轉爐的渣殼控制方法
2023-06-07 08:09:36
專利名稱：轉爐的渣殼控制方法
技術領域：
本發明涉及延長轉爐耐火物壽命的渣殼控制方法，更詳細地說是涉及防止形成渣殼的渣在吹煉中流出的渣殼控制方法。
最近，轉爐爐容不斷擴大，操作條件越來越嚴酷，為提高生產率和降低成本，延長爐體壽命作為重要的課題被提出來，為解決這一嚴峻的課題，以往曾採取種種對策。
在這當中，作為試圖用渣延長轉爐耐火物壽命的技術，已知有以下兩種方法。
第一種方法是提高吹煉過程中渣中CaO、MgO的濃度，以抑制耐火物溶失的化學方法。
另一種已知方法是，在吹煉結束後，向殘留的渣內吹入混有固化材料、磚屑等的混合物(以下稱作塗渣)，再通過傾動爐體，使其溶化附著在爐壁型或爐底砌體表面的方法(稱作渣殼法，將熔化附著的層稱作渣殼層)。
就抑制耐火物損耗的效果而言，前者主要是抑制化學成分的熔化，後者則主要是通過減輕對耐火物的熱負荷來抑制熱剝落。其中，為延長轉爐砌磚的壽命，降低砌磚急劇損耗是特別重要的，因此有必要抑制熱剝落。
作為抑制這種熱剝落的方法，過去提出了多種方法。
例如在特開昭61-157610中，揭示了以下方法，即將固化材料添加到轉爐內的殘留渣中之後，在轉爐內壁面構成渣殼，接著對渣殼層進行強制冷卻。但是該方法因為對下一爐次長時間的高溫吹煉，並且渣本身也變為高溫，所以有以下缺點渣溶化流盡，使渣殼層不能保持。
特開昭61-56223號是採用以下方法使渣殘留在轉爐內，然後通過頂吹噴槍吹入氣體，使渣飛散而附著在轉爐內壁面上。
該方法在爐渣粘度低的場合能良好地飛散附著，但在後續爐次的吹煉時熔盡。相反，在渣的粘度高的時候，因為渣的飛散不充分，所以具有在轉爐內壁面上附著量不足這樣的缺點。
特公昭62-24490號的方法是，在不進行脫P、脫S的轉爐吹煉中，在吹氧停止時控制渣的組成為CaO/SiO2＝1.6～2.5、MgO/CaO＞0.25、SiO2/(CaO＋MgO＋SiO2)≥0.25。該方法通過SiO2/(CaO＋MgO＋SiO2)≥0.25而使渣的附著得到改善，但是存在有到達後續吹煉之後不能殘留渣殼層的缺點。
特公平2-2992號的方法是在高鉻熔煉轉爐中於吹氧前加入鉻礦石，使渣中的Cr2O3組分成為30-50％。由於該方法控制吹煉中渣的組成，所以具有以下缺點渣的流動性提高時渣化性變好，但渣殼性能變差，另外當渣的流動性降低渣殼性能良好時，則渣化性變差。
特公昭62-13407號的方法是向轉爐內殘留的渣中通過熔化噴射吹入以MgO作為主成份的粉末耐火物而形成渣殼。但採用該方法時吹入需要時間，所以不能適用於出鋼間隔短的鋼。
特公昭61-59364號採用向轉爐內殘留的渣中投入100-200mm的塊狀鹼性耐火物，使其靜止、固化15分鐘以上進行補修的方法，適用於對產生剝落等局部異常損傷的部位進行補修，但不能對耳軸部位進行補修。
另外在特開平2-111810號中揭示了這樣一種方法為防止出鋼時上浮到鋼水表面上的渣與鋼水一起由轉爐內流出，保持渣中的固相組分比率為30％以上。該方法是防止渣混入出鋼鋼水中使鋼水質量降低，但該方法具有這樣的問題過度壓低渣的流動性時會導致出鋼障礙。
因此，在吹煉過程中那樣長的時間並且使鋼水直接流動時，全都不能利用渣殼法。
本發明就是為解決上述問題，提出了一種渣殼控制方法，其目的是在轉爐爐底和/或爐壁上施加渣殼的場合，即使是在渣組成變動的情況下，也能通過抑制吹煉中的渣殼層的流失以維持塗渣的保護效果直至出鋼時刻，從而延長轉爐耐火物的壽命。
本發明人為解決上述課題，在進行流動性試驗並加以研究的時候，發現渣流動的臨界溫度和液相體積比例之間具有強的相關性。
這裡所說的液相體積比例，是以其成分組成為基礎，相對各溫度下析出的固相平衡的殘留液相的體積比例。
