CN1043662C - 转炉的渣壳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的转炉渣壳的控制方法是在出钢后使一部分渣残留在转炉内，将已加有渣固化材料的渣涂料涂布于转炉炉底和/或炉壁上。借此可延长转炉耐火材料的寿命。该方法包括检测出钢时渣的组成，求出下一炉每1重量份渣所需要的固化材料量，根据上述固化材料需要量和转炉内残留的渣量确定固化材料的投入量，按此投入量将固化材料投入转炉内的残留渣中，使涂渣挂涂在转炉的炉底和/或炉壁上。

Description

转炉的渣壳控制方法

本发明涉及延长转炉耐火材料寿命的渣壳控制方法，更详细地说是涉及防止涂渣在吹炼过程中流出的渣壳控制方法。

最近，转炉炉容不断扩大，操作条件越来越严酷，为提高生产率和降低成本，延长炉体寿命作为重要的课题被提出来，为解决这一严峻的课题，以往曾采取种种对策。

在这当中，作为试图用渣延长转炉耐火材料寿命的技术，已知有以下两种方法。

第一种方法是提高吹炼过程中渣中CaO、MgO的浓度，以抑制耐火材料溶融流出的化学方法。

另一种已知方法是，在吹炼结束后，向残留的渣内吹入混有固化材料、砖屑等的混合物(以下称作涂渣)，再通过倾动炉体，使其溶化附着在炉壁或炉底砌砖表面的方法(称作渣挂涂法，将溶化附着的层称作渣壳层)。

就抑制耐火材料损耗的效果而言，前者主要是抑制化学成分的溶化，后者则主要是通过减轻对耐火材料的热负荷来抑制热剥落。其中，为延长转炉砌砖的寿命，降低砌砖急剧损耗是特别重要的，因此有必要抑制热剥落。

作为抑制这种热剥落的方法，过去提出了多种方法。

例如在特开昭61-157610中，揭示了以下方法，即将固化材料添加到转炉内的残留渣中之后，在转炉内壁面构成渣壳，接着对渣壳层进行强制冷却。但是该方法因为下一炉次长时间的高温吹炼，并且渣本身也变为高温，所以有以下缺点：渣溶化流尽，使渣壳层不能保持。

特开昭61-56223号是采用以下方法：使渣残留在转炉内，然后通过顶吹喷枪吹入气体，使渣飞散而附着在转炉内壁面上。

该方法在炉渣粘度低的场合能良好地飞散附着，但在后续炉次的吹炼时会熔融流下。相反，在渣的粘度高的时候，因为渣的飞散不充分，所以存在转炉内壁面上附着量不足这样的缺点。

特公昭62-24490号的方法是，在不进行脱P、脱S的转炉吹炼中，在吹氧停止时控制渣的组成为CaO/SiO₂=1.6～2.5、MgO/CaO＞0.25、SiO₂/(CaO+MgO+SiO₂)≥0.25。该方法通过SiO₂/(CaO+MgO+SiO₂)≥0.25而使渣的附着得到改善，但是存在有在后续的吹炼之后不能残留渣壳层的缺点。

特公平2-2992号的方法是：在高铬熔炼转炉中于吹氧前加入铬矿石，使渣中的Cr₂O₃组成为30-50％。由于该方法控制吹炼中渣的组成，所以具有以下缺点：渣的流动性提高时成渣性变好，但渣的挂涂性能变差，另外当渣的流动性降低而挂涂性能良好时，则成渣性变差。

特公昭62-13407号的方法是：向转炉内残留的渣中通过溶化喷射吹入以MgO作为主成份的粉末耐火材料而形成渣壳。但采用该方法时吹入需要较长时间，所以不能适用于出钢间隔短的钢。

特公昭61-59364号采用向转炉内残留的渣中投入100-200mm的块状碱性耐火材料，静止15分钟以上，使其固化的补修方法，适用于对产生剥落等局部异常损伤的部位进行补修，但不能对耳轴部位进行补修。

另外在特开平2-111810号中揭示了这样一种方法：为防止出钢时上浮到钢水表面上的渣与钢水一起由转炉内流出，而将渣中固相组分的比例保持在30％以上。该方法是防止渣混入出钢的钢水中使钢水质量降低，但该方法具有这样的问题：过度压低渣的流动性时会导致出钢障碍。

