转炉溅渣护技术
东北大学冶金技术研究所 二 OO 五年四月
目
第一章 第二章
录
1
转炉炉龄技术的发展 -----------------------------------------
转炉溅渣护炉工艺参数 ---------------------------------------- 4 2.1 转炉氧枪枪位、顶吹气体流量及留渣量与溅渣量的关系 ------- 4 2.1.1 转炉氧枪枪位对溅渣护炉的影响 ------------------------- 6 2.1.2 氧枪氮气流量对溅渣护炉的影响 ------------------------- 7 2.1.3 转炉留渣量对溅渣护炉的影响 --------------------------- 8 2.2 溅渣时间 ----------------------------------------------- 9 2.3 溅起的炉渣在转炉炉衬内表面上分布 ----------------------- 11 2.4 氧枪喷头结构对溅渣护炉的影响 --------------------------- 12 2.5 底吹对复吹转炉溅渣护炉的影响 --------------------------- 13 2.6 枪位、炉渣粘度对溅渣护炉的炉渣飞溅高度的影响 ----------- 16
第三章 第四章
转炉溅渣护炉改渣剂的研究与应用 ------------------------------ 17 转炉溅渣层与炉衬结合机理 ------------------------------------ 21 4.1 溅渣层与炉衬结合形貌 ----------------------------------- 21 4.2 溅渣层与炉衬结合机理分析 ------------------------------- 27
第五章
溅渣与喷补的结合 ------------------------------------------- 30 5.1 转炉炉衬的毁损 ----------------------------------------- 30 5.2 喷补 --------------------------------------------------- 30
第一章
转炉炉龄技术的发展
转炉炉衬由工作层、填充层和永久层的耐火材料组成，工作层直接与高温钢水、高氧化性炉 渣和炉气接触，不断受到物理的、机械的和化学的侵蚀作用。因此，炉衬是转炉炉龄的基础，炉 衬砖质量和材质是直接影响转炉炉衬寿命的主要原因。 炉衬寿命提高水平基本上是按着在不同年 代里使用不同炉衬材质和质量所决定的。 以我国重点钢铁企业为例， 列出不同年代里转炉炉衬使 用材质和炉衬寿命提高的关系如表 1 所示。
年代 1974～1983 1984～1989 1990～1996 1996～1999.5 2000～现在
炉衬材质 焦汕白云石及油浸砖，镁质白云石及油浸砖 部分厂家开始使用镁碳砖 全部厂家使用镁碳砖 炉衬使用镁碳砖：占 90％大、中、小转炉厂家 开始应用溅渣护炉技术
炉龄／炉 170～540 570～800 924～1500 2500～14001 8000～30000
早在 70 年代， 焦油白云石砖是氧气顶吹转炉衬的主要用砖。 由于焦油白云石砖中碳含量低， 仅为 3-5%，尤其砖中 CaO 的存在，砖的抗水化性能低，影响其物理性能。因此使用焦油白云石 砖的炉衬寿命很低，一般在 500 多炉龄以内。 80 年代，转炉炉衬耐火材料含碳量增加超过 5％，碳就不只是填充气孔、增加砖的密度等作 用， 而是一种对耐火材料的许多性能起到主导作用的组分。 所以， 当含碳的耐火材料中配入 10％ 以上的碳量时， 则称之为氧化物一碳系复合耐火材料。 其中镁碳砖则是日本首先开发的耐火材料 产品，并于 1970 年应用于电炉试验，经过六年的试验研究工作之后被正式推广应用。1977 年， 日本川崎钢铁公司千叶厂引进的 Q—BOP 转炉炉底及底部供气元件就选用了树脂结合不烧成的镁 碳砖系的耐火材料，在当时，取得成功。从而开创了含碳的复合耐火材料在转炉上应用的先例。 之后，西欧则开发传统的沥青结合的镁碳砖也应用于转炉炉衬上。镁碳砖中镁砂选择高纯度 MgO 含量的电熔镁砂， 其它杂质越少越好。 但是希望残余 CaO／Si02 的为好。 石墨纯度要高， C>90％， 含 并具有一定粒度的鳞片状石墨，以及选用具有良好特性的结合剂。80 年代初，包括我国在内的 世界各国钢厂相继投产碳砖生产以及普遍的应用到转炉炉衬上。 如日本转炉炉衬用耐火材料中镁 碳砖所占比例分别为：1981 年占 43％，1985 年占 79％，1988 年占 95％。故炉衬寿命大幅度提 高属于世界领先水平。1988 年日本全国转炉的平均炉龄已超过 2000 炉，其中超过 3000 炉的占
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60％，超过 5000 炉的占 10％，1993 年 3 月川崎钢铁公司水岛厂 l 号复吹转炉创造出 8119 炉的 世界最高的炉龄纪录。吨钢耐火材料消耗也大幅度下降，1976 年日本全国转炉耐火材料消耗 2.7kg／t，至 1987 年下降到 1.34kg／t。同期，美国等部分钢厂转炉炉龄也大幅度提高，如表 2 所示。 表 2 转炉炉龄 年代 1984 1986 1988 国家、公司 美国内陆东芝加哥二车间 美国钢铁公司 美国内陆东芝加哥二车间 美国 LTV 印第安纳伯浜 1990 1993-现在 美国内陆东芝加哥二车间 美国钢厂应用溅渣护炉技术 炉容／t 232 260 200 280 200 平均炉龄／炉 1621 1500 3187 4060 4096 10000 - 40000
我国蕴藏着丰富的菱镁矿。目前，我国能生产：普通型和高强度型的镁碳砖。 同时，也制 定了行业标准， 按其碳含量分类， 每类按理化指标分为三个牌号： MTIOA， MTIOB， MTl0C； MT14A， ． MTl4B，MTl4C；MTl8A，MTl8B，MTl8C。进入 90 年代初期，随着镁碳砖质量提高，我国一些大中 型转炉炉龄也大幅度提高，其中宝钢 300 吨，鞍钢 180 吨，武钢 90 吨等复吹转炉最高炉龄都达 3000～4000 炉水平。 由上述可知，世界各国转炉炉衬寿命大幅度提高，耐火材料大幅度下降，其主要原因之一就 是应用了镁碳砖。80 年代初期，镁碳砖不含防氧化剂，称为第一代产品。进入 90 年代初期，第 二代产品是含有防氧化剂。 镁碳砖发展的基础，第一是石墨用于镁碳砖中成为主要成分之一。第二是如何把 14～18％ 含量碳与电熔镁砂结合起来， 即合成树脂用为镁碳砖的结合剂研制成功。 镁碳砖兼备镁质和碳质 材料的优点，克服了过去的碱性耐火材料的缺点。其中碳的存在，起着耐火材料不被炉渣和钢液 润湿；传导率高，克服 MgO 受热冲击而产生裂纹以及还原渗人砖内的 Fe203 和 Si02 等外来物的优 点； 结合剂碳的固化结构中， 形成高度交联的碳网络骨架包裹固定 MgO 颗粒以及将石墨碳和其他 成分连接起来， 形成致密的组织结构， 因此， 镁碳砖具有较高的强度， 故镁碳砖有下列主要优点： 1)抗渣性能强。纯度 97～99％的电熔镁砂抗渣性能好，砖中石墨或结合剂固化碳又有对炉 渣不润湿，能还原进入砖内气孔的 Fe203、SiO2 等氧化物，且还原气体又有阻止炉渣的渗透作用。 2)导热性能好。砖中碳导热系数大，使得炉渣与炉衬接触面之间温度降低，避免砖中 Mg0
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颗粒产生热裂，剥落于渣中。 3)结合剂固化碳网络， MgO 颗粒和石墨以及余下原料连接固定在一起， 将 尤其是 MgO 和石墨 热膨胀系数之差产生有利于阻止裂纹产生或扩展的性能。 为了抑制砖中碳的氧化和少氧化，采用金属添加剂(或称抗氧化剂)，如 Ca、Mg、AL、Si、 SiC 等物，其作用如下： 1)金属添加剂对氧亲和力大于碳对氧亲和力，抑制砖中碳的氧化。 2)氧化后形成的新矿相产生体积膨胀，封闭气孔，使砖的致密提高，阻止炉渣的渗透。 3)新产生相在石墨与 Mg0 之间“搭桥”，使其形成牢固的结合。 由于添加剂加入，使之镁碳砖的性能进一步提高，转炉炉龄又进一步提高。 90 年代中期，美国 LTV 钢厂首先开始研究应用溅渣护炉技术，转炉炉龄取得了大幅度的提 高，由 1990 年的 6200 炉上升到 1995 年创世界纪录的 15658 炉(而当时传统的炉龄约 2500 炉)。 截止 1999 年 1 月美国一转炉(220)吨炉龄达 33000 炉次，并还在冶炼中。到 1996 年底美国与加 拿大钢铁公司等 1l 家企业的 20 个转炉厂采用该技术，其平均炉龄为 7700 炉左右。其中炉 龄>15000 炉的有 2 个厂，10000～15000 炉的有 4 个厂，5000～10000 炉的有 8 个厂。该技术是 早在 70 年代应用过的向炉渣中加人含 Mg0 的造渣剂造粘渣挂渣技术的基础上，采用原氧枪输送 切换的高压氮气，以最佳的溅渣护炉操作工艺参数，在 2～5 钟期间将出钢后留在炉内的炉渣喷 溅涂敷在转炉内衬整个表面上， 故与炉衬表面结合比较牢固的一定厚度渣层， 可以承受 l 到几炉 的侵蚀量。这样，炉衬表面涂层可以不断更新，有效地延长了原有衬砖的寿命。因此，耐火材料 消耗大幅度下降， 吨钢成本也随之下降； 大幅度提高转炉作业率钢产量显著增加； 减少废渣排出， 有利环境保护；有利均衡地转炉作用，协调炼钢 一 精炼 一 连铸生产；投资少、回报率高，简 单易行。 我国早在 70 年代中期就已经掌握挂渣技术， 故在我国刚开始应用溅渣护炉技术的第一、 二炉役就显示出了明显效果。 1995 年下半年太钢 50 吨转炉首先开始应用， 从 相继其他家开始应 用溅渣护炉技术，至今为止，大、中、小不同吨位的转炉(300 吨、250 吨、200 吨、180 吨、150 吨、120 吨、90 吨、50 吨、30 吨、15 吨)的炉龄由原来的 1000～3000 炉上升到 8000-30000 炉 次，经过七、八年应用溅渣护炉实践，基本掌握炉衬长寿命的技术。根据本厂生产统一安排，在 一定炉龄范围内，自由掌握炉衬寿命长短。目前，结合我国转炉炼钢的特点，实践应用与基础理 论研究同时进行，该项技术正向着更深入、更高水平方向发展。
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第二章
转炉溅渣护炉工艺参数
转炉炉龄是转炉炼钢的一项技术经济指标，提高转炉炉龄，可降低转炉炉衬消耗，有利于均 衡地组织生产、降低炼钢操作成本，钢的总产量也随之增加。溅渣护炉技术是提高转炉炉龄的一 项重要技术， 目前国内外许多钢铁企业相继采用该项技术。 但是由于受现场生产操作条件的限制， 很难探索最佳操作工艺， 影响了溅渣护炉的技术优势。 本试验是为了配合某厂 180 吨转炉溅渣护 炉工业试验，采用定量法对溅渣护炉工艺进行冷态模拟试验。根据某厂转炉溅渣实践，试验分别 采用不同顶枪枪位， 不同气体流量及不同渣量等与进行比较， 研究确定适合于转炉溅渣护炉的最 佳操作工艺参数。试验装置，如图 1 所示
