CN113913583B - 一种炉渣改质和溅渣护炉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种炉渣改质和溅渣护炉方法。该方法在转炉吹炼结束后，根据副枪测量得到的钢水氧含量和钢水温度等信息，通过公式计算得出合适的还原剂及改质剂加入量。在出钢过程，向渣面均匀加入还原剂约0～100kg；出钢结束后，倒出部分炉渣，保持一定留渣量，加入改质剂；然后进行溅渣护炉，溅渣时间根据公式计算得出。本发明可实现对不同氧化性炉渣的精准调质，获得FeO含量约13～15％，MgO含量约10～13％的优质粘性炉渣，并通过过程热平衡模型计算得到合适的溅渣时间，实现炉渣改质和溅渣护炉技术的精准化。针对性的溅渣枪位控制方案能够防止炉渣“溅不起”和“挂不住”问题的发生，对减少特定区域炉衬侵蚀，延长炉衬寿命起显著作用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种炉渣改质和溅渣护炉方法。
背景技术
转炉炼钢具有冶炼周期短，成本低和灵活性强等特点，是目前最主要的钢铁生产方式。延长转炉炉衬寿命有利于进一步提高转炉生产效率。因此，对于转炉炉衬长寿命技术的研究是冶金耐火材料研究的重点内容。
上个世纪90年代，溅渣护炉技术的成功开发和应用是长寿命转炉炉衬技术研究的一次飞跃，转炉炉龄从最初的3000炉左右提高到最高30000炉以上。该技术的原理是在转炉出钢后利用氧枪喷吹高压氮气将炉内留存的熔融粘性炉渣溅射到炉衬耐材表面，形成一层稳定的溅渣层，减少下一炉钢冶炼时炉衬耐材的侵蚀。然而近年来，随着钢铁工业的发展，低碳、低磷高品质洁净钢的冶炼需求不断增加，工艺上要求转炉炉渣具有较高的氧化性。这种高氧化性炉渣粘度和熔点较低，黏附效果差，熔化脱落速度快，而且还会造成原有耐材脱碳，高温力学性能和抗渣侵蚀性能下降。
针对高氧化性炉渣，生产中主要采取在出钢结束后向炉内加入改质剂，对炉渣进行调质处理，降低其氧化性，提高粘度和熔点，从而改善溅渣护炉效果。如现有技术中公开了一种转炉溅渣护炉的方法，通过向转炉内容加入1.2～2kg/t的镁碳砖和2.5～4kg/t的轻烧白云石，降枪吹氮180～240s，完成溅渣护炉操作。还有专利文献公开了一种用于半钢冶炼转炉溅渣护炉的终渣调质剂及其使用方法，能够使转炉炉役提高1000炉以上。现有技术中的这些方法，改质剂的用量和溅渣时间等参数较固定，虽然也会根据钢水氧含量等调整改质剂的用量和溅渣时间等参数，但对于不同氧化性和温度的炉渣难以做到精准改质和冷却，溅渣效果不稳定。在生产实践中，转炉炼钢厂通常是多钢种并行生产，每一炉钢冶炼终点炉渣氧化性、温度等参数波动较大，炉渣改质和溅渣工艺的精准度不够对炉渣改质及溅渣效果影响较大。如改质剂加入量相对较大，炉渣中FeO将被大量还原，炉渣熔点和粘度迅速提高，固化速度较快，导致无法溅起，甚至造成炉底上涨；而改质剂加入相对较少，则炉渣改质不完全，氧化性较高，流动性较强，溅起的炉渣无法挂在炉衬上，即使挂上也将在下一炉冶炼时快速熔化脱落，更严重的是改质不完全的炉渣会加剧炉衬的侵蚀。除此之外，不同的炉渣温度及改质过程决定了炉渣固化需要的溅渣时间。溅渣时间过长会造成氮气消耗增加，非冶炼时间增加，转炉生产效率下降；溅渣时间过短则造成炉渣未完全固化，炉衬表面挂渣量减少，对炉衬的保护作用降低。
