文章来源:本站 发布时间:2020-3-30 浏览量:
本文由四川德润钢铁集团有限责任公司遂宁基地(四川省射洪川中建材有限公司)董事长林天德、厂长曾利平联合撰写。
Consteel电炉是20世纪90年代发展起来的炼钢技术。它的主要特点是大留钢量、平熔池冶炼、钢铁料连续输送、连续预热,炉内熔池则不断快速融化炉料,使炉内金属料始终保持液态,具有高效的冶炼节奏。由于其将环保和废钢预热很好的结合起来,近几年Consteel电炉在国内取得了蓬勃的发展。
电炉炉龄是电炉炼钢生产的主要技术经济指标之一,是电炉工艺操作水平最直观的体现。Consteel电炉的快节奏冶炼特点,对电炉的炉龄提高提出了更高的要求。四川冶控集团基地公司75吨Consteel电炉自投产以来,就意识到提高炉龄的重要性,一直致力于炉龄攻关工作,炉龄自投产初期的200多炉,逐步稳步提高到目前的700炉以上,提高了设备作业率,降低了电炉整体冶炼成本。
一、电炉耐材侵蚀机理分析
电炉工作层耐材由熔池渣线镁碳砖、炉底捣打料、出钢口砖三大部分组成。炉龄主要由渣线镁碳砖残余的长度和捣打料的情况决定的,充分认识其侵蚀机理并采取相应措施是提高炉龄的关键。
(一)熔池渣线镁碳砖侵蚀机理
渣线镁碳砖长时间经受高温钢液和炉渣的浸泡、冲刷,受到炉渣的物理渗透和化学侵蚀非常严重。
1、物理作用。
废钢连续加入时的冲击,高速氧气射流和熔池中钢液作用产生的剧烈反应,熔渣快速的流动都会对耐材产生强烈的冲击、磨损和冲刷。钢液的高温使耐材受热膨胀、剥落,电弧的高温辐射,使耐材融损,这是炉衬耐材侵蚀损毁普遍存在的因素。
2、化学作用
电炉冶炼是在一个强氧化性气氛中进行的,高温氧化会脱除镁碳砖中部分碳,致使砖体工作面显微结构松动脆化,在烟气、高温钢液的流动冲刷下剥落而被侵蚀,损毁。
电炉渣中(FeO)对镁碳砖炉衬起着主要的侵蚀作用,即:渣中(FeO)与镁碳砖中石墨碳反应,镁碳砖表面形成1-2 mm厚的脱碳层,同时脱碳后形成气孔。
(FeO)+ C=Fe + CO↑
熔渣从气孔渗入,渣中(FeO)和气孔旁的MgO大晶粒反应形成MgO-FeO固溶体,进一步解体成小晶粒。渣中(FeO)和MgO、CaO反应生成CaO、MgO、SiO2和3CaO、MgO、2SiO2等低熔点的固溶体,加速了炉衬的融损。
(二)炉底捣打料的侵蚀机理
电炉的炉底捣打料经过烧结成型后形成一个致密的整体,一直处于废钢的冲击和高温钢液浸泡、冲刷的恶劣条件中,因此要求捣打料具有良好的抗氧化、抗冲刷、抗热震性。
捣打料烧结层体积随温度变化而产生较大变化。由于电炉设备生产的连续性不如转炉,在设备检修,更换出钢口等停炉状态下,裸露的炉底很快就会冷却产生收缩而出现裂缝,重新生产时,钢水渗入缝隙中,温度升高时,炉底捣打料体积膨胀,炉底容易分裂甚至整块剥落,局部出现凹坑,影响炉衬整体寿命。
二、提高电炉炉龄的主要措施
根据Consteel电炉“平熔池连续冶炼”的工艺特点和炉衬侵蚀的机理,主要采取了如下措施来提高电炉的炉龄。
(一) 优化砌筑工艺
1、炉门口的镁碳砖是电炉炉衬闭环砌筑的薄弱点。镁碳砖在经历冶炼高温后会产生较大的热膨胀,在炉门口区域集中释放,会使镁碳砖拱起,掉砖。同时因为炉门氧枪的作用,炉门口镁碳砖侵蚀较快。为此在砌筑炉门口镁碳砖时,添加部分高温结合材料,预留1-2 mm砖缝,满足镁碳砖之间的膨胀空间,消除热膨胀影响。同时将炉门口镁碳砖的长度由500mm增加至600mm,达到与其他部位镁碳砖寿命同步。
2、针对2相热区渣线镁碳砖侵蚀较快的问题,采取镁碳砖加长100mm的措施,达到寿命同步的目的。
