50 t转炉炉底上涨的原因分析及控制措施

2022-01-24孔保建徐建忠夏振东刘海涛

山西冶金 2021年5期

张龙，孔保建，徐建忠，夏振东，刘海涛许进

（江苏长强钢铁有限公司，江苏泰州 214532）

长强钢铁炼钢厂（以下简称我厂）现有2座顶底复吹转炉，每年可生产150万t合格连铸坯、80 t棒材。随着生产水平的提高和溅渣护炉技术的应用，我厂转炉炉龄从10 000炉左右上升至23 000多炉，炉龄显著提高。但是，在生产过程中经常遇到炉底上涨的问题，严重时炉底上涨达650 mm，给转炉吹炼带来了诸多不利影响，尤其在冶炼前期容易发生爆发性喷溅，使得中期炉渣返干，导致氧枪烧枪，进而造成钢铁料消耗居高不下。针对这种状况，通过结合实际生产情况，有效分析了转炉炉底上涨的原因，并采取了相应控制措施。

1 炉底上涨的原因分析

1.1 炉渣碱度大，w（MgO）高

溅渣护炉工艺[1]首先将熔渣中的w（MgO）调整到饱和或过饱和状态，然后利用高压氮气吹溅炉渣至炉衬表面，通过化学烧结和机械镶嵌的方式黏结在炉衬表面，形成溅渣层，其耐蚀性较好，同时可抑制炉衬砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温渣对炉衬砖的侵蚀冲刷，从而保护炉衬砖，降低耐火材料损耗速度，进而达到提高转炉炉龄的目的，溅渣护炉见图1。

图1 溅渣护炉示意图

目前，炼钢厂冶炼高品质优钢的比例相对较高，约占总产量的75%，转炉终渣情况如表1所示，从表中可得出终渣碱度和w（MgO）较高。当炉渣碱度过高时，熔渣中w（MgO）的饱和度降低，再加上炉渣中w（MgO）较高，在出钢后熔渣温度迅速降低，容易析出MgO晶体，与此同时，高熔点的硅酸二钙和硅酸三钙也会析出导致，炉渣黏度增加。对溅渣进行冷却后，部分炉渣附着在炉衬上，剩余部分留在炉底，与底部的镁碳砖方镁石晶体黏结，从而引起炉底上涨[2]。

表1 2020年3—5月转炉终渣成分

1.2 渣料质量不好，化渣困难

当前，炼钢厂转炉车间主要以石灰和轻烧白云石作为渣料，其成分情况如下页表2、表3所示，从表中可以看出轻烧白云石成分相对稳定，但是w（MgO）较低，烧损率较高，导致加料过多，炉渣太过黏稠，从而引起炉底上涨。同时石灰的烧损率相对较高、活性度较低且波动较大，在吹炼过程中石灰很难完全化透，尤其是在冶炼后期常会加入少许石灰进行调温，在倒炉取样时还存在10 mm左右的石灰颗粒，在溅渣护炉结束后黏结在炉底，也很容易引起炉底上涨。

表2 2020年3月轻烧白云石成分 %

表3 2020年3月石灰成分

1.3 炉型不合理

在转炉处于炉役中后期时，炉衬侵蚀较为严重，为此，在生产节奏稍缓时会安排生铁块、大面料和手头料来进行补炉操作，以维护炉况，但时常出现投补过勤的情况。尤其是在采用生铁块补炉时，由于我厂使用加废钢的加料斗，下料的角度和时机难以掌控，生铁块不能均匀平铺在大面且常出现大块黏结的现象，导致炉膛变小，炉型发生变化。随着炉内熔池液面的上涨，枪位也越吹越高，使得氧气射流冲击深度和熔池搅拌强度不够，炉底废钢难以熔化，进而引起炉底上涨。