图 1 180 吨复吹转炉溅渣护炉冷态模拟试验设备装置示意图
1 一转沪；2 一顶枪；3 一底部供气元件；4 一炉渣；5 一盛装溅渣槽：6 一流量计；7 一稳压罐；8 一空压机；9 一储气罐．
(1)渣线部位：(2)耳轴下半区：(3)耳轴上半区：(4)炉帽下半区：(5)炉帽上半区
转炉氧枪枪位、 2.1 转炉氧枪枪位、顶吹气体流量及留渣量与溅渣量的关系 图 2、图 3、图 4、图 5 分别表示在不同溅渣条件下顶吹转炉的炉衬表面以及渣线部位、耳 轴部位、炉帽部位的溅渣情况。由上述 4 图可知，在一定的顶吹气体流量和渣量条件下，随着氧 枪枪位的升高， 顶吹转炉炉衬表面获得的溅渣量均表现为逐渐增加， 至一定数量， 而后开始减少， 顶吹气体流量增大时， 炉衬表面获得的溅渣量迅速增加， 在本试验结果比较以及现场生产渣量限 制条件下， 11％渣量的转炉溅渣效果最佳。 当顶吹气体流量为 19.2Nm ／h、 23.0 Nm ／h、 26.8 Nm
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／h (相当于现场 25000 Nm ／h、27000 Nm ／h、29000 Nm ／h)时，被溅到转炉炉衬表面的溅渣
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效果最好的溅渣枪位分别为 80mm、153mm、170mm(相当于现场 1160mm、2218mm、2465mm)左右。 其中渣线部位最佳溅渣枪位分别为 90mm、159mm，180mm(相当于现场 1305mm、2305mm、2610mm) 左右。耳轴部位最佳溅渣枪位分别是 70mm、136mm、155mm(相当于现场 1015mm、1972mm、2247mm) 左右。炉帽部位最佳溅渣枪位分别是 65mm、126mm、138mm(相当于现场 943mm、1827mm、2001mm) 左右。
0 转炉炉 表面溅渣量和顶枪枪 顶枪枪位 吹气体流量及渣量之问的关系 顶枪夹角 体流量及渣量之问的关系( 图 2 某厂 180 吨转炉炉衬表面溅渣量和顶枪枪位、顶吹气体流量及渣量之问的关系(顶枪夹角 14.5 )
0
A 一渣量 8％；
3
ll％： B 一渣量 ll％：
3
14％． C 一渣量 14％．
3
3 3 3 1 一顶吹气体流量 19.2Nm /h； 2 一顶吹气体流量 23.0Nm ／h； 3 一顶吹气体流量 26.8Nm ／h．
0 转炉渣 部位溅渣量和顶枪枪 顶枪枪位 吹气体流量及渣量之问的关系 顶枪夹 体流量及渣量之问的关系( 图 3 某厂 180 吨转炉渣线部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量之问的关系(顶枪夹角 14.5 )
0
A 一渣量 8％： 19． 3 1 一顶吹气体流量 19．2Nm ／h
3
11％： B 一渣量 11％：
3
14％． C 一渣量 14％． 26． 3 3 一顶吹气体流量 26．8Nm ／h
3
23． 3 2 一顶吹气体流量 23．0Nm /h
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0 转炉耳 部位溅渣量和顶枪枪 顶枪枪位 吹气体流量及渣量之问的关系 顶枪夹角 体流量及渣量之问的关系( 图 4 某厂 180 吨转炉耳轴部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量之问的关系(顶枪夹角 14.5 )
0
A 一渣量 8％：
3 19． 1 一顶吹气体流量 19．2 Nm ／h 3
B 一渣量 11％： 11％：
C 一渣量 14％． 14％．
3 3 26． 3 一顶吹气体流量 26．8 Nm ／h 3
3 23． 2 一顶吹气体流量 23．0 Nm ／h
0 转炉炉帽部位溅渣量和顶枪枪 炉帽部位 顶枪枪位 吹气体流量及渣量之问的关系 顶枪夹角 体流量及渣量之问的关系( 图 5 某厂 180 吨转炉炉帽部位溅渣量和顶枪枪位，顶吹气体流量及渣量之问的关系(顶枪夹角 14.5 )
0
A 一渣量 8％：
3 1 一顶吹气体流量 19.2 Nm ／h 3
11％： B 一渣量 11％：
3
14％． C 一渣量 14％．
3 3 一顶吹气体流量 26.8 Nm ／h 3
3 2 一顶吹气体流量 23.0 Nm ／h
2.1.1 转炉氧枪枪位对溅渣护炉的影响 氧枪枪位对溅渣 炉的影响 顶枪枪位是影响转炉溅渣的重要工艺参数。 小于最佳溅渣枪位时， 按照理论计算和试验结果 均发现，顶吹气体流股击穿炉渣到炉底，造成高速气体流股能量损失在炉底耐火材料上，不利于 溅渣护炉。溅渣护炉是由于顶吹气体流股作用在渣液熔池表晒，产生冲击凹坑，其反作用力使炉 渣溅起。溅起的炉渣以各种，角度射向炉膛空问，一部分垂直溅起，然后自由下落回到熔池中， 起不到护炉作用。只有小于 90 角溅起的渣粒或渣片．溅到炉衬表面上，才达到护炉作用。枪位 过低顶吹气体流股击穿炉渣至炉底，气体流股能量损失在炉底耐火材料上，使炉渣形成“杯”状 冲击坑，如图 6 中 a 所示。沿着杯状冲击坑外缘，溅起少量粗渣粒，反射角多数大于 45 角，或 垂直向上，然后自由落下，溅到炉衬表面较少。从冷态模拟可以清楚看到，顶吹气体流股击穿炉
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渣，能量损失在炉底上，因而不能排开炉渣，形成指向顶枪枪头的一小团涡流，被溅起炉渣围绕 顶枪垂直向上， 不仅易粘枪端或烧枪头， 而且杯状冲出坑以外其它处的炉渣处在微动或静止状态， 逐渐凝用在炉底上，使炉底上涨。
不同枪 炉效果比较示意图 图 6 不同枪位转炉溅渣护炉效果比较示意图 a-低枪位 1-转炉 b-最佳枪位 最佳枪位 2-氧 枪 3-耳轴 c-高枪位 4-炉渣
大于最佳溅渣枪位时， 按照理论汁算或试验结果均发现， 顶吹气体流股未到达炉渣表面之前， 受到反射气流和溅起的炉渣阻挡，加上流股吸入周围气体等，气体流股能量已经损失很大，剩余 能量冲出渣表面形成浅“盘子”形状，如图 6 中 c 所示。溅起的炉渣也是沿着浅“盘子”底部切 线方向，细小的渣粒多数小于 45 角飞向炉衬渣线部位，造成炉底拐角处炉渣堆积增厚，熔池缩 小， 而其他部分溅渣效果就降低了， 就是因为液态炉渣能够缓冲顶吹气体流股冲击炉渣熔池的作 用力，故其反作用力减小，溅起炉渣量也就减少。 最佳枪位溅渣时，顶吹气体流股作用在炉渣上，形成“碗”状冲击坑，如图 6 中 b 所示。炉 渣沿着碗状冲击坑外缘溅起的炉渣作用力大， 多数以 45 角为中心的扇形方向飞向炉衬内表面上。 故溅渣量大，溅渣高度高，且覆盖面积大，有利于贴补炉衬。从几何尺寸的上讲，最佳枪位可以 理解为高速气体流股冲击炉渣， 形成冲出凹坑的深度(驯穿透深度)刚好是顶吹气体流股末端接触 炉底的最大深度。以克服高、低枪位的不足之处，溅渣的效果最佳。但是，根据炉衬各部位蚀损 情况不一样，如图 3、4、5 所示的最佳枪位有目的、有方向的将炉渣溅起飞向渣线部位、耳轴部 位、炉帽部位的薄弱部位，即变枪位操作，有利均衡炉衬各部位寿命。 氧枪氮气流量对溅渣 炉的影响 气流量对溅 2.1.2 氧枪氮气流量对溅渣护炉的影响 众所周知，转炉溅渣是由于顶吹气体流股冲击熔池，其气体流股搅拌能传给炉渣，其反作用 力使炉渣溅起飞向炉衬内表面上。 根据川崎制铁介绍气体流股搅拌能与气体流量成正比。 如下公
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式
：
h
由图 2、3、4、5 所示，随着顶吹气体流量增加，有利于溅渣护炉效果。正如上述所示公式 随着顶吹气体流里量 Q 的增加，炉渣搅拌能也随之增大。在考虑缩短起渣时间或溅渣时间，溅渣 把高度；对炉帽或烟道不烧损的前题下，尽可能采用大些供气量。故在设计时应采用溅渣氮气流 量等于或略低于供氧流量。 本试验结果认为 180 吨转炉溅渣护炉吹气流量应为 26.8Nm /h(相当于 现场 29000 Nm /h)时的溅渣效果好。 炉留渣量对溅 对溅渣 炉的影响 2.1.3 转炉留渣量对溅渣护炉的影响 渣量也是影响转炉溅渣效果的一个重要因素。 渣量小， 相当于低枪位顶吹气体流股较容易穿 透炉渣，直接接触炉底耐火材料，而消耗气体流股的能量，故溅渣效果差。另外，渣量少，溅到
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溅渣护炉效果与渣量之间的关系 图 7 溅渣护炉效果与渣量之间的关系 23． 3 最佳枪位 枪位溅 ●一顶吹气体流量 23．0Nm ／h 的最佳枪位溅渣量 一顶吹 一顶吹气体流 26． 3 的最佳枪位溅 一顶吹气体流量 26．8Nm ／h 的最佳枪位溅渣量
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炉衬表面上的溅渣层薄，故耐蚀性差。渣量大，相当于高枪位顶吹气体流股不易穿透炉渣，气体 流股冲击能量被液态炉渣缓冲而消耗， 其反作用力减小， 溅起的炉渣量小。 现代炼钢的铁水成份， 石灰质量提高，造渣剂用量不会很大。也不能因为溅渣护炉、不顾冶炼操作效果，更多加入造渣 剂。根据本试验结果如图 7 所示，保证留渣量在 11％左右即可。
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表3
单位 出钢量/吨 冷态模拟留渣 量% 实际留渣量/% 鞍钢三 炼钢 180 11 10-12
顶吹转炉溅渣时的最佳留渣量
梅钢 150 12 6-8* 本钢 150 12 10-12 鞍钢二炼钢 90 11 11 酒钢 50 10-12 6-8* 新钢 31 8-10 6-8*
注：*因双渣操作，终渣量少。 表 3 所示，各钢厂生产工艺不同，因此留渣量也不同，一般而言，溅渣护炉需要留渣量在 8%-12%范围。根据本厂，生产节奏快慢或者炉渣氧化性高低不同，留渣量也不同。如果生产节奏 快，或者炉渣氧化性偏高，应该取下限。而生产节奏慢，或者炉渣氧化性偏低，应该取上限。 2.2 溅渣时间 溅渣时间是指溅渣孕育期和起渣时间之和。根据现场测定如表 4 所示。溅渣孕育时间长短， 不仅和转炉出钢量有关， 主要是与炉渣的温度(即出钢温度)、 熔点、 粘度以及留渣量有直接关系,
部分钢 溅渣孕育期和 期和起渣时间 表 4 部分钢厂溅渣孕育期和起渣时间