因此，这种方法对于需要像吹炼过程中那样长的时间，并且直接暴露于流动钢水的挂涂法来说，完全不能利用。

本发明就是为解决上述问题，提出了一种渣壳控制方法，其目的是在转炉炉底和/或炉壁上施加渣挂涂时，即使是在渣组成变动的情况下，也能抑制吹炼中的渣壳层的流失，维持涂渣的保护效果直至出钢时，因此可延长转炉耐火材料的寿命。

本发明人为解决上述课题，在进行流动性试验并加以研究的时候，发现渣流动的临界温度和液相体积比例之间具有强的相关性。

这里所说的液相体积比例，是以其成分组成为基础，相对各温度下析出的固相，与之平衡的残留液相的体积比例(百分比)。

本发明是一种转炉渣壳的控制方法，其特征在于，在转炉出钢后使一部分渣残留在转炉内，向此残留的渣加入渣固化材料，将所述已加入渣固化材料的渣涂料挂涂到转炉炉底和/或炉壁上时，

a)检测残留炉渣的组成，

b)对残留炉渣的组成，利用热力学数据进行平衡计算，求出后续炉次在预定出钢温度下涂渣的液相体积比例为40％以下的每1重量份炉渣所需的固化材料必要量，

c)由上述固化材料需要量和转炉内残留的渣量决定固化材料的投入量。

d)为了获得上述渣壳，在渣出钢后，向转炉内残留的渣，按已确定的投入量，投入固化材料，

e)接着，将所述涂渣挂涂在转炉的炉底和/或炉壁上。

另外，本发明是一种转炉渣壳控制方法，其特征在于，在上述发明中渣中的Al₂O₃为2％以上的场合，使用白云石作为固化材料，相对于每1重量份的渣按下式决定其投入量。

W≥[K₁+K₂×(％Al₂O₃)-K₃×(％Al₂O₃)²]/(100-I)

式中：

W：白云石投入量(重量份)

I：所用白云石的热烧损量(％)

％Al₂O₃∶Al₂O₃的重量％

K₁、K₂和K₃∶常数，K₁=35,K₂=7.5,K₃=0.2

附图的简要说明

图1是表示渣的表观粘度与温度关系一个例子的曲线图。

图2是表示氧化铝重量比例与白云石投入量关系的曲线图。

图3是表示相对于炉次所测定的砌砖残余厚度推移情况的曲线图。

本发明人针对涂渣残留在转炉内直到吹炼终了后的情况，以及中途由炉壁或炉底剥离、溶失的情况，调查了这一差别产生的原因。

为调查该原因，针对合成渣与转炉渣，在研究作为流动性指标的渣的表观粘度和温度的关系时，观察到下述特征现象。

即，随着温度降低粘度逐渐升高，在某一温度以下粘度急剧上升。该温度因渣而异，以下将该温度称为“临界温度”。

表1列出本研究工作所用渣的组成，以及各渣的临界温度和该温度范围内渣中的液相体积比例。渣A-C是使碱度(CaO/SiO₂)、MgO含量改变时的合成渣，而渣D-F是转炉渣。

作为流动性的指标，测定渣A的表观粘度并示于图1中。该场合下，渣的流动临界点在1450℃和1475℃之间。

进一步研究表观粘度急剧变化的机制时，发现在表观粘度与测定温度下渣中的液相体积比例和临界温度之间，不管渣的组成范围如何均有着密切的关系。

由表1可知，虽然临界温度因渣而异，但液相体积比例均为30％左右。

               表1

此现象被认为是由下述原因引起的，即，渣的温度降低时，因固相以悬浮在液相中的形态逐渐析出，使液相比例降低，所以粘度逐渐上升。到达临界温度时，由于固相和固相变为直接接触，所以粘度急剧上升。

将此情况置换到转炉中的渣壳加以考虑。在转炉吹炼中，渣壳层的温度一旦超过临界温度，则因涂渣的表观粘度降低，所以渣壳在吹炼中完全熔化，使渣壳层变得不能维持，相反，若控制渣的组成，使得转炉吹炼温度在渣的临界温度以下，则由于渣的表观粘度保持在高的状态，在吹炼过程中渣壳也不会熔失。

在以上认识的基础上完成了本发明。

在用于实际的转炉的场合，如果到达出钢温度时转炉内涂渣的液相体积比例还保留在40％以下，则即使液相体积比例在30％以上，渣壳层也不会流失而能维持作为保护层。据认为，即使此时渣壳层的表面超过临界温度，但由于背面临近耐火材料的部分维持在比临界温度低的温度，所以即使是在吹炼结束后渣壳层也不会流失而得以残留。但是在液相体积比例超过40％的状态下继续操作时，渣壳层会在吹炼中完全流失。为得到更显著的耐火材料保护效果，希望渣的液相体积比例定在30％以下。

