轉爐濺渣護爐工藝的研究與應用

朱元濤

（山東石橫特鋼集團有限公司，山東 肥城 271612）

目前轉爐實行爐爐濺渣工藝，在生產過程中會出現爐底波動大、爐帽過厚、熔池侵蝕嚴重等不利于轉爐冶煉的現象，導致停爐換包時修補熔池侵蝕部位，停爐時間長，影響產能降低、補爐料消耗升高，同時爐型發生變化后，影響冶煉穩定性噴濺、溢渣嚴重。為穩定爐型，縮短轉爐停爐輔助時間，降低補爐料消耗等，一煉鋼成立技術攻關小組，在改進濺渣層質量，優化氮氣壓力、流量與槍位，控制合理的留渣量等三方面進行技術優化，綜合生產成本降低。

1 濺渣護爐工藝原理

1.1 濺渣護爐分析

初期渣對爐襯的侵蝕在轉爐冶煉初期，首先是鐵水中Si、Mn的大量氧化，生成大量的SiO2等，石灰的熔化速度較緩慢（石灰活性度低時更差），爐渣堿度的提高需要一個較長的過程，在低堿度階段爐渣對爐襯的侵蝕較嚴重。因為在酸性渣中，MgO可以有很高的溶解度，加速了爐襯中MgO的熔解速度。因此，在初期加入白云石造渣，使渣中有一定的MgO可以減輕對爐襯的化學侵蝕。實際生產中，濺渣層為高熔點的C2S和MgO結晶體，熔化溫度較高。由于冶煉初期溫度較低，濺渣層為不明顯熔化。初期渣對濺渣層的侵蝕較弱，當渣中FeO含量相同時，高鈣渣的侵蝕速度明顯高于高鎂渣。因此提高濺渣層的堿度或MgO含量，均有利于減輕爐渣的侵蝕。

對轉爐濺渣層的侵蝕，主要發生在轉爐冶煉的中后期，轉爐冶煉過程渣和終渣對濺渣層的侵蝕機理主要表現為濺渣層的高溫熔化與高FeO對爐渣的化學侵蝕。而冶煉過程是轉爐爐渣堿度和熔池溫度升高的過程，因此盡可能的提高濺渣層抵抗轉爐終渣的侵蝕能力，合理控制終渣成分和出鋼溫度（終渣溫度是由出鋼溫度決定的），是發揮濺渣護爐技術效果的關鍵。

熔渣的成分決定了濺渣層的巖相結構，而巖相結構又決定了濺渣層的熔化溫度。當堿度大于2時，全部或大部CaO和SiO2以高溫相析出，而在轉爐渣MgO-CaO-SiO2-FeO四元相圖中，以FeO為主的RO相和鐵酸鈣的低熔物出現，分布在方鎂石晶體（渣中MgO結晶）的周圍形成液膜，在煉鋼條件下促使濺渣層的高溫強度因液膜滑移而急劇下降，勢必降低抵抗轉爐渣滲透侵蝕的阻力。濺渣層中的低熔點相多時，抗侵蝕能力更低。

圖1 濺渣示意圖

要想濺渣層具備一定的耐火度和粘度，影響濺渣層質量的因素有：終渣氧化性和溫度、濺渣流量和槍位、留渣量等，還要遵循一項“濺得起、粘得上、燒得牢”的原則。

“濺得起”就是要求能夠利用從噴孔出來的超音速氮氣射流有效地將爐渣均勻的、有重點的濺到爐襯內表面，形成一定厚度的濺渣初始階段主要為機械鑲嵌，燒結層形成以后，結合方式主要是機械鑲嵌。做好此步必須具備以下條件：合適的氮氣壓力、合適濺渣槍位、合適的留渣量。

“粘得上”就是要求濺到各部位的爐渣能粘到爐襯上而滑不下來。為此必須做好以下幾點工作：合適的終點溫度、爐渣熔點和粘度、爐渣改質、和鋼水出凈。

“燒得牢”就是要濺到爐襯表面的渣子在下一爐吹煉過程中能經受主溫沖刷和侵蝕而不剝落，從而起到保護爐襯的作用。為此濺渣層必須有較高的熔點和達到一定厚度。

1.2 濺渣護爐對終渣控制的要求

濺渣護爐技術的應用，對冶煉終渣提出了更高的要求，要求爐渣除了具有脫硫脫磷功能外，還要具備經受冶煉過程中各個不同時期鋼水和爐渣侵蝕的能力，以保護爐襯。因此，濺渣層必須具備一定的耐火度和粘度，影響終渣耐火度的主要組分是堿度（CaO/SiO2）、MgO、FeO，這些因素取決于冶煉條件和鋼種。在爐渣組分確定以后，影響爐渣粘度的主要因素是溫度，因此，終渣控制的內容包括溫度和化學成分。