厂家 出钢量/吨 孕育期/min 起渣时间/min 溅渣时间/min 鞍钢三炼钢 180 1.5 3.0 4.0 梅钢 150 1.0 2.0 3.0* 本钢 150 1.0 3.0 4.0 鞍钢二炼钢 90 0.7 2.0 2.7 昆钢 50 1.0/3.0** 3.0 4.0/6.0 酒钢 50 1.0/2.5** 3.0 4.0/5.5 柳钢 20 0.5/3.0** 2.0 2.5/5.0
注：*因双渣操作，终渣量少。 **分子表示用改渣剂后的孕育期，分母表示用调渣剂后的孕育期。
孕育期时间占溅渣时间的 1／4～1／2。一旦炉渣被溅起，那么起渣时间长短仅仅和留渣量多少 有关。如表 4 所示，鞍钢三炼钢 180 t 转炉因长距离输送钢水至连铸车间，出钢温度高达 1 700℃，故孕育期时间长。梅钢、昆钢、酒钢转炉出钢温度虽然仅在 1 660～1 680℃，但是铁 水中[P]和[Mn]高，终点炉渣中 TFe 和 MnO 高，导致炉渣熔点低，为 1 300～1 350℃，炉渣稀(当 然也包括冶炼操作水平和冶炼低碳钢种的缘故，渣中 TFe 高)。尽管留渣量不足 8％，仍然不易 起渣，孕育期时间长。溅渣护炉向炉内炉渣吹高压氮气的作用：一方面是对炉渣的物理冷却降温 过程， 另一方面是对炉渣充气的作用(或称为炉渣泡沫化)。 总的目的是将炉渣粘度提高到一个合 适程度，才能被溅起。 众所周知，转炉碱性渣是短渣(或称不稳定渣)，其中复合离子结构比较简单，在渣中扩散速
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度快。在受氮流股冲击过程，渣中小质点复合离子迅速聚合形成大质点。乃至高熔点 C3S、G2S、 MgO 等物质从液相中析出结晶，粘度急剧上升，迅速变成不流动状态。如图 8 所示 ，三条曲线 由于炉渣成分不同(主要是因为 TFe 不同)， 其熔点或者说粘度不同。 随着炉渣温度变化其粘度发 生变化。若出钢完了炉渣温度 1 600℃吹氮气溅渣，其炉渣温度分别降至 A、B、C 三点时，炉渣 粘度才能迅速增加。而增加至 A’、B’、C’三点以后，炉渣粘度又继续急剧直线上升。假设 A、 B、 三点为溅渣的起渣的粘度， C 那么炉渣从 l 600℃降至 A、 C 三点的温度约 l 425℃、 390℃、 B、 l l320℃时所需要的时间就称为溅渣孕育期。同样的降温条件下，起渣孕育期不同，即第一条曲线 溅渣孕育期最长，第二条曲线次之，第三条曲线最短。由图 8 可知，炉渣温度继续降低至 A’、 B’、C’三点时，炉渣开始结晶 ，粘度增至 0.4 Pa·s～0.5 Pa·s。因粘度高，故溅不起炉
渣。则 A-A’、B-B’、C-C'就是起渣过程，其所需要的时间就称为起渣时间。根据实验室对比 试验发现，用水(粘度约为 0.001 Pa·s)模拟现场冶炼终点含高 TFe 的稀渣进行溅渣，被溅起的 多数为细小水珠，如同实际溅渣时的孕育期间被溅起小火星点状；用甘油水溶液(粘度约为，0.1 Pa·s)模拟现场冶炼终点粘度的炉渣被溅起的多数为较大粒状乃至片状；用纯甘油(粘度约为 0.5 Pa·s)模拟现场冶炼终点稠的炉渣进行溅渣，由于粘度过大，很难起渣。也就是说，A-A'、 B-B’、C-C’期间炉渣粘度约从 0.1 Pa·s～0.3 Pa·s 范围为溅渣起渣的合适炉渣粘度的炉渣。
图 8 不同成分的炉渣粘度与温度的关系 l- 31.13%TFe 2 – 26.22%TFe 3 - 17.49%TFe
影响炉渣熔点主要是 TFe 含量。如梅钢、昆钢、柳钢、酒钢等，炉渣中 TFe、MnO 高，炉渣 熔点低。当采用只含有 MgO 的调渣剂进行调渣，溅渣孕育期长达 3 min 以上。采用含 MgO 和脱氧 剂的改渣剂之后，TFe、MnO 分别下降，使炉渣熔点升高，据多家钢厂实际测定，结果是 TFe 降 低 1％， 炉渣熔点升高 15～20℃。 如同图 8 中把第一条曲线向右移至第二条或第三条曲线的位置，
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不仅可以达到缩短溅渣孕育期，而且被溅到炉衬上的炉渣熔点升高，耐侵蚀性提高。尽管溅渣率 下降，炉龄仍然大幅度提高。同时减少炉底上涨和粘枪。如果允许降低出钢温度，即降低炉渣温 度以及提高高拉碳率，还可以缩短溅渣孕育期。 起渣完了的提枪时间，一般根据被溅起炉渣的粒状及其大小、数量和亮度等因素决定。若提 枪时间过早，起渣时间短，粘渣层薄，耐侵蚀程度差。如果提枪时间太迟，尽管炉衬表面溅渣层 厚，耐侵蚀程度高。但是，部分炉渣被氮气流股长时间冷却易凝固粘结在炉底上，使炉底上涨。 起渣时间长短，主要由各厂的留渣量多少决定的。 起的炉渣在转炉炉衬 2.3 溅起的炉渣在转炉炉衬内表面上分布 由图 9、10 表示在留渣量 11%，顶吹气体流量 23.0Nm ／h(相当于现场 27000Nm ／h)，枪位 153mm(相当于现场 2218mm)的条件下，连续溅渣 4 分钟，溅到炉衬内表面上的各部位的溅渣量及 厚度分布图。从图可知，溅起的炉渣在炉衬内表面不同部位上分布极不均匀。经过测定计算，炉 衬内表面上各部位获得溅渣量分别是：渣线部位占 66．8％，耳轴下半区占 22．1％、耳轴上半 区占 7．1％、炉帽下半区占 2．8％、炉帽上半区占 0．2％。被溅到炉衬内表面上的炉渣若不淌 流下来，则连续 4 分钟溅渣量占留渣量的 46．8％。并且通过测定计算出连续 4 分钟溅渣量在炉 衬内表面上的厚度如图 10 可知，渣线部位平均厚度 6mm(相当于现场 87mm)、耳轴下半区平均厚 度 2mm(相当于现场 29mm)、耳轴上半区平均厚度 0．67mm(相当于现场 9．7mm)、炉帽下半区平均 厚度 0.3mm（相当于现场 4.7mm）炉帽上半区平均厚度 O．12mm(相当于现场 1．74mm)。
3 3
溅起的炉渣在顶吹转炉炉衬表面不同部位的分布情况 图 9 溅起的炉渣在顶吹转炉炉衬表面不同部位的分布情况 l 一渣线部位 2 一耳轴下半区 3—耳轴上半区 4 一炉帽下半区 5 一炉帽上半区
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11
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原型溅渣层厚度= 原型溅渣层厚度=模型溅渣层厚度 × 14.5 mm 图 10 顶吹转炉炉衬内表面溅渣层厚度分布 l 一渣线部位 2 一耳轴下半区 3 一耳轴上半区 一炉帽 4 一炉帽下半区 5 一炉帽上半区
2.4 氧枪喷头结构 氧枪喷头结构如何影响溅渣护炉效果， 从现场溅渣过程很难判断。 只能从实验室试验过程和 结果能够帮助说明。通过建立顶吹转炉溅渣护炉冷态模拟研究，得出如下结果。 图 11 表示在不同的顶吹气体流量条件下， 顶枪喷孔夹角对转炉溅渣护炉的影响。 由图可知， 12 顶枪的溅渣效果明显优于 14.5 顶枪。在渣量 11％，顶吹气体流量 19.2Nm ／h、23.O Nm ／h、 26.8Nm ／h(相当于现场 25000 Nm ／h、27000 Nm ／h、29000 Nm ／h)条件下．，采用 12 顶枪与 采用 14.5 顶枪相比较，前者转炉炉衬表面的溅渣量分别增加 200％、85％、50％左右。其中增 加的绝对溅渣量大的还是 23.0 Nm ／h、 26.8 Nm ／h 顶吹气体流量方面。 上述条件下的 12 和 14． 5
3 3 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 3 3
顶枪转炉最佳溅渣枪位分别为 130mm、85mm;175mm、153mm;175mm、165mm(相当于现场 1860mm、 1232mm;2500mm、2218mm;2500mm、2390mm)左右。
图 11
14． 0 l 一 14．5 顶枪
0
12。 14． 吨转炉氧枪溅渣护炉炉衬表面溅渣量比较 面溅渣量比较( 11％ 夹角 12。和 14．5。的 180 吨转炉氧枪溅渣护炉炉衬表面溅渣量比较(渣量 11％)
0 2 一 12 顶枪 0 3 A 一顶吹气体流量 19.2Nm ／h 3 3 一顶吹气体流 B 一顶吹气体流量 23.0Nm ／h 3 3 c 一顶吹气体流量 26.8Nm ／h 3
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12
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转炉溅渣是由于高压、 高速顶吹气体流股冲击液态炉渣所产生的反作用力将炉渣溅起， 其溅 渣量主要决定于顶吹气体流股的搅拌能，根据新日铁等提出的顶吹气体搅拌能密度公式
式中：εv.t——顶吹气体流股搅拌能密度，W／m ?s；d——顶枪喷孔直径，m；θ一顶枪喷 孔夹角；Q——顶吹气体流量，Nm ／min；N - 顶枪喷孔个数，个；M – 顶吹气体分子量；x—— 顶枪枪位．m：Vm——渣液体积，m 。由公式可知，顶枪喷孔夹角?角减小，顶吹气体流股的搅拌 能密度?v.t 增大，进而有利于顶吹转炉溅渣护炉。因此．12 顶枪的溅渣效果明显优于 14．5
0 0 3 3
3
顶枪。由公式还可知，如果氧枪喷孔个数减少，也有利于提高搅拌能力。可以想像，如果喷孔夹 角再增加，增至 16 、17 、18 等等，那时的溅渣效果就更不降。 观察冷态模拟试验，在一定的溅渣条件下，14．5 顶枪顶吹气体流股与渣液溶池表面的接触 面积较大，能量损失较多，产生的冲击力较小，溅起的炉渣量较少。同时，使炉渣溅起的反作用 力(其反射流)与水平方向夹角较小， 溅起的炉渣多数飞向渣线部位、 耳轴下半区等炉衬表面中下 部区域，溅渣高度较小。在相同溅渣条件下，12 顶枪顶吹气体流股与渣液溶池表面的接触面积 较小，能量损失较小，产生的冲力较大，溅起的炉渣量较多。同时，使炉渣溅起的反作用力(其 反射流)与水平方向夹角较大，溅起的炉渣可以比较均衡地到达炉衬表面各个部位，溅渣高度较 大。本试验结果与美国 Indiana Harbor 工厂 12 顶枪溅效果好的结论相一致。若条件许可，则 采用独立的溅渣枪为好。经过 5-6 年期间的溅渣护炉证明，国内三、四家大转炉钢厂采用大角度 喷孔氧枪（17 、17.5 、17 、14.5 ）进行溅渣工艺，其炉龄居国内中下等水平，尤其是炉帽寿命 制约了整个炉衬寿命。从前年开始，其中三个钢厂已经采用喷孔夹角为 12 氧枪的专用溅渣枪， 其效果很好，炉衬寿命已经步入国内中上等水平。 2.5 底吹对复吹转炉溅渣护炉的影响 在固定顶吹、 底吹气体流量和渣量条件， 溅到炉衬表面的渣量和溅到耳轴侧部位的渣量与顶 枪枪位之间的关系如图 12 所示。 如图 12 中(A)所示，随着顶枪枪位的增加，有、无底吹的转炉炉衬上的溅渣量均不断增加， 并且增加幅度大体相同。当顶枪枪位大于 110mm(相当于现场 1505mm)时，有、无底吹的转炉溅渣 量增加幅度不一样，即有底吹的复吹转炉溅渣量增加幅度大于无底吹的顶吹转炉溅渣量增加幅 度。大约枪位分别增加至 153mm、160mm、180mm(相当于现场 2218mm、2320mm、2610mm)左右时， 其炉衬表面上的溅渣量达到最大， 即均为达到最佳枪位溅渣操作工艺参数。 然后随之枪 位再增 加，炉衬表面上的溅渣量均开始下降。但是，复吹转炉炉衬表面上的溅渣量仍然大于顶吹转炉溅 渣。