此外在转炉渣的场合，由于固相密度和液相密度大致相等，所以也可以不采用液相体积比例而代之以重量比例。即可以简易地控制使重量比例在40％以下。

控制液相体积比例的方法可按以下方式进行。首先调查目标对象的渣在出钢时的组成。然后针对上述渣的组成，求出以何种比例投入固化材料可使出钢温度时的液相体积比例限制在40％以下，从而确定固化材料的投入量。

作为控制的目标值的渣的液相体积比例，通过一般所采用的标准自由能、生成的自由能等热力学数据为基础的平衡计算求出。

热力学计算可利用市售的热力学计算软件，例如以Thermo-Cale、MALT2、ChemSage等作为商品名销售的计算软件。在装入这些计算软件的个人电脑中输入温度和渣组成，可计算出该温度下平衡存在的固相、液相等物质的化学组成和量。由该计算值可知道渣的液相重量比例。由于各个比重均是已知数，因此可求出液相体积比例。

另外，液相体积比例也可由从规定温度急剧冷却而凝固的渣的微观结构解析求得。该方法是将渣在规定温度下熔化后使其急剧冷却。在实验室进行时，水中急冷是简便的方法。在坩埚中使渣熔化后，将熔渣投入水中使之急冷。在实际的炉中进行时，将热容量大的铜制50mm左右直径的棒浸渍在渣中，立即取出并回收附着的渣。这样可得到急冷的渣。将急冷渣研究后用显微镜观察其微观结构。在经过急冷的转炉渣的情况下，由于高温下以液相存在的部分经急冷而呈玻璃化，所以形成固相分散在玻璃中的组织。使用立体分析方法求出存在于急冷渣中的固相体积比例，由此可求出液相体积比例。

采用以上的方法，在事前求出在各个渣组成和出钢温度时的液相体积比例并制成清单，在操作时根据下一个炉次的渣组成和出钢温度确定液相体积比例。

其次，出钢时渣的组成和出钢温度按以下方法确定。

(a)各个炉次的数值：由各炉次中辅助原料投入量、吹入的氧量所推定的停止吹氧时渣的组成，或者停止吹氧后采样测定的渣组成。

(b)对象转炉在一般吹炼条件下的值：根据对象转炉过去实际达到的渣的组成算出平均的渣组成，或根据对象转炉使用计划所要求的渣组成。

(c)同一钢种吹炼时的值：用对象转炉进行吹炼的各钢种中每一种钢的平均渣组成。

(d)最近50-100次炉料的平均值：使用对象转炉所得到的最近50-100炉次的平均渣组成。

可以使用通过这些方法所求出的渣的组成。

固化材料的投入在出钢后或出钢后并排出一部分渣之后进行。

作为固化材料，除了在生白云石和轻烧白云石等白云石之外，还可使用死烧氧化镁等。

本发明的再一个目的是，在渣中Al₂O₃重量％(以下记作％Al₂O₃)即使是高的场合下，抑制吹炼中转炉内涂渣的流失，以延长转炉耐火材料的寿命。

在最近的转炉操作方面，由于冷铁源中使用废铁罐的废铁，或因渣的改质等使渣中的％Al₂O₃比过去变高，所以在用过去的方法进行吹炼的过程中，转炉内的渣壳层难以维持。

其原因之一是，废铁罐中Al成分的水平被升高。本发明人通过对转炉炉底测温发现，当渣中氧化铝含量高时，风口周围的温度有上升的趋势。由此推定氧化铝含量高时引起涂渣的剥离、变薄。

因此，本发明人着眼于渣中氧化铝含量高时渣的流动和渣中％Al₂O₃的关系，以及渣流动的临界温度和液相体积比例的关系，对此进行了分析和调查。

结果发现，为施加渣挂涂的最佳固化材料投入量与％MgO和CaO/SiO₂等没有大的依赖关系，另外通过使用白云石作为固化材料，并且对应于渣中％Al₂O₃的变化而改变白云石的量，就可得到良好的渣壳层，并进行了以下实验。