1.2.1 終渣溫度

終渣溫度取決于出鋼溫度，以滿足澆注生產需要為前提。但在條件允許的情況下，應適當降低終渣溫度（出鋼溫度）。終渣溫度高，爐渣的過熱度高、渣稀、流動性好，不利于濺渣。為保證濺渣效果，勢必延長濺渣時間。另外，溫度高濺渣層的低熔點相易熔化脫落，特別是對FeO含量較高的濺渣層更為重要。

1.2.2 堿度

從濺渣護爐的角度分析，希望堿度高一點，這樣轉爐終渣C2S及C3S之和可以達到70%～75%。這種化合物都是高熔點物質，對于提高濺渣層的耐火度有利。但是，堿度過高，冶煉過程不易控制，易反干影響脫磷和脫硫效果，且造成原材料浪費，還容易造成爐底上漲。實踐證明，終渣堿度控制在2.8～3.2為好。

1.2.3 MgO含量

氧化鐵與氧化鈣所形成的化合物為低熔物質，氧化鐵和氧化錳等組成的RO相融點也較低。但是MgO與FeO可以形成連續的固熔體，當FeO達到50%時，此固熔體的熔點仍高于1800℃。MgO與Fe2O3能化合生成鐵酸鎂，此化合物又能與MgO反應生成固熔體，都是耐高溫物質，既便在Fe2O3含量達到70%時，其熔點仍在1800℃以上。如果MgO含量低氧化鐵就會與氧化鈣生成低熔點鐵酸鈣。因此終點必須保持一定的MgO含量，一般控制在9%～10%。

1.2.4 FeO含量

只要把濺渣前的MgO含量調整在合適的范圍，濺渣護爐對于終渣氧化鐵含量并無特殊要求，終渣氧化鐵無論高低都可取得較好的濺渣護爐效果。但終渣氧化鐵較低，渣中C2F（鐵酸鈣）少，RO相的熔化溫度高，在保證足夠的耐火度的情況下，降低渣中MgO含量，這樣濺渣護爐的成本較低，容易取得高爐齡。從操作上講，在同樣溫度、堿度和MgO條件下，氧化鐵含量低，渣的粘度大，起渣快，可以減少濺渣時間，而不影響濺渣效果。

2 工藝優化方案

2.1 改進濺渣層質量

（1）渣中FeO含量高低對爐襯侵蝕和濺渣效果有很大影響。渣中FeO的礦物組成大多為各類低熔點鐵酸鹽，熔點遠低于出鋼溫度，而且FeO含量越高，鐵酸鹽就越多，渣流動性就越好，對爐襯侵蝕作用加大且不容易附著在爐襯上。如果渣中FeO含量過低，又會造成轉爐造渣和去除P、S困難。因此操作中必須嚴格控制渣中FeO含量。

為降低渣中FeO含量，吹煉中做到：①溫度：前期溫度要低，過程升溫要慢要均勻，禁止出現過程高溫后再用冷料抑制溫度，大量冷卻劑加入后破壞了脫碳、脫磷渣系的情況。②大流量高槍位：大流量是為了整個熔池攪拌均勻，不出現攪拌死區或者氧化亞鐵聚集的現象，高槍位是為了增加渣中氧化亞鐵，杜絕或者減少返干。③后期要早提流量，早降槍，保證終渣氧化亞鐵的降低。

（2）終點溫度取決于出鋼溫度，以滿足澆注生產需要為前提。但在條件允許的情況下，應適當降低終點溫度。終點溫度高，爐渣的過熱度高、渣稀、流動性好，不利于濺渣。為保證濺渣效果，勢必延長濺渣時間。另外，溫度高時低熔點的濺渣層容易熔化脫落，特別是對FeO含量較高的濺渣層更為重要。降低終點溫度是轉爐進一步摸索的重點，出鋼溫度需穩定在1620℃～1640℃。