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底吹对某厂复 炉的影响 图 12 底吹对某厂复吹转炉溅渣护炉的影响
0 3 11％ (顶枪夹角 14.5 ；顶吹气体流量 23.0Nm ／h ；渣量 11％) 0 3
一炉衬表面； 一耳轴部位． A 一炉衬表面；B 一耳轴部位．
3 3 3 1 一底吹气体流量 0Nm ／h；2 一底吹气体流量 0.825 Nm ／h；3 一底吹气体流量 1.65 Nm ／h。 3 3 3
由图 12 中(B)所示， 随着顶枪枪位的增加， 无底吹的转炉耳轴部位的溅渣量均不断增加， 有、 并且增加幅度大体相同。当顶枪枪位大于 110mm 时，有、无底吹的转炉耳轴部位的溅渣量的幅度 不一样， 即有底吹的复吹转炉耳轴部位溅渣量增加幅度大于无底吹的顶吹转炉耳轴部位的溅渣量 增加幅度。大约枪位在 140mm(相当于现场 2030mm)时，其转炉耳轴部位溅渣量达到最大。然后随 之枪位增加，转炉耳轴部位溅渣量开始下降。但是，复吹转炉耳轴溅渣量仍然大于顶吹转炉耳轴 部位溅渣量。不过，增加量不如图 12 中（A）者那么大。由上比较，底吹对复吹转炉溅渣护炉的 影响，主要是影响渣线部分的溅渣量。 根据资料介绍， 底吹气体流股涌起炉渣高度与底吹气体流量有关， 即与底吹气体流股对熔池 搅拌能有关。根据川崎制铁提出的底吹气体流股搅拌能公式如下：
式中：K——气体体积增加率，％；Q--底吹气体流量，Nm ／min；TL——底吹气体温度，cC； Vm--熔池体积，m ；ρL--溶池液体密度，kg／m ；h——溶池深度，m；P2 一大气压力，Pa。 由上述公式可知，增加底吹气体流量 Q，即增大底吹气体对炉渣的搅拌能?v 有利于底吹气体 流股上升涌起炉渣形成的渣柱高度。如模拟某厂 180 吨复吹转炉(顶枪夹角 14.5 ，炉子高宽比 1.39，炉底直径 425mm，两支底部供气元件布置在耳轴方向炉底 0.4D 园周上)。当底吹气体流量 为 O．825 Nm ／h、1.65Nm ／h(相当于现场 1145 Nm ／h、2290 Nm ／h)时，底吹气体上升涌起渣 注高度分别达到 35mm,、50mm(相当于现场 507mm、725mm)程度。 从试验结果观察， 底吹气体上升涌起的炉渣柱与顶吹气体流股冲击炉渣的反作用力而溅起的 炉渣之间的作用力如图 13 所示。
3 3 3 3 0 3 3
3
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0 吨复吹转炉底枪 底枪对 渣影响模型图 图 13 180 吨复吹转炉底枪对溅渣影响模型图(顶枪夹角 14.5 )
0
一转炉： 一氧枪： 一耳轴； 一炉渣； 一底部供气元件． l 一转炉： 2 一氧枪： 3 一耳轴； 4 一炉渣； 5 一底部供气元件． 当低枪位溅渣时， 氮气流股作用于炉渣形成“杯状”的冲击区。 底吹气体上升涌起的炉渣渣 柱远离 “杯状” 的冲击区外缘如图 13 中 a 所示， 溅起的炉渣沿着桶边线方向上升， 多数是以≥75
0
方向溅起飞到炉口，故溅起炉渣垂直上升分力大于水平力，飞向炉衬的炉渣数量少，故大多数炉 渣自由落下，乃至>90 方向的粒、片状的炉渣在枪端或枪身下部相互穿过而碰撞落下(溅起炉渣 包围枪端)，故溅渣效果差。由于炉渣多数是以≥75 方向溅起，故底吹气体上升涌起的重直渣柱 与溅起的炉渣飞起方向大约相同， 即底吹气体上升涌起的垂直渣柱对顶气体流股溅渣量没 有影 响，主要依赖于顶枪气体流股冲击炉渣溅起炉渣量。如前图 12 中（A）所示的低枪位时有、无底 吹的溅渣护炉效果大致相同。大致相同的效果的枪位一直延到 1lOmm 高为止。 最佳枪位操作如图 13 中 b 所示，即顶吹气体流股冲击炉渣形成“碗状”冲击坑，使炉渣溅 起方向是沿着碗口切线方向，大约 45 角为中心的扇形方向飞溅到炉衬上，此时炉渣垂直上升分 力与水平分力几乎相等。从 1lOmm 枪位继续提高枪位至最佳枪位 153mm、160mm、180mm 时，其区 间的枪位变化引起底吹上升气体涌起渣柱对顶吹气体流股溅起炉渣飞起方向有推动作用， 使之有 底吹的复吹转炉溅渣效果增长幅度大于无底吹的顶吹转炉溅渣效果增加幅度。 这是因为该枪位溅 起的炉渣飞向方向由≥75 角逐渐下降至 45 角的扇形方向飞向炉衬内表面。以 45 角方向飞起的 炉渣与底吹气体上升涌起的渣挂合力方向指向耳轴部位(即耳轴下区域或渣线部位)， 即不仅顶吹 气体流股溅起炉渣飞向耳轴部位，同时，顶吹气体流股溅起的炉渣携带底吹气体涌起的渣柱(或 者称二者合力)一起溅到耳轴和渣线区域，故有底吹的复吹转炉溅渣效果增加幅度大于无底吹的 顶吹转炉溅渣效果增加幅度。
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高枪位操作如图 13 中 c 所示。即顶吹气体流股冲击炉渣形成如“浅盘子”作用区。使炉渣 溅起方向是沿着浅盘口切线方向，大约 25 角方向飞起到炉衬上，此时炉渣垂直上升分力小于水 平分力。超过上述最佳操作枪位继续提高枪位时，顶吹气体流股溅起炉渣飞向方向，逐渐由 45
0 0 0 0
角降至以 25 角飞向炉衬的渣线部位。某厂转炉顶枪夹角 14．5 的大扩张角，又加之高枪操作， 以妒角溅起炉渣与底吹气体上升涌起渣柱的合力变小， 指向渣线或渣线下部， 故总溅渣量必然下 降。但是，有底吹的复吹转炉溅渣量仍然大于无底吹的顶吹转炉溅渣量。 针对上述条件下的复吹转炉最佳溅渣枪位略高于顶吹转炉最佳溅渣枪位，在有可能的情况 下，增加底吹气体流量，有利于复吹转炉溅渣效果。即耳轴方向布置的两支底部供气元件的复吹 转炉溅渣，有助于溅到耳轴部位，增加其厚度。在未实施溅渣护炉操作工艺之前，转炉寿命取决 于耳轴部位炉衬蚀损情况，溅渣护炉后，转炉炉衬薄弱环节由耳轴部位转移到其它部位，如炉帽 成为薄弱环节。 炉渣粘度对溅 对溅渣 炉的炉渣飞溅高度的影响 飞溅高度的影 2.6 枪位、炉渣粘度对溅渣护炉的炉渣飞溅高度的影响 熔渣粘度对于射流冲击熔渣的溅起高度及对炉渣的泡沫化程度均有影响。 所以在实验室内对 粘度与起泡之间的关系进行了研究。 即用水和丙三醇(甘油)按不同配比混合， 制成不同粘度的液 体，用空气射流向这种液体喷吹，研究起泡情况及炉渣的溅起高度。研究结果如图 f4 所示。吹 气强度大，则泡沫渣溅起高度增加。而在某一粘度下如图所示的 0.3Pa?S 泡沫渣高度最高，高于 或低于此粘度时，泡沫渣高度反而减小。 众所周知，冶炼低碳钢的炉渣氧化性高，当然炉渣粘度很小，即称稀渣。如图 14 和前面 2?2 所叙述那样不利于溅渣。 在溅渣前的冶炼过程中加入一定数量含 MgO 的造渣剂使其在炉渣中含量 达到饱和，此时炉渣具有一定粘度，但是仍然达到溅渣时理想的炉渣粘度。那么在溅渣时还必须 加入一定数量调渣剂（又称轻烧镁球或者轻烧白云石）和改渣剂，调整炉渣粘度达 0.3Pa?s 左右 程度的炉渣被溅起高度大，那么溅渣效果就会如图 14 所示的最佳状态。如同前面 2.2 所叙述那 样，当加入调渣剂或者改质剂过多时，炉渣粘度则无限增大，变成所谓的石头渣时，炉渣仍然溅 起高度不高，溅渣效果差。
Pa? 图 14 粘度和压力对溅度的影响 Pa?s
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第三章
转炉溅渣护炉改渣剂的研究与应用 炉改渣剂的研究与应
转炉溅渣护炉是用高压 N2 将炉内的炉渣溅到炉壁上形成一定厚度的溅渣层，在下一炉钢的 冶炼中这一溅渣层起到减轻炉衬侵蚀的作用，可以大幅度提高炉衬寿命。因此，溅渣层炉渣的物 理化学性质， 特别是炉渣的熔点和粘度， 对溅渣层的抗蚀性能和炉渣与炉衬的粘附作用以及起渣 孕育时间长短有着重要的影响。 在溅渣护炉实践中， 发现溅到炉衬上的渣层其抗侵蚀和抗冲刷性能还不能满足要求， 在下一 炉炼钢倒炉时，观察发现，溅渣层已被侵蚀掉，炉衬又重新露出了砖缝。另外，国内一些钢厂， 由于铁水磷含量高， 或者冶炼低碳钢种比例大以及采用过吹法冶炼技术等原因， 转炉终渣 TFe％， 高达 20%以上。这种炉渣主要由铁酸盐矿相组成，使炉渣的熔点低，粘度小，不利于提高溅渣护 炉效果。另外，炉渣熔点低和粘度小，使溅渣时的起渣孕育时间长，甚至无法在溅渣时间内将炉 渣溅起。孕育期时间延后，造成转炉炼钢和连铸特别是高效连铸对钢水的供需产生矛盾。因此， 为了提高溅渣层的抗蚀性能，降低溅渣率，缩短溅渣孕育期，有必要对高氧化性的转炉终渣成分 在溅渣过程中进行调整，即降低炉渣 TFe%含量，另一方面提高炉渣(MgO)含量和通过物理降温和 化学降温快速冷却炉渣，以达到提高炉渣熔点和粘度的目的。 首先在试验室进行了改渣剂（又称改质剂）成分配方，制做工艺研究。针对某厂 180 吨转炉 终渣中 TFe 和 MgO 含量制做加工一定成份的改渣剂， 进行终渣改质的实验室试验， 并且用该厂转 炉的镁碳砖进行渣浸试验。 加入改渣剂后， 渣中成分变化如表互所示。 由表 5 中数据比较， 在转炉终渣中加入改渣剂后， 渣中(Fe203)、(FeO)和(MgO)等发生了较大变化，尤其是(Fe203)和(FeO)含量降低，(MgO)含量得到 提高。炉渣成分发生了如此的变化后，它的熔点和粘度都将得到提高。炉渣熔点与改渣剂加入量 关系如图 15 所示。图 15 表明，随改渣剂加人量增加，炉渣熔点随之提高。
表5
试样 改质剂 未加 139-3 加 未加 872-2 加 42.91 44.19 43.15 CaO 42.18
加入改质剂前后炉渣成分及熔点变 加入改质剂前后炉渣成分及熔点变化 质剂前后炉渣成分及熔点
SiO2 15.00 15.08 26.78 18.60 MgO 14.91 16.21 8.87 15.84 Fe2O3 5.99 2.55 2.40 0.33 FeO 16.16 12.11 10.78 6.20 MnO 1.63 2.27 1.64 熔点℃ 1417 1550 1416 1540
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改渣剂加入 剂加入量与炉渣熔点关系 图 15 改渣剂加入量与炉渣熔点关系 从某钢厂炉渣测定其熔点， 得出炉渣熔点与 TFe 含量， 含量以及碱度的回归方程如下式： MgO TM = 1738.41 + 2.63（% MgO） - 19.71（%TFe）+1.08R 式中:TM - 绝对温度，K 从方程式可知，炉渣中 TFe 含量对炉渣熔点影响最大，每降 1%的 TFe 含量，可提高炉渣熔 点近 20℃。远比 MgO，碱度对炉渣熔点的影响程度。 在显微镜下观察转炉终渣和加入改渣剂后的炉渣矿相组成，结果如图 16 所示。两种渣样其 基本组成为 C2S、C3S 以及 RO 相，而在加入改渣剂的炉渣中发现有未溶化的方镁石颗粒。从图 16 可以看出，转炉终渣矿物组成为硅酸盐相粗大的板条状 C3S 和少量的颗粒状 C2S，结合相为 C2F 和 RO 相。MgO 结晶相包裹于 C2S 晶体中或游离于 C2F 结合相中，加入改渣剂的炉渣矿相有未溶化 的方镁石颗粒， 可以增加炉渣粘度， 对于溅渣层与炉衬的粘结， 提高其耐蚀性能均有良好的作用。