图2示出了在实际的炉子中，固化材料投入前转炉内渣的残留量为3吨的情况下，对渣中％Al₂O₃和涂渣残留状况进行调查的结果。其中，渣壳层的残留状况用以下方法判别：观察在生铁水倒入前施加的渣壳层在一次吹炼终了进行出钢时是否附着在转炉炉底。无论固化材料是生白云石还是轻烧白云石，根据渣中％Al₂O₃改变固化材料的投入量，以使渣壳构成良好。

这次所使用的生白云石和轻烧白云石的烧损量分别为46％、3％，但二者使渣壳层残存附着构成良好时投入量的区别，可按热烧损量的不同统一地加以处理。然后相对于渣中％Al₂O₃为2％以上的1重量份渣，可按以下所列式(Ⅰ)确定白云石的投入量。

W≥[K₁+K₂×(％Al₂O₃)-K₃×(％Al₂O₃)²]/(100-I)……(1)式中：

W：白云石投入量(重量份)

I：所用白云石的热烧损量(％)

％Al₂O₃∶Al₂O₃的重量％

K₁、K₂和K₃∶常数，K₁=35,K₂=7.5,K₃=0.2

控制白云石投入量的方法按下述进行。首先调查作为对象的渣在出钢时的组成。其次将Al₂O₃为2％以上时渣组成中的％Al₂O₃代入上述计算公式，根据计算结果确定实际的白云石投入量W。

只要投入按上式求得的白云石量W，即可使涂渣不流失，保持其作为保护膜的效果。若白云石的投入量不足，则因涂渣中％Al₂O₃浓度升高，流动性增大，结果涂渣在吹炼当中全部流失。

白云石固化材料的投入，在出钢后或出钢后并排出部分渣之后进行。作为固化材料投入的白云石，可用生白云石、轻烧白云石等一般的白云石。

作为吹炼用的铁源不必全部用铁水，废铁或部分地混有由转炉工序以后的制钢工序中产生的渣的生铁块等含Al和/或Al₂O₃的废铁也可使用。废铁的使用量不限，不过最好是在15％以下。

此处的另一课题是在渣中氧化铝含量高的场合下，试着考查渣流动的临界温度和液相体积比例。渣中％Al₂O₃增加时，使渣的表观粘度发生急剧变化的温度降低，液相体积比例变高使渣的流动性增加，可推定产生涂渣的熔化和流失。

向渣中投入作为固化材料的白云石，可以使液相体积比例降至40％以下。为了将涂渣挂涂到转炉炉底和/或炉壁上，可以通过摇动炉体或吹入气体进行挂涂。此外也可以采用其它挂涂方法进行挂涂。

另外，本发明可用于底吹或顶底复合吹炼的转炉。

实施例1

在230t(吨)的纯氧底吹转动炉中实施本发明的渣壳挂涂。首先，在出钢后排渣时残留3t渣。由于下一炉次的钢水全部使用生铁水，所以Al₂O₃低达1.2％(重量)。出钢温度在1580℃-1650℃的范围内。

通过对目标转炉的试验，使所有炉次中都能控制到其下一炉次的出钢温度下涂渣中液相体积比例在40％以下。作为控制方法，渣组成采用类似操作条件下平均的渣组成。使用生白云石作为固化材料。固化材料的投入量通过热力学数据的平衡计算，按预定出钢温度下涂渣的液相体积比例为40％以下的条件求出。根据计算结果，投入量为2.5T-3.5T。

将已加入上述固化材料的涂渣，通过摇动炉体而挂涂到转炉的炉底后，进行出钢，然后测定砌砖的残余厚度。由于耐火材料的损伤以炉底砌体为最大，所以测定炉底砌体的残余厚度来评价损伤抑制效果。测定炉底砌体残余厚度的变化，求出每一炉次的损伤量，得到每一炉次的损伤量为0.45mm/炉次。

实施例2

在230t纯氧底吹转炉中实施本发明的渣挂涂。在出钢后排渣时残留3t渣。作为铁源使用平均95％的生铁水和5％的废铁。由于在废铁中使用了生成Al₂O₃的废铁罐和铁水包残留的生铁块，所以生成的渣中Al₂O₃含量很高，达3.0-8.7％(重量)。出钢温度范围为1590℃-1650℃。使下一炉次的出钢温度下涂渣的液相体积比例在40％以下。使用轻烧白云石作为固化材料，由于％Al₂O₃高，按计算公式求出投入量，投入2t-3t轻烧白云石。此外，通过摇动炉体将涂渣挂涂到转炉的炉底。