3、炉底捣打料严格砌筑工艺,铺垫捣打料之前仔细清理炉底钢渣,杂物。铺垫捣打料时分层施工,每层施工厚度不超过150-200mm,用打结震动工具从周边到中心呈螺旋状反复捣打5遍以上,控制炉坡角度不超40度。捣打好后用钢钎插入检查,以钢钎插入深度不超过30mm为合格。
(二)优化炉壁氧枪安装位置及炉壁碳枪安装位置
炉壁氧枪是电炉冶炼的主要供氧设备,通过对炉壁氧枪、碳枪安装位置的分析研究,原炉壁氧枪安装位置偏高,安装角度不合理,造成氧气利用率低,使用中炉渣中氧化铁含量升高,造成炉壁氧枪出口周围镁碳砖侵蚀严重。炉壁碳枪安装角度不合理,造成碳粉利用率低,泡沫渣效果不好,弧光对炉衬侵蚀较严重。
根据每个炉衬下来后实际侵蚀情况,结合现场观察冶炼过程,对炉壁氧枪,炉壁碳枪安装位置及安装角度进行优化调整。优化后氧气利用率提高,碳粉消耗降低,泡沫渣效果更好,炉壁氧枪出口镁碳砖侵蚀与其他部位同步。
(三)优化调整冶炼工艺
1、调整优化辅料结构。
(1)使用石墨碳球配碳。按吨钢8-10kg加入避免钢水过氧化以降低渣中(FeO)含量。
(2)使用镁球代替白云石来提高炉渣碱度。按吨钢7-8kg加入,保证渣中MgO含量在8-10%,减少镁碳砖中MgO向渣中转移。
(3)采用石墨碳粉造泡沫渣。石墨碳粉抗氧化,在渣中保持时间长,泡沫渣持续时间长,泡沫渣效果更好。
2、优化造渣工艺。电炉送电后,及时开启碳枪喷碳并加入第一批渣料。渣料中加入300kg镁球(总加入量的一半)和300kg石墨碳球,迅速提高炉渣碱度,降低渣中氧化铁含量,快速造好泡沫渣使冶炼进入Consteel状态,保持全程泡沫渣操作。石灰采用少批量多批次加入,原则上石灰分5批加入,每批次不超过700kg,保证石灰充分熔解。控制好石灰加入时间间隔,在加入量完成75-80% 时,最后一批石灰加完,将余下的一半镁球加入,保证终渣碱度在2.5-3.0之间。
3、优化供氧制度。氧枪流量控制及氧枪枪头选择不合理,氧气利用率低,氧气穿透力不够,造成渣中氧化铁含量偏高,熔池不够活跃,冶炼节奏偏慢。针对冶炼的实际情况,结合原料情况,确定合理供氧强度,重新选定氧枪的枪头流量,保证氧气射流穿透力和氧气利用率。
氧枪马赫数 | 峰值流量(Nm3/h) | 出口压力(MPa) | 总峰值流量(Nm3/h) | 吨钢氧耗(Nm3) | ||
炉门氧枪 | 炉壁氧枪 | 炉门氧枪 | 炉壁氧枪 | |||
2.0 | 2600 | 1900 | ≥1.07 | ≥0.92 | 4500 | 30~32 |
4、严格开新炉工艺操作。开新炉时先用料罐加料,料罐加三次料,每次料罐加料前适当烘烤炉体。启动水平加料前温度升到1600度烘烤炉体30分钟左右,启动水平加料后正常装入量加够后,温度升到1650度以上烘烤炉体30分钟,整个开新炉时间控制在210 分钟左右。
三、实施效果
通过优化砌筑工艺,造渣辅料改进,冶炼工艺优化,调整氧枪等措施,出钢后炉壁挂渣良好,炉衬侵蚀均匀并且侵蚀缓慢,喷补时间和喷补频率明显减少,仅在交接班更换热接电极时的生产间隙进行喷补,炉衬寿命稳步提高。全部使用低碳废钢原料在Consteel电炉冶炼条件下的炉龄可以达到700炉以上的水平,换炉频率由原来两个月换5-6次变为现在2个月换3次,提高了电炉的生产作业率,降低了工人的劳动强度,同时也降低了冶炼电耗及吨钢耐材消耗,提高了钢铁料回收率,降低了炼钢生产成本,取得了较好的经济效益。
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