120X 图 16 终渣与加入改渣剂后炉渣显微矿相图 120X 未加改渣剂 a- 未加改渣剂； 34入改渣剂 b- 加入改渣剂。 1- 方镁石 2- C2S 3-C3S 4-RO 相
图 17 为加入改渣剂前，用镁碳砖试样进行渣浸实验，在显微镜下观察镁碳砖与炉渣交界面 处得到的显微矿相照片。该照片表明，在镁碳砖的基质部分与炉渣接触处，存在着较大的气隙和 在渣的一侧存在着较多的沿气隙分布的细小铁珠。 气隙的存在和铁球的出现表明， 镁碳砖的基质
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转炉炼钢过程工艺控制的发展与展望要求 发表时间：2018-12-31T11:57:53.667Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第28期作者：亓传军[导读] 转炉炼钢工艺的优化大大提高了转炉炼钢的发展，同时增强了炼钢企业的市场竞争力。山东泰山钢铁有限公司不锈钢炼钢厂技术科山东莱芜 271100 摘要：在转炉冶炼控制方面，钢厂关注更多的是终点钢水是否合格，但随着日益增加的市场竞争压力和环境要求，钢厂希望尽可能实现节能降耗，减少气体排放，而过程控制的优化是实现这一目标的有效手段。通过对转炉炼钢过程进行优化控制，使炼钢进程以合理的方式进行，使辅料和能源消耗最小化，才能使企业在市场经济条件下更具竞争力，并且过程控制也是转炉全自动控制发展的重要部分。文章 重点就转炉炼钢过程工艺控制的发展与展望进行研究分析，以供参考。关键字：转炉炼钢；工艺技术；发展对策；未来展望 引言 转炉炼钢工艺的优化大大提高了转炉炼钢的发展，同时增强了炼钢企业的市场竞争力，工艺优化，不但可以降低成本，同时提高炼钢企业的年产量，节省各项资源的消耗，最大限度地提高了企业的经济效益。各项技术指标的提高，进一步优化炼钢工艺，带动炼钢业的经济发展。 1转炉炼钢工艺的目的 转炉冶炼主要是将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11％称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。 2转炉炼钢过程工艺控制现状 针对当前钢铁行业所面临的处境，提高市场竞争力、降低炼钢生产成本势在必行。而在炼钢生产中，金属炉料成本约占炼钢生产总成本的80％以上，所以抓好金属炉料成本是控制炼钢生产成本的关键。为进一步减少金属炉料消耗，炼钢厂通过探索，优化炉料结构，改进炉前冶炼工艺和优化合金料的使用，采用少渣炼钢工艺、改进吹氧工艺、引用低成本合金等措施，有效地降低金属炉料消耗、氧耗和合金成本，达到降低生产成本的目的，增加了企业经济效益。近年来，炼钢厂通过完善溅渣护炉、低铁水比冶炼、高效转炉、低耐材消耗达到了转炉炼钢厂生产工艺的优化组合。 3转炉炼钢过程工艺控制的发展对策3.1优化入炉料结构，合理使用好铁矿石有数据测得，与原材料成分相近的高炉铁水和铁块的实际金属收得率约为93％和92％，自产废钢和社会废钢的金属收得率约为97％和88％。根据铁钢产能的平衡及铁水废钢价格，通过热平衡和物料平衡计算，优化了入炉料结构。实际炉料结构中采用增大入炉原料中铁水比例，降低废钢配比，增加矿石使用量的工艺措施，可有效地提高炉料金属收得率，降低金属料消耗。为了尽量增加矿石用量，提高矿石还原效果和减少吹炼过程中矿石加入量过多对冶炼的影响，在实际生产中，对矿石加入工艺进行了调整。在转炉溅渣及加废钢后，根据铁水的条件直接将2/3左右的矿石加入炉内后再兑铁，在兑铁过程中与废钢搅拌以促进部分矿石的还原。在保证化渣效果和避免喷溅的原则下，尽量保证剩余矿石早加和均匀加入，以保证矿石化渣还原时间和效果。吹炼中期采用分批少量加入控制，避免吹炼中期加入量集中造成的喷溅，吹炼后期严禁加矿石，避免矿石加入过晚造成熔化还原效果差和炉渣氧化性强对脱氧合金化的影响。 3.2优化冶炼工艺，减少炉渣铁耗和氧耗3.2.1优化吹炼工艺，减少喷溅和氧耗喷溅是造成铁耗损失的主要原因之一，为消除或减轻喷溅采取了以下措施：根据天车限载的要求，进一步降低装入量，使转炉装入量得到合理控制，适当提高了炉容比，有效地保证了炉内有效工作容积，以利于减少喷溅；前期化好渣，在第二批造渣料加入前后，通过提前成渣的方法，将泡沫渣的高峰期前移，以便与脱碳的峰值时刻错开；改进吹炼工艺，吹炼前期采用大氧压适当降低枪位操作，利于熔解废钢，在硅氧化完毕之后、脱碳的高峰期到达之前，暂时降低供氧强度，然后再将其平缓地恢复到正常值，吹炼终期采用大氧压低枪位操作，加强熔池搅拌，保证终点钢水成分和温度的均匀，降低了氧耗，同时降低炉渣氧化性。 3.2.2优化造渣工艺，实施少渣炼钢，减少炉渣铁耗为了减少单炉产渣量，在生产中采取精料方针，在进一步完善转炉留渣溅、渣操作工艺应用基础上努力提高入炉原料质量，使用高品位石灰和矿石，采用轻烧白云石造渣。根据铁水Si、S含量情况合理调整造渣料消耗，在确保满足生产需要的情况下适当减少石灰量消耗。铁水中硅、锰含量低及无需脱硫，这些条件会改变造渣机理及动力特性，因为这时石灰消耗下降，渣量减少，渣碱度及氧化度增高。在这样的条件下，渣的精炼功能只限于铁水脱磷，这样就能在转炉冶炼本身中多次利用渣，使渣具有很高的精炼能力。4转炉冶炼工艺过程控制的未来展望
氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术研究 王新华1，朱国森2，李海波2，吕延春2 (1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.首钢技术研究院，北京100043) 摘要：首钢迁钢公司和首秦公司大规模采用了“留渣+双渣”转炉炼钢新工艺，大幅度减少了炼钢渣量和石灰、白云石消耗。文章介绍了其中所开发的3项重要技术：①脱磷阶段采用低碱度(w(CaO)/w(SiO2)∶1.3～1.5)和低MgO质量分数(≤7.5%)渣系，形成流动性良好和适度泡沫化炉渣，解决了脱磷阶段结束难以快速足量倒渣和渣中金属铁质量分数高这两大问题；②针对脱磷阶段底吹搅拌弱问题，采用了低枪位和高供氧强度吹炼方法，利用顶吹氧气流加强金属熔池搅拌，获得了良好脱磷效果；③通过加快生产速度，特别是对“炼钢-精炼-连铸”生产合理组织调配，在转炉冶炼时间增加大约4min情况下，钢产量并没有减少。 关键词：转炉炼钢；少渣；石灰消耗；脱磷；炉渣 中国钢铁工业近20年来发展迅速，对国民经济快速增长发挥了重要作用，但在节省资源、能源和减少炉渣等固体废弃物排放等方面，目前面临着巨大的压力和挑战。以占中国产钢量90%以上氧气转炉炼钢为例，每年生产约6.2亿t粗钢，要产生6000万t以上炉渣，消耗3100万t以上石灰和700万t以上轻烧白云石，而用于生产炼钢石灰和轻烧白云石的石灰石与生白云石矿产均为重要的不可再生资源。 2001年Ogawa等[1]报道了新日铁开发的MURC转炉炼钢新工艺及其在8t转炉的试验情况，该工艺将转炉冶炼分为2个阶段，在第1阶段主要进行脱硅、脱磷，结束后倒出部分炉渣，然后进行第2阶段吹炼，吹炼结束后出钢但将炉渣保持在炉内，下一炉在炉内留渣情况下装入废钢、铁水，然后进行第1和第2阶段吹炼，并以此循环往复。近年来，新日铁陆续报道了MUCR工艺相关情况[2-10]，新日铁公司的大分、八幡、室兰、君津等钢厂采用了该工艺，产钢占新日铁总产钢量55%左右，转炉炼钢石灰消耗减少40%以上，但对其中许多关键技术，如液态渣固化、脱磷阶段炉渣碱度、供氧参数、脱磷工艺、倒渣控制等基本没有报道。 20世纪50～70年代，中国一些转炉钢厂在铁水硅、磷质量分数高时，为了降低石灰消耗，减少吹炼过程喷溅，改善脱磷效果，曾采用过出钢后留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺。后来，随着高炉生产水平提高(铁水硅质量分数降低)，高磷铁矿石用量减少(铁水磷质量分数降低)，以及顾忌留渣造成铁水喷溅安全隐患，留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺没有在更大规模推广采用。 近年来中国国内钢厂开始试验采用“留渣+双渣”转炉炼钢工艺，其中首钢在其迁钢公司5座210t复吹转炉和首秦公司3座100t复吹转炉大规模采用了该工艺方法，取得了炼钢石灰消耗减少47%以上，轻烧白云石消耗减少55%以上，渣量降低30%以上的效果。 1 首钢采用“留渣+双渣”炼钢工艺情况 首钢迁钢公司第一和第二炼钢分厂共拥有5座210t顶底复吹转炉，氧枪采用5孔喷头，马赫数为2.0，供氧强度在3.3～3.4m3/(min·t)范围，年产钢810万t，主要产品包括汽车、家电用冷轧钢板、电工钢板、管线钢板、容器板、造船板等。首秦公司拥有3座100t顶底复吹转炉，氧枪采用4孔喷头，马赫数为2.0，供氧强度在3.6～3.8m3/(min·t)范围，年产钢260万t，主要生产优质中厚板(管线、造船、桥梁、高层建筑、海洋平台用钢板等)。如图1所示，迁钢公司和首秦公司采用的氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺主要包括以下环节： ①转炉冶炼结束出钢后将炉渣留在炉内；②采用溅渣护炉将部分炉渣溅至炉衬表面加以固化，再补加一定量石灰、白云石对炉底液态渣进行固化；③对炉渣固化加以确认，然后装入废钢、铁水；④进行第1阶段吹炼(脱磷阶段)，结束后倒出炉内60%左右炉渣；⑤进行第2阶段(脱碳阶段)吹炼，结束后出钢，但将炉渣留在炉内，进入下炉次冶炼并以此循环往复。
毕业设计（论文） 学校： 专业：冶金技术 班级： 学生： 学号： 指导教师：
摘要 溅渣护炉技术作为一项工艺简单、综合经济效益高的新技术，正别外国许多厂家推广、使用，分析了该技术的优势及存在的问题和解决办法，以及该技术的应用现状和应用前景。 转炉溅渣护炉是在出钢后，将转炉内留渣的粘度和氧化镁含量调整到合适的范围，在车间原有的氧枪或另设专用喷枪，向氧化镁含量、高粘度的炉渣喷一定压力和流量的氮气，将粘渣吹溅到炉衬上全面涂挂、冷却、凝固成一层炉渣质的保护层，避免了在冶炼时炉衬和炉渣的直接接触，从而起到减缓耐火材料的蚀损，延长转炉炉龄的作用。溅渣护炉作为一项实用技术，经过国内外许多钢厂实践后，对提高转炉炉龄和降低耐火材料消耗的效果非常显著。 关键词：溅渣护炉；转炉；应用