测定炉底砌体残余厚度的变化，求出每一炉次的损伤量时，得到的损伤量为0.47mm/炉次。

比较例1

在230t的纯氧底吹转炉中实施与实施例1同样的渣挂涂。在出钢后排渣时残留3t渣。由于下一炉次的钢水全部使用生铁水，所以Al₂O₃低达1.2％(重量)。出钢温度范围为1580℃-1650℃。通过作为对象的转炉的试验，使所有炉次中，下一炉次的出钢温度下涂渣的液相体积比例都能控制到65％以下，但完全没有满足40％以下的炉次。使用生白云石作为固化材料，投入量低达1t-2t。

测定炉底砌体残余厚度的变化，求出每一炉次的损伤量，得到的损伤量为0.84mm/炉次。

比较例2

在230t纯氧底吹转炉中实施与实施例1同样的渣挂涂。在出钢后排渣时残留3t渣。使用平均95％的生铁水和5％的废铁作为铁源。由于废铁中使用了生成Al₂O₃的废铁和铁水包残留的生铁块，所以生成的渣中Al₂O₃含量非常高，达3.0-8.5重量％。出钢温度范围为1590℃-1650℃。下一炉次的出钢温度下涂渣的液相体积比例变成为40％以下。使用轻烧白云石作为固化材料，尽管Al₂O₃量很高，但轻烧白云石的投入量仍按通常的方法进行，为0.5-1t，与本发明相比非常少。

测定炉底残余厚度的变化，求出每一炉次的损伤量为0.85mm/炉次。

图3示出了本发明实施例和比较例炉底砌体残余厚度的变化情况。曲线1和2表示本发明的实施例，曲线3和4为比较例。曲线1和2与曲线3和4相比，在同一炉次下残余厚度较大，可看出对耐火材料损耗的抑制。此外，在出钢结束、下次生铁水装入之前，观察炉底和炉壁的涂渣残留状况，在实施本发明的场合下，看不见因施工留下的多个砌砖之间的缝隙，且渣壳充分地残留。与此相反，在比较例的场合，则明显地辨认出砌砖之间的缝隙，在吹炼中涂渣流失，砌体明显地直接暴露在钢水中。

这样，本发明的渣壳挂涂方法的显著效果得到确认。

使用本发明抑制了转炉炉底和/或炉壁的涂渣流失，大幅度延长耐火材料的寿命，降低了转炉作业的成本。

Claims (6)

1．一种转炉渣壳的控制方法，其特征在于，转炉出钢后，使一部分渣残留在转炉内，向此残留的渣加入渣固化材料，将所述已加入渣固化材料的渣涂料挂涂到转炉炉底和/或炉壁时，

(a)检测残留渣的组成，

(b)对残留渣的组成，用热力学数据进行平衡计算，求出使后续炉次在预定出钢温度下涂渣的液相体积比例为40％以下的每1重量份渣所需的固化材料量，

(c)由上述固化材料的需要量和残留于转炉内的渣残留量确定固化材料的投入量，

(d)为了获得上述渣壳，在渣出钢后，向转炉内残留的渣，按已确定的投入量，投入固化材料，

(e)接着，将所述涂渣挂涂在转炉的炉底和/或炉壁上。

2．根据权利要求1所述的转炉渣壳的控制方法，其特征在于，上述液相体积比例为30％以下。

3．根据权利要求1所述的转炉渣壳的控制方法，其特征在于，上述固化材料是生白云石、轻烧白云石、死烧氧化镁。

4．根据权利要求1所述的转炉渣壳的控制方法，其特征在于，所述渣内的Al₂O₃含量为2％以上时，使用白云石作为固化材料，相对于1重量份渣量，所述白云石的投入量按下式确定，

W≥[K₁+K₂×(％Al₂O₃)-K₃×(％Al₂O₃)²]/(100-I)

式中：

W：白云石投入量，按重量份计，

I：所用白云石的热烧损量，按％计，％Al₂O₃∶Al₂O₃的重量％

K₁、K₂和K₃∶常数，K₁=35,K₂=7.5,K₃=0.2。

5．根据权利要求1至4中任一项所述的转炉渣壳的控制方法，其特征在于，转炉是底吹或顶底复合吹炼的转炉。

6．根据权利要求1所述的转炉渣壳的控制方法，其特征在于，通过使炉体摇动，或者吹入气体，将涂渣挂涂到转炉的炉底和/或炉壁上。

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