现有的炉渣改质和溅渣护炉技术均未根据出钢炉渣氧化性和温度，提供精准的改质和溅渣方案。固定或者过于单一的改质和溅渣工艺参数设定，将会导致溅渣效果不稳定，不利于炉衬维护和炉龄增加。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的炉渣改质和溅渣护炉技术均未根据出钢炉渣氧化性和温度，提供精准的改质和溅渣方案，固定或者过于单一的改质和溅渣工艺参数设定，将会导致溅渣效果不稳定，不利于炉衬维护和炉龄增加等缺陷，从而提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法，包括如下步骤：
转炉吹炼结束后，获取钢水氧含量和钢水温度；
确定还原剂加入量，所述还原剂加入量根据终点钢水氧含量确定，加入量范围为0-100kg；
出钢过程中，加入对应的还原剂量，出钢结束后，保留一定留渣量，加入改质剂，进行溅渣护炉；
其中，所述改质剂加入量通过公式M改质剂＝13.2×M留渣量×(0.0045×P钢水[O]+K)-M还原剂/0.32计算得到，
所述溅渣时间通过公式H＝0.095×M留渣量×T-117.6×M留渣量-0.178×M改质剂-4.77×10-5×M改质剂×T-0.522×M还原剂计算得到，
其中，M改质剂为改质剂加入量，kg；M留渣量为留渣量，t；P钢水[O]为终点钢水氧含量，ppm；K为底吹效果修正系数，其取值范围为0～3；M还原剂为还原剂加入量，kg；H为溅渣时间，s；T为出钢钢水温度，℃。
其中，K的取值范围为0-3，与底吹效果相关，底吹效果越好，则K值越低，具体的，底吹流量大于0.6Nm3/min·t，K取0-1，底吹流量0.3～0.6Nm3/min·t，K取1～2，底吹流量小于0.3Nm3/min·t，K取2～3。
可选的，所述还原剂加入量为P钢水[O]≤400ppm，还原剂加入量0～30kg；
400ppm＜P钢水[O]≤600ppm，还原剂加入量30～50kg；
600ppm＜P钢水[O]≤800ppm，还原剂加入量50～80kg；
P钢水[O]＞800ppm，还原剂加入量80～100kg。
可选的，所述还原剂为焦丁。
可选的，所述改质剂中包括氧化镁、碳、氧化钙。
可选的，所述改质剂中氧化镁、碳、氧化钙的质量比为(60-65)：(15-18)：5。
可选的，所述溅渣护炉步骤中，溅渣枪位控制方案为：
第一方案：当转炉炉底耐材上涨增厚时，采用“低-高”枪位控制顺序；
第二方案：当转炉炉底耐材腐蚀严重，工作层炉衬厚度<300mm时，采用“低-中-高”枪位控制顺序；
第三方案：其他情况下，均采用“低-中-高”的枪位控制顺序。
其中，低枪位距零位1.3～1.4m，中枪位距零位1.5～1.7m，高枪位距零位1.8～2m。
枪位这里给的是相对距离，是距离零位。零位就是冶炼过程钢水液面的高度，每一炉不一样，可以通过上一炉出钢前下副枪测量的高度结合本炉实际铁水和废钢装入量计算得到。
可选的，采用“低-高”枪位控制顺序时，各阶段溅渣时间分别为总溅渣时间的75-85％，15-25％；
第二方案中，采用“低-中-高”枪位控制顺序时，各阶段溅渣时间分别为总溅渣时间的15-25％，25-35％，45-55％；
第三方案中，采用“低-中-高”的枪位控制顺序时，各阶段的溅渣时间分别为总溅渣时间的35-45％，25-35％，25-35％。
可选的，留渣量为6～10t。
可选的，从炉口加入所述还原剂；
出钢结束后摇正转炉炉体，从高位料仓加入所述改质剂。
本发明还提供一种上述的炉渣改质和溅渣护炉方法在低碳钢冶炼中的应用。