目录 1存在问题及解决办法 (1) 2溅渣护炉工艺的冶金因素及其优势 (2) 3国外溅渣炉技术的发展 (3) 4国内转炉炉龄现状及溅渣护炉技术的发展 (5) 5应用现状及应用前景 (6) 致谢信 (7) 参考文献 (8)
1存在问题及解决办法 任何一项技术的应用不可能没有缺陷，在一些早期设备上，氧枪结瘤就是一个问题。溅渣技术使用后，往往使枪结瘤出现次数增加。实践证明，在溅渣过程中，若炉内残留少量钢水，氧枪结瘤将更加严重。解决这个问题，有几种方法证明是有效的。第一，有充足冷却水的炉子不出现结瘤问题；第二，将用于吹炼的热氧枪移走，换上冷枪完成溅渣，氧枪结瘤几乎完全消除。这表明氧枪结瘤与温度和热量的传递有关。渣子和冷枪的表面结合并不紧密，如果在溅渣时冷凝钢不出现在氧枪上，那就不会再氧枪上形成粗糙的外壳以使炉渣粘附其上。溅渣后将氧枪停放在支架上，形成的渣壳将冷却，并与氧枪分离，脱落。使用底吹搅拌技术的BOF转炉对溅渣技术的应用提出了新的要求。在溅渣时炼钢工必须小心，不能使炉底的渣太多；氮气的流速必须足够高，以便将炉渣吹离炉底；另外要调整经过透气砖喷吹气体的压力、流量。最终，随着炉衬寿命的提高，额外的操作需要增加辅助设备的使用寿命，如BoF炉的烟罩、钢包车和轨道等设备。当这被认为是一个迫切需要解决的问题时，就要求计划停炉检修以保持和延长这些设备的寿命。在转炉从新砌筑时，这项工作的实施刻不容缓，因为过去被认为是正常的周期不再出现，而且炉衬不会因为耐材问题而被拆卸。 2溅渣护炉工艺的冶金因素及其优势 溅渣护炉工艺的步骤如下：（1）钢水从转炉浇入大包；（2）炼钢工目测炉渣以确定是否应向炉内加入添加料，同时也观察炉衬已决定那些特殊部位需要特别处理；（3）摇动转炉将装料侧和出钢侧炉衬挂上一层渣；（4）将氧枪下降到预定位置并切换成氮气。氮气射流与以设计好的氧枪射流相似；（5）氧枪的高度由计算机或炼钢工控制，以便炉渣涂满整个炉膛，或者氧枪保持在一固定位置，使炉渣涂挂在特殊部位，处理时间由炼钢工控制决定；（6）关掉氮气，移走氧枪，将炉内残留的炉渣倒入渣罐；（7）氧气顶吹转炉准备装料进行下一炉的冶炼。在倒炉过程中，由操作工取样、测量熔池地温度、检查炉衬状况。 在引进渐渣护炉时曾考虑的冶金因素包括可能引起钢中磷或硫含量的增加，但目前实践中还没有此种现象发生。使用高MgO炉渣护炉对炼钢工作者来说是一个
填空（共题，将适当的词语填入题中的划线处，每题2分） *ac1. ________被称为连铸机的心脏. ab2.中间包钢流控制装置有____系统、滑板系统、塞棒和滑板组合系统。*ca3.铸坯的表面缺陷主要决定于钢水在_________ 的凝固过程。 *ca4.结晶器材质一般为_______。 *ab5.铸坯切割方式分为________、机械剪切两种。 *ab6.连铸机拉速提高,铸坯液芯长度增加,引起铸坯出结晶器后坯壳厚度变______,二次冷却段的铸坯易产生鼓肚。 *ca7.结晶器振动的主要参数为______________,频率。 *cb8.大包保护套管的作用是防止钢水飞溅,防止_____________. *ac9.铸机机型为R6.5/12-1200型板坯连铸机,其中6.5为________,1200为辊身长度。 *ba10.浇铸温度是指______________内的钢水温度. *a11.浇注温度偏低会使钢水夹杂物不易上浮，水口，浇注中断。 *ba12．第一炼钢厂方坯、3#板坯铸机、4#板坯铸机的冶金长度分别是9m，14.6m， m。 *bc13.目前第一炼钢厂方坯中间包使用的定径水口材质是质复合。 *ab14. 结晶器材质要求是性好，强度高，高温下膨胀差，易于切削加工和表面处理。 *cb15. 连铸二冷水系统装置由总管，支管，喷架和、等组成。*ca16.连铸漏钢常见有裂纹漏钢，漏钢，夹渣漏钢，漏钢，上挂漏钢，开浇漏钢等。 *bc17.我厂3#铸机、4#铸机结晶器振动时，振幅分别是±3.5mm， mm。*cb18．目前我厂3#、4#铸机使用的中间包工作包衬主要材质为质涂抹料。 *cb19. 铸坯的内部缺陷主要是中间裂纹，三角区裂纹，，中心线裂纹，中心和疏松、夹杂。 *ba20.连铸坯的矫直方式有固态全凝固矫直和_______ 矫直。 *cc21.拉矫机的作用是拉坯、矫直和________.
转炉溅渣护炉技术的应用方法 1.溅渣护炉的基本原理,是在转炉出完钢后加入调渣剂,使其中的Mg与炉渣产生化学反应,生成一系列高熔点物质,被通过氧枪系统喷出的高压氮气喷溅到炉衬的大部分区域或指定区域,粘附于炉衬内壁逐渐冷凝成固态的坚固保护渣层,并成为可消耗的耐材层。转炉冶炼时,保护层可减轻高温气流及炉渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷,以维护炉衬、提高炉龄并降低耐材包括喷补料等消耗。氧气顶吹转炉溅渣护炉是在转炉出钢后将炉体保持直立位置,利用顶吹氧枪向炉内喷射高压氮气(1. 0MPa) ,将炉渣喷溅在炉衬上。渣粒是以很大冲击力粘附到炉衬上,与炉壁结合的相当牢固,可以有效地阻止炉渣对炉衬的侵蚀。复吹转炉溅渣护炉是将顶吹和底吹均切换成氮气,从上、下不同方向吹向转炉内炉渣,将炉渣溅起粘结在炉衬上以实现保护炉衬的目的。溅渣护炉充分利用了转炉终渣并采用氮气作为喷吹动力,在转炉技术上是一个大的进步,它比干法喷补、火焰喷补、人工砌砖等方法更合理,其既能抑制炉衬砖表面的氧化脱碳,又能减轻高温渣对炉砖的侵蚀冲刷,从而保护炉衬砖,降低耐火材料蚀损速度,减少喷补材料消耗,减轻工人劳动强度,提高炉衬使用寿命,提高转炉作业率,减少操作费用,而且不需大量投资,较好地解决了炼钢生产中生产率与生产成本的矛盾。因此,转炉溅渣护炉技术与复吹炼钢技术被并列 为转炉炼钢的2项重大新技术。
2 溅渣护炉主要工艺因素2. 1 合理选择炉渣并进行终渣控制炉渣选择着重是选择合理的渣相熔点。影响炉渣熔点的物质主要有FeO、MgO和炉渣碱度。渣相熔点高可提高溅渣层在炉衬的停留时间,提高溅渣效果,减少溅渣频率,实现多炉一溅目标。由于FeO易与CaO和MnO等形成低熔点物质,并由MgO和FeO的二元系相图可以看出,提高MgO的含量可减少FeO相应产生的低熔点物质数量,有利于炉渣熔点的提高。从溅渣护炉的角度分析,希望碱度高一点,这样转炉终渣C2 S 及C 3 S之和可以达到70%～75%。这种化合物都是高熔点物质,对于提高溅渣层的耐火度有利。但是,碱度过高,冶炼过程不易控制,反而影响脱磷和脱硫效果,且造成原材料浪费,还容易造成炉底上涨。实践证明,终渣碱度控制在2. 8～3. 2为好。由于溅渣层对转炉初渣具有很强的抗侵蚀能力,而对转炉终渣的高温侵蚀的抵抗能力很差,转炉终渣对溅渣层的侵蚀机理主要表现为高温熔化,因此合理控制转炉终渣,尽可能提高终渣的熔化温度是溅渣护炉的关键环节。合理控制终渣应着重从终渣的MgO 含量和FeO含量着手。2. 1. 1 终渣MgO含量的控制在一定条件下提高终渣MgO含量,可进一步提高炉渣的熔化温度,这种高熔点炉渣在冶炼初期产生的溅渣层减轻了渣对炉衬的机械冲刷,并与渣中SiO2 、FeO反应,避免了渣对炉衬的化学侵蚀;在冶炼中期,溅渣层中的MgO与炉渣中的FeO生成高熔点物质,在下一次溅渣操作中成为溅渣层的主要组成部分;同时由于溅渣层被反复利用,减少了炼钢中造渣剂的使用,降低了生产和操作成本。因此,终渣MgO 含量应在保证出钢温度前提下超过饱和值,但含量也不宜过高,以免
天津市高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：连铸设备与工艺课程代码：3448、4244 第一部分课程性质与目标 －、课程的性质与特点 连铸设备与工艺是高等教育自学考试冶金技术（专）专业所开设的一门专业课。其中包括连铸设备、凝固原理、连铸操作和质量检验几部分内容。 连续铸钢是现代钢铁企业的重要铸钢生产方法，因此课程注重实践性、应用性。 二、课程目标与基本要求 设置本课程的目的是使考生通过学习连铸设备与设备的操作，掌握钢液凝固的基本理论及连铸岗位的操作要求，为考生从事连续铸钢工作打下理论基础。 通过本课程学习要求考生： 1、了解连铸过程中使用设备的基本参数、具体构造、工作的理论依据、工艺性能及简单操作方法； 2、掌握金属结晶的基本条件、结晶的过程及凝固（冷却）过程的力学变化影响，掌握连铸坯凝固的过程及控制； 3、熟悉连铸过程各个岗位的操作规程及注意事项； 4、掌握铸坯质量的各种质量缺陷，形成原因及预防手段； 5、了解合金钢连铸及其它连铸新技术的发展现状。 三、与本专业其他课程的关系 学习本课程的考生必须先掌握物理化学、金属学、工程材料的相关理论。同时由于本课程实践性强的特点，希望考生能利用各种实习实践机会，深入生产一线，最大限度的把理论学习与实践结合起来，提高学习质量。 第二部分考核内容与考核目标 绪论 一、学习目的与要求 通过本章学习，学生应了解铸钢的发展历史，连铸使用的主要设备，掌握连铸与模铸的区别。 二、考核知识点与考核目标 （一）铸钢概论（一般） 识记：铸钢的任务、分类、模铸、连铸的概念；铸机的主要设备、铸机分类及分类方法 理解：连铸与模铸相比的优越性 第一章连铸设备与操作 一、学习目的与要求 通过本章的学习，学生应掌握连铸使用的主要设备，结构、使用前准备、操作规程、注意事项及更换的相关操作。应达到掌握连铸设备使用方法及公用。 二、考核知识点与考核目标
转炉炼钢工艺的优化实践 摘要: 目前，我国炼钢行业正在快速发展，同时炼钢技术的进步主要围绕着高效率、高质量、低成本、低能耗、少环境污染等方面。对于炼钢技术采取优化措施，结合工艺优化和综合降耗，从炉料消耗、氧气消耗、石灰、合金消耗、煤气回收、除尘灰、钢渣综合处理等环节有效控制，明显提高炼钢的经济和质量效益。在整体上提高炼钢行业的竞争性，创新炼钢工艺，不断优化炼钢工艺等方面，取得了明显的效果。 关键词: 转炉炼钢工艺优化 0 前言 转炉炼钢工艺的优化大大提高了转炉炼钢的发展，同时增强了炼钢企业的市场竞争力，工艺优化，不但可以降低成本，同时提高炼钢企业的年产量，节省各项资源的消耗，最大限度地提高了企业的经济效益。各项技术指标的提高，进一步优化炼钢工艺，带动了炼钢业的经济发展。本文主要通过对炼钢行业现状的分析，结合成功经验，对炼钢工艺优化提出一些既有效又经济的方法，降低成本的同时，提高炼钢产量，节约能源。笔者分析探讨了炼钢工艺优化的重要性和可实施性。 1总述炼钢行业的现状 针对当前钢铁行业所面临的处境，提高市场竞争力、降低炼钢生产成本势在必行。而在炼钢生产中，金属炉料成本约占炼钢生产总成本的80%以上，因此抓好金属炉料成本是控制炼钢生产成本的关键。为进一步减少金属炉料消耗，略钢炼钢厂通过探索，优化炉料结构，改进炉前冶炼工艺和优化合金料的使用，采用少渣炼钢工艺、改进吹氧工艺、引用低成本合金等措施，有效地降低金属炉料消耗、氧耗和合金成本，达到降低生产成本的目的，增加了企业经济效益。近年来炼钢厂通过完善溅渣护炉、低铁水比冶炼、高效转炉、低耐材消耗达到了转炉炼钢厂生产工艺的优化组合。 2炉料结构优化思路 目前，常用的转炉金属炉料有高炉铁水、铁块(生铁)、自产废钢、社会废钢( 以中型和小型废钢为主)等。炉料结构优化应以满足转炉炼钢需要为基础，以提高炉料金属收得率为出发点，找出成本最低的炉料配比为目的。炉料金属收得率是指某一金属炉料的单位投入量通过冶炼可以产出合格钢水的百分率。它受两方面因素影响: 一方面是炉料自身含量，另一方面是在冶炼过程中的各种损耗，包括原料中杂质元素化学损失、烟尘损失、喷溅及炉渣带钢造成的铁耗等。 3 提高炉料金属收得率工艺措施 3.1 优化入炉料结构，合理使用好铁矿石