1.4 终点w（C）控制过高

为进一步提高钢水质量，防止钢水过氧化，炼钢厂严格要求转炉终点w（C）大于0.08%。在冶炼过程中，工作人员为防止w（C）不合格，往往将终点w（C）控制在0.12%以上，有时甚至会超过0.20%，导致化渣不透，倒炉炉渣太过黏稠。在溅渣护炉时，炉渣会迅速凝结成块，同时由于氮气对炉渣的冲击力不够，很难将炉渣吹溅至炉衬表面，冷却后堆积黏结在炉底，引起炉底上涨。

1.5 废钢块度过大及氧枪喷头夹角不合理

炼钢厂在使用自循环的废钢时，考虑到切割成本和加工难度，一般选择的块度都较大，常使用的是大断面的连铸废坯。这些废钢进入转炉后直接下沉黏结在炉底，再加上氧枪采用的是四孔喷头，其夹角为11.8°，导致氧气射流对炉底的冲击强度不够，直至吹炼结束也难以熔化，在出钢过程中能明显看到炉底黏有废钢，循环往复，导致炉底上涨。

2 炉底上涨的控制措施

2.1 降低总装入量，调整废钢块度

为保证转炉熔池内液面高度不上涨，使用定容装入法，适当降低铁水和废钢的装入量，且废钢按上限配，确保氧枪枪位稳定，氧气射流具有足够的冲击深度及搅拌强度，可带动底部金属液参与循环反应，减少熔池底部停滞区。此外，要进一步切割自循环的废坯，保证入炉的单个废坯质量不超过200 kg，促使熔池底部废钢的熔化，进而确保炉底不上涨。

2.2 调整炉渣成分，优化终点控制

调整炉渣结构，降低炉渣碱度和w（MgO），尽量采取全留渣操作，充分利用炉渣去磷的能力，适当减少石灰和轻烧白云石的使用量，控制炉渣碱度在3.2～3.6左右，w（MgO）控制在8%～10%之间。提高工作者操作水平，在冶炼过程中避免中期炉渣返干，努力做到全程化渣。同时，优化终点控制，在确保终点w（P）合格的前提下，尽量将终点w（C）控制在0.08%～0.12%，防止终渣黏稠，造成溅渣困难，黏结炉底。

2.3 加强管理，保持炉型稳定

加强贯彻落实车间测量炉内熔池液面深度和转炉炉底高度的要求，做到每班测量并如实汇报，炉底测量的现场情况如图2所示。操作人员可根据炉衬侵蚀程度和炉底上涨的情况，及时调整氧枪枪位或调节氧气压力。合理投补，在采用生铁块补炉时增加一个副指挥，以便在主指挥调整转炉角度的同时，可以配合指挥行车来调整加料斗的角度，使得生铁块均匀平铺在大面上，提高生铁块补炉效果，保持炉况稳定合理。

图2 炉底测量图

2.4 合理安排冶炼低碳钢种

由于我厂冶炼钢种较多，当炉底上涨程度较高时，车间可以合理安排冶炼低碳钢，如10号钢和09CrCuSb，在终点控制时保证倒炉钢水温度在620～640℃，炉子摇正后停留1～2 min，让过氧的钢水侵蚀炉底。同时，在转炉出钢时要注意观察熔池部位的侵蚀情况，适时调整，防止熔池和炉衬的过多侵蚀。

2.5 兑铁水化炉底

对于炉底上涨比较严重、无法控制的情况，果断采取侵蚀力度较大的兑铁吹炉底方式进行处理。具体操作为：首先向炉内兑入0.8～1 t铁水，同时风机采用高速，氧压调整为0.7～0.8 MPa，开吹枪位控制在下极限以保证铁水充分氧化，待炉内温度升高后，适当提高枪位200～300 mm，通过氧化性极强的炉渣洗刷炉底，使得炉底下降及转炉熔池部位形状趋于正常，同时控制供氧时间在3 min以内，防止时间过长造成炉渣对炉衬的严重侵蚀，影响炉况。