所以，控制爐渣FeO含量和溫度是穩定濺渣層的基礎。

2.2 優化濺渣工藝參數

優化濺渣工藝參數，在提高熔池濺渣護爐效果同時，有效減少爐口及爐身積渣層過厚現象，保證轉爐爐型和爐體安全穩定性。科學合理的爐型，對于供氧制度的優化實施非常有利。轉爐冶煉過程是在高溫條件下進行的物理化學反應，反應條件的創造決定了轉爐冶煉的過程控制及終點控制的好壞，而反應條件就在于熱力學條件和動力學條件，二者是相輔相存的，確定轉爐最佳爐型，就是給轉爐冶煉創造最佳的動力學條件。

為了在盡可能短的時間內將爐渣均勻濺到整個爐襯表面而形成足夠厚度的致密濺渣層，必須控制好濺渣操作手段，即根據爐型尺寸，來控制氮氣壓力和流量、槍位等。

（1）氮氣壓力與流量：理論來說，當氮氣壓力和流量與氧氣工作壓力和流量接近時，可取得較好濺渣效果。

轉爐氮氣開吹總管壓力1.7MPa～2.1MPa，工作壓力1.4MPa～1.6MPa，流量27000m3/h～30000m3/h。

（2）槍位：槍位是非常重要的參數，它直接影響轉爐各部位的濺渣量。濺渣時槍位控制要根據爐渣的流動性和所要濺的部位而定。同時濺渣槍位將影響濺渣時間和效果。濺渣時槍位控制要根據爐渣的流動性和所要濺的部位而定。濺渣槍位將影響濺渣時間和效果。對于流動性較強的爐渣（爐渣FeO含量、溫度較高），前期的槍位控制主要以加速爐渣的稠化為目的，因為此時的爐渣即使濺到爐襯上也粘結不上；當爐渣稠化到一定程度時，再降低槍位增加N2射流的動力，這樣既可縮短濺渣時間，又可提高濺渣效果；對于流動性適中的爐渣或稠渣，則將槍位調整到使爐渣產生最大功能的位置（這一高度可以通過爐口渣粒的密集程度和大小來確定），一般爐口有火光出現，爐口渣粒較稀，較小或沒有，說明爐渣較稀。

在具體濺渣槍位的操作中，槍位較低時，沖擊爐渣面積小，沖擊深度大，供給大部分能量用于穿透和攪拌渣池，濺起的渣量小，渣滴能量小。槍位過高則射流速度會減小，使其沖擊強度降低，同樣濺起的渣打量小，渣滴能量小，無法濺到爐膛上部。合適的槍位應為：H/D=0.5-0.7

H：噴頭據離爐底距離；D：熔池直徑。

對于流動性較強的爐渣或稀渣（爐渣FeO含量和溫度較高），前期的槍位要高，控制主要是以加速爐渣的稠化為目的，因為此時的爐渣即使濺到爐襯上也粘結不上；當爐渣稠化到一定程度時，再降低槍位，增加氮氣射流的動力，這樣既可縮短濺渣時間，又可提高濺渣效果。

結合到車間實際情況，濺渣前30s，是爐渣的孕育期，槍位適當高一些（2～2.5米），然后槍位逐漸下降，仔細觀察爐口爐渣跳射狀況，可以上下調整槍位（范圍在1.5m～2m），促使轉爐各部位均有濺渣層，發現爐底有上漲趨勢，濺渣槍位則采用低槍位操作（范圍在1m～1.5m）。

2.3 爐內合理的留渣量

合理的留渣量是濺渣護爐的重要參數。因為過少的留渣量會影響濺渣層的厚度和均勻性，尤其上部不均勻，甚至濺不上渣。相反過多留渣量會造成爐口粘渣、爐膛變形、爐底上漲，且浪費濺渣料，增加成本。

優化濺渣工藝參數，在提高熔池濺渣護爐效果同時，有效減少爐口及爐身積渣層過厚現象，保證轉爐爐型和爐體安全穩定性。科學合理的爐型，對于供氧制度的優化實施非常有利。轉爐冶煉過程是在高溫條件下進行的物理化學反應，反應條件的創造決定了轉爐冶煉的過程控制及終點控制的好壞，而反應條件就在于熱力學條件和動力學條件，二者是相輔相存的，確定轉爐最佳爐型，就是給轉爐冶煉創造最佳的動力學條件。

3 結語

通過優化轉爐濺渣工藝，轉爐爐體安全穩定運行，熔池未出現侵蝕擴徑現象，爐殼溫度穩定，每月熱換包平均5次，影響鋼產量增加，因濺渣護爐效果明顯，爐型穩定，大面料補爐磚消耗降低，同時延長了爐體使用壽命。