转炉留渣操作技术 1 前言 氧气顶吹转炉留渣操作在20世纪80年代初期就已经提出，由于没有掌握留渣后操作安全规律，在兑铁时时常出现大喷，因此，留渣操作一直没有得到推广应用，但氧气顶吹转炉留渣操作可以大大降低钢铁料消耗、节约石灰，在转炉吹炼初期可以快速成渣，而且是高碱度氧化渣，有利于提高生产率，我们知道，钢铁料消耗占转炉生产成本80％左右的水平，因此，留渣操作具有显著的经济效益，特别是对于我们某厂公司，铁水资源不足的钢厂效益更是立竿见影，所以，只要从理论上找出留渣后兑铁发生大喷的根本原因，从操作上找出切实可行的规避措施，留渣操作从可持续发展和循环经济的层面上是大有可为的。2转炉留渣操作的可行性 某厂二炼钢铁水成分如下： 铁水平均温度1250～1300℃冶炼终渣成分为：CaO：52％、MgO：8％、Si02：10％、FeO：18％。 兑铁时发生喷溅的主要原因是在兑铁瞬间，铁水中的碳和钢渣中的FeO发生激烈的C-O反应，生成的CO气体急剧膨胀，把铁水和钢渣带出炉口，因此，只有解决兑铁时的C-O激烈反应，才能避免大的喷溅。 3留渣操作的特点 由于炼钢生产节奏快，一炉钢在冶炼过程中，其吹炼时间只有十几分钟，也就是说要在十几分钟的吹氧时间内形成具有一定碱度、良好流动性、合适且
TFe和MgO含量正常泡沫化的炉渣，以保证冶炼成分和温度同时双命中的钢水，并减少对炉衬的侵蚀，留渣操作贯穿于炼钢整个冶炼周期，主要是靠所留炉渣的物理热和炉渣化学性能，使其具有迅速参与反应、并促进前期炉渣的快速形成、提高去除P、S的效率、节省石灰用量。 3.1有利于去磷 在氧气顶吹转炉中，磷的氧化是在炉渣-金属界面中进行的，其反应式为： 生成的磷酸铁在高温下极其不稳定，它可以重新分解生成P2O5，而P2O5是不稳定的化合物，因此，仅靠生成P2O5。不能去除磷，但P2O5是酸性化合物，若用碱性化合物与其结合生成稳定的化合物可以去除。研究认为，在碱性渣中P2O5与CaO形成稳定的(CaO)x P2O5型的化合物，其中x为3或4，因此，操作中需加入石灰，使其生成稳定的化合物3CaO· P2O5。或4CaO·P2O5存在于渣中，才能有效去磷，其反应为： 从式中可以看出脱磷的条件，(1)提高CaO含量即提高炉渣碱度，(2)提高炉渣氧化性，即FeO含量，(3)降低熔池温度。 以上分析可以说明，留渣操作对脱磷是有利的，因为(1)冶炼初期熔池温度比较低，碱度一般在1.8～2.2之间，且渣中含有一定的FeO，满足脱磷的热力学条件，(2)留渣操作可以使初期成渣速度更快、流动性好，满足脱磷的动力学条件。 3.2提高钢水收得率 一般转炉终渣FeO含量在15％左右，渣中游离的铁渣按8％计算，每炉留渣
溅渣护炉工艺 一、冶炼过程炉渣的调整 二、终点渣成分控制 三、调渣剂的选择 四、留渣量的确定 五、调渣工艺 六、溅渣工艺参数的确定 七、溅渣操作程序 八、溅渣时间与溅渣频率 九、溅渣效果与炉况监测 十、氧枪（溅渣）的设计与维护 十一、炉底上涨的解决 十二、炉口结渣的清理 十三、溅渣与喷补的配合 十四、溅渣设备 十五、设备隐患与安全维护
一冶炼过程炉渣的调整 目的是在采用溅渣护炉技术后，减少炉渣对炉衬的化学侵蚀，在不影响脱磷、脱硫的前提下，合理控制终渣MgO 含量，使终渣适合于溅渣护炉的要求。 二终点渣成分控制 影响终耐火度的主要因素是MgO、TFe和碱度（CaO/SiO2）。碱度和氧化铁含量由原料和钢种决定，其中氧化铁在10%－30%范围波动，为使溅渣层有足够的耐火度成分，主要措施是调整（MgO）含量。 终渣MgO含量 三调渣剂的选择 带用调渣剂有：轻烧白云石、生白云石、轻烧菱镁球、冶金镁砂、菱镁矿渣和含MgO较高白石灰。 调渣剂的作用主要是提高(MgO)含量，因此，调渣剂中MgO、SiO2含量是重要物性参数。
在具体选择何种调渣剂的时候要综合考虑价格和热耗的问题。 生白云石粒度应为5－15mm，轻烧镁球和轻烧白云石稍大些，但不应大于25mm。 四留渣量的确定 溅渣层厚度取20mm，炉渣密度按305t/m3计，经计算为4.5吨，作为开始溅炉时的参考，经一段时间摸索，应据济钢具体情况，确定合理渣量。 五调整工艺 调整工艺指炼钢结束后，通过观察炉渣状况，判定炉况是否适宜溅渣。如炉渣过稠发干，应加入少量化渣剂稀释；反之加少量稠渣剂，使其适宜溅渣操作。 采用出钢后调渣工艺： 即在出钢后，据炉渣状况适当加入调渣剂，使其适当进行溅渣操作。该工艺适合于中小型转炉，出钢温度偏高，炉渣过热度较高的现状；同时原料条件不稳定，往往造成后吹，多次倒炉使(FeO)升高，渣稀且(MgO)达不到饱和值，故需在出钢后加入调渣剂进行调整。 调整操作程序： 1、吹炼终点，控制炉渣中的MgO含量达8%－10%。
转炉少渣工艺技术分析 摘要：阐述了少渣炼钢的工艺路线，分析了转炉少渣吹炼的供气制度、造渣制度、温度制度、合金化制度等，介绍了国内外几家钢厂典型的少渣炼钢工艺及其冶金效果，指出少渣炼钢是未来炼钢的主要发展方向。 关键词：转炉；少渣炼钢；工艺制度 Progress and Prospect of Less Slag Steelmaking Process Abstract：The paper summarizes the process line of less slag steelmaking，and analyzes the system of gas supplying，slagging and alloying，that 0f the temperature and SO on．of less slag blowing in converter．introduces the typical processes of less slag steelmaking and its metallurgical effects of seven steel plants at home and abroad，meanwhile，points out that less slag steelmaking is the main development direction of the steelmaking in the future． Key words：converter；less 8lag steelmaking；process system 铁水“三脱”使传统炼钢工艺发生了显著变化，在铁水预处理阶段进行脱硅、脱磷和脱硫，使炼钢转炉的主要功能转变为调温和脱碳，同时炼钢渣量减少，形成了少渣炼钢工艺。由于少渣炼钢用的铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，喷溅少，铁损低，减少了污染物的排放。同时，因渣量少，氧的利用效率高，吹炼终点钢水中氧含量低，余锰高，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。另外，少渣炼钢工艺终点命中率高，改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。 1 少渣炼钢工艺路线 常见的转炉炼钢工艺路线有四种。第一种是传统的炼钢工艺，欧美各国的炼钢厂多采用这种模式，即铁水先脱硫预处理后，再转炉炼钢。通常转炉炼钢渣量占金属量的10％以上，转炉渣中FeO含量在17％左右。此外，渣中还含有约8％的铁珠，该工艺钢铁料消耗高。第二种炼钢工艺是先在铁水沟、混铁车或铁水罐内进行铁水“三脱”预处理，然后在复吹转炉进行少渣炼钢，这种工艺的不足之处是脱磷前必须先脱硅，废钢比低(≤5％)，脱磷渣碱度过高，难于利用。第三种炼钢工艺是20世纪90年代中后期日本各大钢厂试验研究成功的转炉铁水脱磷工艺，该工艺解决了超低磷钢的生产难题。与第二种工艺路线的明显区别是脱磷预处理移到转炉内进行，转炉内自由空间大，反应动力学条件好，生产成本较低。具体工艺是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳[1、2]，即“双联法”。典型的双联法工艺流程为：高炉铁水_+铁水预脱硫-+转炉脱磷_+转炉脱碳_+炉外精炼．+连铸。由于受设备和产品的限制，也有在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳的操作模式，类似传统的“双渣法”。第四种炼钢工艺是对第三种炼钢工艺进行了改进，与第三种工艺的明显不同是将部分脱碳渣(约8％)返回脱磷转炉，脱磷后的铁水进入脱碳转炉脱碳。该工艺是目前渣量最少、最先进的转炉生产纯净钢的工艺路线。在上述四种转炉炼钢工艺路线中，后三种炼钢工艺铁水经过“三脱”预处理后再脱碳炼钢，能够做到少渣操作。四种
第5期2002年9月 湖 南 冶 金HU N AN M ET AL L U RG Y N o.5Sept.2002 收稿日期: 2002—03—10 转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化 高泽平 (湖南冶金职业技术学院,湖南 株洲 412000) 摘 要:着重对溅渣护炉技术的工艺参数优化过程进行了探讨。确立了溅渣调渣原则,对转炉留渣量、 出钢温度、氮气压力和流量、溅渣枪位与时间、溅渣率等工艺参数的控制进行了分析。指出了湘钢条件下的溅渣工艺参数的适宜范围。 关键词:转炉;溅渣护炉;工艺参数;优化 中图分类号:T F702+ .9 文献标识码:A 文章编号:1005—6084(2002)05—0031—04 PARAMETERS OPTIMIZATION OF CONVERTER SLAG SPLASHING G AO Ze ping (Hunan Metallurgy College of Professional Technology ,Zhuzhou 412000,Hunan )ABSTRACT : The optimisatio n o f some techno logical pa ram eters of the co nv er ter slag splashing w as discussed in this papers.Th e principle of adjustment of spla sh slag com po-sitio n was established by this discussio n .The controlling of splash slag quantity ,the tap-ping temperature,the nitrog en pressure a nd flux,the lance height in splashing slag ,and the rate o f splashing slag w ere analy zed too in this.The rang e of technological param e-ters of slag splashing a t the Xia ng tan Iro n a nd Steel Group Co .was described .KEY W ORDS :co nver ter ;slag splashing patching ;technological parameter ;optimizatio n 1 前 言 转炉溅渣护炉技术是近年来提高转炉炉龄的一项新技术。