0 15,43（1）：46-47.5琚泽龙,孙前进，冒建忠等.转炉渣补技术的应用与实践 J.河南冶金，2 0 12,2 0(3）：3 0-3 1.6苏天森.转炉溅渣护炉技术M.北京：治金工业出版社，2002:64 66.7刘浏,杜昆，佟薄溥翘.关于转炉溅渣护炉的几个工艺问题J.钢铁,19 9 8,3 3(6):1-2.8高泽平.转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化 J.湖南冶金，2002(5):32-33.9裴尚，董方.包钢稀土钢板材厂转炉炉型维护新技术 J.中国金属通报,2 0 19（7）：10 6-10 7.10李伟东，孙群,王成青，等.转炉炉渣中MgO含量的控制实践 J.钢铁,2 0 11,46(9):40-41.11钟良才，朱英雄，姚永宽，等.转炉高氧化性炉渣溅渣护炉工艺优化及效果 J.炼钢，2 0 15,3 1（5）：2-3.潘军，男，2 0 12 年毕业于安徽工业大学冶金工程专业，硕士，高级工程师。收稿日期:2 0 2 2-12-2 1