本发明提供的炉渣改质和溅渣护炉方法，具体为：在转炉吹炼结束后，根据副枪测量得到的钢水氧含量、转炉留渣量以及底吹条件等信息，通过模型计算得出合适的还原剂及改质剂加入量。在出钢过程，从炉口向渣面均匀加入还原剂约0～100kg；出钢结束后，倒出部分炉渣，保持留渣量约6～10t，通过高位料仓加入模型计算得到的改质剂0～550kg；紧接着下降氧枪进行吹氮溅渣护炉，吹氮溅渣时间根据模型计算得出。本发明可实现对不同氧化性炉渣的精准调质，获得FeO含量约13～15％，MgO含量约10～13％的优质粘性炉渣，并通过过程热平衡模型计算得到合适的吹氮溅渣时间，合理控制溅渣枪位，防止炉渣“溅不起”和“挂不住”问题的发生，实现炉渣改质和溅渣护炉技术的精准化。本发明与现有的炉渣改质和溅渣护炉方法相比，具有更加精准、高效和稳定的特点。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的炉渣改质和溅渣护炉方法，在转炉吹炼结束后，根据副枪测量得到的钢水氧含量和钢水温度等信息，通过模型计算得出合适的焦丁及改质剂加入量。在出钢过程，向渣面均匀加入焦丁约0～100kg；出钢结束后，倒出部分炉渣，保持一定留渣量，加入根据公式计算得到的改质剂的量；然后进行溅渣护炉，吹氮溅渣时间根据公式计算得出。本发明可实现对不同氧化性炉渣的精准调质，获得FeO含量约13～15％，MgO含量约10～13％的优质粘性炉渣，并通过过程热平衡模型计算得到合适的溅渣时间，实现炉渣改质和溅渣护炉技术的精准化。本发明与现有的炉渣改质和溅渣护炉方法相比，具有更加精准、高效和稳定的特点，能够避免过度改质和改质不完全，提高了溅渣护炉效果的稳定性；能够减少非必要的溅渣氮气消耗，压缩转炉非冶炼时间，提高生产效率。
本发明提供的炉渣改质和溅渣护炉方法，针对性的溅渣枪位控制方案能够防止炉渣“溅不起”和“挂不住”问题的发生，对减少特定区域炉衬侵蚀，延长炉衬寿命起显著作用。
本发明提供的炉渣改质和溅渣护炉方法，所述还原剂优选为焦丁，所述焦丁具有一定粒径，能够避免粉状碳还原剂容易烧损以及被转炉除尘***抽离，造成浪费和参与反应量无法预估等问题。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法，具体操作为：
采用本发明的技术方法在公称容量为180t的转炉进行炉渣改质和溅渣护炉，试验转炉炉龄达到1264炉，炉衬侵蚀较少，底吹效果良好，确定底吹效果修正系数K为0。
转炉吹炼结束后，通过副枪测量得到钢水温度1637℃，钢水氧含量541ppm。根据方法要求，出钢过程在炉后向渣面均匀投入9袋焦丁，每袋5kg。
出钢结束后，倒出部分炉渣，保持留渣量约8t，然后摇正炉体，加入改质剂120kg(设备精度允许存在少量偏差)，其中，以质量百分数计，改质剂中MgO含量占62.67％，C占16.2％，CaO占5.31％，Fe2O3占2.14％，Al2O3占1.82％，SiO2占5.69％，其余为杂质。接着下降氧枪至1.4m低枪位，吹氮溅渣100s；再提高枪位至1.6m中枪位，吹氮溅渣75s；最后提高枪位至1.9m高枪位溅渣75s。溅渣结束后，摇炉倒出部分余渣并取样分析。
本炉次转炉终点炉渣经改质后，FeO含量为14.76％，MgO含量12.33％，碱度3.1，属于熔点适合的粘性炉渣，满足溅渣要求。溅渣结束后，倒炉观察炉内溅渣层覆盖均匀，未溅起的滞留渣量较少。持续使用该炉渣改质和溅渣护炉方法，转炉炉龄超过12000炉，达到长寿命炉衬控制目标，炉役全程炉形变化较小，炉衬侵蚀速度慢，截至下线大修前，工作层耐材厚度超过300mm，满足生产安全标准。
实施例2
本实施例提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法，具体操作为：