我国于1996年开始研究开发适合中国国情的溅渣护炉工艺。湘钢采用该技术后,转炉炉龄由原来的2000多炉提高到现在的平均炉龄过万炉,并在2001年成功突破了15000炉大关,转炉作业率上升到91%,年钢产量达200万t 。溅渣护炉的综合经济效益可达8.5元/t ,年创效益1700万元,达到国内先进水平。 溅渣护炉就是用喷枪将高压氮气喷出,使渣从喷射撞击区的孔穴外侧喷溅并粘附到转炉炉衬 上形成渣层,对下一炉冶炼起到保护炉衬的作用。因此,转炉终渣不仅满足冶炼过程的要求,而且 还应符合溅渣护炉的条件,即炉渣易于喷溅到炉衬上;溅到炉衬上的炉渣能很好地与之结合;所溅炉渣具有一定的抗高温侵蚀与耐火能力。这三个条件除与炉渣的成分有关外,溅渣动力学条件也极为重要。本文结合湘钢正常吹炼条件及溅渣工艺,对溅渣护炉技术参数的优化作进一步的研究。 2 溅渣护炉技术应用条件 湘钢转炉炼钢厂主体设备有80t 氧气顶吹
收稿日期:2006212207; 修订日期:2007205230 作者简介:李小明(19742 ),陕西洛川人,讲师.研究方向:冶金相关技术. ?今日铸造 Today ’s Foundry ? 转炉溅渣护炉技术的发展及现状 李小明,王冠甫,杨 军 (西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055) 摘要:溅渣护炉充分利用了转炉终渣并采用氮气作为喷吹动力,是转炉技术一个大的进步。采用溅渣护炉不仅可减少炉衬蚀损、提高炉龄,而且可减轻工人劳动强度和操作费用,提高生产率。合理控制终渣成分、留渣量、出钢温度和枪位是取得良好的溅渣护炉效果的关键技术和必备条件。我国转炉因具有容量小、数量多、生产负荷大、半钢冶炼转炉原料条件差、热源不足、复吹转炉底吹元件寿命低等特点,使得我国溅渣护炉技术朝多元化方向发展,适宜于各种炉型和原料条件以及工艺特点的溅渣护炉技术蓬勃发展,尤其在复吹溅渣护炉技术方面,已达到先进水平。但转炉经济炉龄还不确定,氮气源还不足,调渣剂的成分还不能动态调整,溅渣时间和枪位还不能自动控制,今后应积极探索终渣动态调整以及溅渣自动控制等技术。关键词:转炉;炉龄;溅渣护炉;应用 中图分类号:TF713 文献标识码:A 文章编号:100028365(2007)0821140204 Pr o gr e s s a n d S t a t us of BO F Pr ot e c ti o n Te c h n ol o g y b y Sla g Sp la s hi n g L I Xiao 2ming ,WANG G uan 2f u ,YANG Jun (School of Metallurgical E ngineering ,Xi ’an U niversity of Architecture and T echnology ,Xi ’an 710055,China) Abs t rac t :I t is a big progre ss for the converter using the finishing slag to prevent the furnace and the nitrogen as the splashing power.Slag splashing technology can not only reduce the furnace lining ero sion ,prolong the furnace life ,but also decrease the manual intensity and the operating co st ,thus enhance s the productivity.The key technology and e ssential conditions to obtain good splashe s effect are to control the ingredients and quantitie s of finishing slag ,the tapping temperature and the gun po sition reasonably.As the dome stic converter has low capacity ,big production load ,the bad raw materials for the semi 2steel converter ,the insu fficient heat source and low life of bottom blowing component of combined blown converter ,the slag splashing technology is developing towards the multiple direction ,so that the slag splashing technology can be suitable for various converter ,raw materials and operational characteristics.The combined blown converter has reached the advance standards.H owever the economical furnace life of converter is indefinite ,the nitrogen source for slag splashing is also insu fficient ,the ingredient of slag modifier cannot be adjusted dynamically ,the splashing time and the gun po sition cannot be controlled automatically ,so the finishing slag dynamic adjusting and automatic control technologie s should be developed in the future. Ke y w ords :BOF ;Company life ;Slag splashing ;Application 炉龄是转炉炼钢的一项综合技术经济指标。高温、高氧化性的炉渣对炉衬的机械冲刷和化学侵蚀是造成炉衬蚀损的主要原因。为了提高炉龄,炼钢工作者相继对炉衬砖材质、砌筑方法、补炉技术、溅渣技术等进行了研究和开发。1983年普莱克斯公司获得了溅渣专利[1,2],但直到20世纪90年代以后,溅渣护炉技术才随着耐火材料质量的改进而蓬勃发展起来。 本文从溅渣护炉的基本原理出发,讨论影响溅渣 护炉效果的几个主要因素,并结合我国转炉的特点,分析我国在小型转炉、半钢冶炼转炉以及复吹转炉溅渣护炉方面取得的技术进步,同时分析我国溅渣护炉存在的问题及今后的发展方向。1 溅渣护炉原理及优势 溅渣护炉的基本原理,是在转炉出完钢后加入调渣剂,使其中的MgO 与炉渣产生化学反应,生成一系列高熔点物质,被通过氧枪系统喷出的高压氮气喷溅到炉衬的大部分区域或指定区域,粘附于炉衬内壁逐渐冷凝成固态的坚固保护渣层,并成为可消耗的耐材
基础知识：钢厂连铸工技能800问 1、( )次冷却是指坯壳出结晶器后受到的冷却。 A.一 B.二 C.三 D.四答案：（B） 2、( )对提高铸坯质量的作用有：细化结晶组织，消除中心偏析，防止皮下气泡、皮下夹杂以达到改善铸坯内部和表面质量的目的。 A.电磁搅拌 B.电磁制动 C.电磁冶金 D.以上都不是答案：（A） 3、( )会影响出苗时间的长短。 A.冶金长度 B.钢水温度 C.液相深度 D.拉坯速度答案：（B） 4、( )年我国粗钢产量突破亿吨，跃居世界第一位。 A.1993 B.1996 C.2000 D.2002 答案：（B） 5、( )是炼钢生产工艺水平和效益的重要标志，反应了企业连铸生产状况。 A.金属收得率 B.连铸比 C.连铸坯成材率 D.铸坯产量答案：（B） 6、( )是我国西北地区最大的碳钢和不锈钢生产基地。 A.包钢 B.新疆八一钢铁厂 C.酒钢 D.陕钢答案：（C） 7、( )是指坯壳出结晶器后受到的冷却。 A.二次冷却 B.一次冷却 C.三次冷却答案：（A） 8、( )主要在结晶器内形成和产生。 A.铸坯内部缺陷 B.铸坯表面缺陷 C.鼓肚和菱变 D.偏析和裂纹答案：（B） 9、《安全生产法》规定，生产经营单位必须为从业人员提供符合标准的( )，并监督、教育从业人员按照规则佩带、使用。 A.劳动防护用品 B.口罩 C.手套 D.劳保鞋答案：（A） 10、《安全生产法》规定，生产经营单位应当在具有较大危险因素的生产经营场所和有关设施、设备上，设置明显的( )。 A.安全宣传标语 B.安全宣教挂图 C.安全警示标志 D.安全宣教模型答案：（C） 11、《安全生产法》规定的安全生产管理方针是( )。 A.安全第一，预防为主 B.安全为了生产，生产必须安全 C.安全生产人人有责 D.安全生产，常抓不懈答案：（A） 12、《突发事件应对法》规定，按照突发事件发生的紧急程度、发展势态和可能造成的危害程度，事故预警分为四级预警，其中最高级别为( )预警。 A.红色 B.黄色 C.蓝色 D.白色答案：（A） 13、《中华人民共和国安全生产法》自( )起施行。 A.37500 B.37530 C.37438 D.37561 答案：（D） 14、12065L喷嘴表示( )型喷嘴。 A.圆锥型 B.扁平型 C.康卡斯答案：（A） 15、1600℃下，下列氧化物最稳定的是( )。 A.SiO2 B.P2O5 C.MnO D.FeO 答案：（A） 16、1856年，( )人发明了酸性空气底吹转炉炼钢法。 A.法国 B.德国 C.英国 D.瑞典答案：（C） 17、CaC2与镁粉着火时，应采用( )等灭火。 A.泡沫灭火器 B.水 C.石棉毡 D.棉布答案：（C） 18、CaF2在保护渣中的作用主要是( )。 A.调节碱度 B.降低熔点 C.调节熔化速度 D.都不是答案：（B） 19、IF钢中[C]＝( )。