采用本发明的技术方法在公称容量为180t的转炉进行炉渣改质和溅渣护炉，试验转炉炉龄达到11612炉，属于炉役后期，炉身耐材受到严重侵蚀，最薄处厚度不足400mm，底吹效果较差，炉底上涨，确定底吹效果修正系数K为3。
转炉吹炼结束后，通过副枪测量得到钢水温度1612℃，钢水氧含量762ppm。根据方法要求，出钢过程在炉后向渣面均匀投入14袋焦丁，每袋5kg。
出钢结束后，倒出部分炉渣，保持留渣量约9t，然后摇正炉体，加入改质剂541kg(设备精度允许存在少量偏差)，其中，以质量百分数计，改质剂中MgO含量占62.67％，C占16.2％，CaO占5.31％，Fe2O3占2.14％，Al2O3占1.82％，SiO2占5.69％，其余为杂质。接着下降氧枪至1.4m低枪位，吹氮溅渣115s；再提高枪位至1.9m高枪位，吹氮溅渣30s。溅渣结束后，摇炉倒出部分余渣并取样分析。
本炉次转炉终点炉渣经改质后，FeO含量为14.21％，MgO含量12.79％，碱度3.2，属于熔点适合的粘性炉渣，满足溅渣要求。溅渣结束后，倒炉观察炉内溅渣层覆盖均匀，未溅起的滞留渣量较少。持续使用该炉渣改质和溅渣护炉方法，炉身耐材侵蚀速度减缓，炉底上涨得到控制，截至12518炉下线大修前，工作层耐材厚度超过300mm，满足生产安全标准。
对比例1
本对比例提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法，具体操作为：
采用原有常规炉渣改质及溅渣护炉工艺方法在公称容量为180t的转炉进行炉渣改质和溅渣护炉，对比试验转炉炉龄达到1012炉，属于炉役前期，炉衬耐材受到侵蚀较少，最薄段工作层厚度超过550mm，底吹良好。转炉吹炼结束后，通过副枪测量得到钢水温度1645℃，钢水氧含量686ppm。根据常规工艺要求，出钢过程在炉后向渣面均匀投入10袋焦丁，每袋5kg。出钢结束后，倒出部分炉渣，保持留渣量约8t，然后摇正炉体，加入改质剂(组成同实施例1)120kg(设备精度允许存在少量偏差)。接着下降氧枪至1.4m低枪位，吹氮溅渣70s；再提高枪位至1.6m中枪位，吹氮溅渣70s；最后提高枪位至1.9m高枪位溅渣70s。溅渣结束后，摇炉倒出部分余渣并取样分析。
本炉次转炉终点炉渣经改质后，FeO含量为17.43％，MgO含量10.20％，碱度3.1，炉渣具有一定的氧化性，熔点和粘度较低，不满足溅渣要求。持续使用该炉渣改质和溅渣护炉固定工艺参数，炉役全程出现溅渣效果不稳定，炉形不规则等问题，炉役后期为了保证生产安全，不得不增加补炉次数，降低生产效率。在炉龄达到9172炉时，因炉衬厚度多次低于警戒水平，转炉提前下线大修。
对比例2
本对比例提供一种炉渣改质和溅渣护炉方法，具体操作为：
采用常规炉渣改质及溅渣护炉固定工艺方法在公称容量为180t的转炉进行炉渣改质和溅渣护炉，对比试验转炉炉龄达到9072炉，属于炉役后期，炉衬耐材受到严重侵蚀，最薄段工作层厚度约320mm，底吹较差。转炉吹炼结束后，通过副枪测量得到钢水温度1606℃，钢水氧含量943ppm。根据常规工艺要求，出钢过程在炉后向渣面均匀投入10袋焦丁，每袋5kg。出钢结束后，倒出部分炉渣，保持留渣量约8t，然后摇正炉体，加入改质剂127kg(组成同实施例1，设备精度允许存在少量偏差)。接着下降氧枪至1.4m低枪位，吹氮溅渣70s；再提高枪位至1.6m中枪位，吹氮溅渣70s；最后提高枪位至1.9m高枪位溅渣70s。溅渣结束后，摇炉倒出部分余渣并取样分析。
本炉次转炉终点炉渣经改质后，FeO含量为19.79％，MgO含量9.88％，碱度3.1，炉渣具有一定的氧化性，熔点和粘度较低，不满足溅渣要求。继续使用该炉渣改质和溅渣护炉固定工艺参数后，在炉龄达到9560炉时，出现轻微穿炉事故，影响生产安全和生产节奏。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，包括如下步骤：
转炉吹炼结束后，获取钢水氧含量和钢水温度；
确定还原剂加入量，所述还原剂加入量根据终点钢水氧含量确定，加入量范围为0-100kg；
出钢过程中，加入对应的还原剂量，出钢结束后，保留一定留渣量，加入改质剂，进行溅渣护炉；
其中，改质剂加入量通过公式M改质剂＝13.2×M留渣量×(0.0045×P钢水[O]+K)-M还原剂/0.32计算得到，
溅渣时间通过公式H＝0.095×M留渣量×T-117.6×M留渣量-0.178×M改质剂-4.77×10-5×M改质剂×T-0.522×M还原剂计算得到，
其中，M改质剂为改质剂加入量，kg；M留渣量为留渣量，t；P钢水[O]为终点钢水氧含量，ppm；K为底吹效果修正系数，其取值范围为0～3；M还原剂为还原剂加入量，kg；H为溅渣时间，s；T为出钢钢水温度，℃；
所述改质剂中包括氧化镁、碳、氧化钙；
所述改质剂中氧化镁、碳、氧化钙的质量比为(60-65)：(15-18)：5。
2.根据权利要求1所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，所述还原剂加入量为P钢水[O]≤400ppm，还原剂加入量0～30kg；
400ppm＜P钢水[O]≤600ppm，还原剂加入量30～50kg；
600ppm＜P钢水[O]≤800ppm，还原剂加入量50～80kg；
P钢水[O]＞800ppm，还原剂加入量80～100kg。
3.根据权利要求1或2所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，所述还原剂为焦丁。
4.根据权利要求3所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，所述溅渣护炉步骤中，溅渣枪位控制方案为：
第一方案：当转炉炉底耐材上涨增厚时，采用“低-高”枪位控制顺序；
第二方案：当转炉炉底耐材工作层炉衬厚度<300mm时，采用“低-中-高”枪位控制顺序；
第三方案：其他情况下，均采用“低-中-高”的枪位控制顺序。
5.根据权利要求4所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，采用“低-高”枪位控制顺序时，各阶段溅渣时间分别为总溅渣时间的75-85％，15-25％；
第二方案中，采用“低-中-高”枪位控制顺序时，各阶段溅渣时间分别为总溅渣时间的15-25％，25-35％，45-55％；
第三方案中，采用“低-中-高”的枪位控制顺序时，各阶段的溅渣时间分别为总溅渣时间的35-45％，25-35％，25-35％。
6.根据权利要求1所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，留渣量为6～10t。
7.根据权利要求1-6任一项所述的炉渣改质和溅渣护炉方法，其特征在于，从炉口加入所述还原剂；
出钢结束后，摇正转炉炉体，从高位料仓加入所述改质剂。
8.一种权利要求1-7任一项所述的炉渣改质和溅渣护炉方法在低碳钢冶炼中的应用。
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