本發明是一種轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，在轉爐出鋼後使渣殘留在轉爐內，採用向其中加入渣固化材料的塗渣方法，將渣施加到轉爐爐底和/或爐壁上時a)調查出鋼時渣的組成，b)針對該渣的組成，利用熱力學數據進行平衡計算，求出後續爐次在預定出鋼溫度下塗渣的液相體積比例成為40％以下的每單位重量部分的渣的固化材料必要量，c)由上述固化材料必要量和轉爐內殘留的渣量決定固化材料的投入量。
另外，本發明是一種轉爐渣殼控制方法，其特徵在於，在上述發明中渣中的Al2O3為2％以上的場合，使用白雲石作為固化材料，相對於單位重量部份的渣按下式決定其投入量。
W≥[K1＋K2×(％Al2O3)－K3×(％Al2O3)2]/(100－I)式中W白雲石投入量(重量份)I所用白雲石的熱燒損量(％)％Al2O3Al2O3的重量％K1、K2和K3常數，K1＝35，K2＝7.5，K3＝0.2附圖的簡要說明
圖1是表示渣的表觀粘度與溫度關係一個例子的曲線圖。
圖2是表示氧化鋁重量比例與白雲石投入量關係的曲線圖。
圖3是表示相對於爐次所測定的砌磚殘餘厚度推移情況的曲線圖。
本發明人針對塗渣殘留在轉爐內直到吹煉終了後的情況，以及中途由爐壁或爐底剝離、溶失的情況，調查了這一差別產生的原因。
為調查該原因，針對合成渣與轉爐渣，在研究作為流動性指標的渣的表觀粘度和溫度的關係時，觀察到下述特徵現象。
即，隨著溫度降低粘度逐漸升高，在某一溫度以下粘度急劇上升。該溫度因渣而異，以下將該溫度稱為″臨界溫度″。
表1列出本研究工作所用渣的組成，以及各渣的臨界溫度和該溫度範圍內渣中的液相體積比例。渣A-C是改變鹼度(CaO/SiO2)、MgO含量情況的合成渣，而渣D-F是轉爐渣。
作為流動性的指標，測定渣A的表觀粘度並示於圖1中。該場合下，在1450℃和1475℃之間具有渣的流動臨界點。
進一步研究表觀粘度急劇變化的機制時，發現表觀粘度與在測定溫度下的渣中的液相體積比例和臨界溫度之間，不管渣的組成範圍如何均有著密切的關係。
由表1可知，雖然臨界溫度因渣而異，但液相體積比例均為30％左右。
表1
此現象被認為是由下述原因引起的，即，渣的溫度降低時，因固相以懸浮在液相中的形態逐漸析出液相比例降低，所以粘度逐漸上升。到達臨界溫度時，固相和固相呈直接接觸，使粘度急劇上升。
將此情況置換到轉爐中的渣殼加以考慮。在轉爐吹煉中，渣殼層的溫度一旦超過臨界溫度，則因塗渣的表觀粘度降低，所以渣殼在吹煉中完全熔化，使渣殼層變得不能維持。相反，若控制渣的組成，使得轉爐吹煉溫度在渣的臨界溫度以下，則由於渣的表觀粘度保持在高的狀態，在吹煉過程中渣殼也不會熔失。
在以上認識的基礎上完成了本發明。
在用於實際的轉爐的場合，如果到達出鋼溫度時轉爐內的塗渣的液相體積比例還保留在40％以下，則即使液相體積比例在30％以上，渣殼層也不會流失而被維持作為保護層。據認為，即使此時表面超過臨界溫度，但由於背面臨近耐火物的的部分維持在比臨界溫度低的溫度，所以即使是在吹煉結束後渣殼層也不會流失而得以殘留。但是在液相體積比例超過40％的狀態下繼續操作時，渣殼層會在吹煉中完全流失。為得到更顯著的耐火物保護效果，希望渣的液相體積比例定在30％以下。
此外在轉爐渣的場合，由於固相密度和液相密度大致相等，所以也可以不採用液相體積比例而按重量比例為40％以下進行操作。
控制、管理液相體積比例的方法可按以下這樣進行。首先調查構成對象的渣在出鋼時的組成。然後針對上述渣的組成，求出以何種比例投入固化材料可使出鋼溫度時的液相體積比例限制在40％以下，從而確定固化材料的投入量。
作為管理值的渣的液相體積比例，一般通過以被使用的標準自由能、生成的自由能等熱力學數據為基礎的平衡計算求出。
熱力學計算可利用市售的熱力學計算軟體，例如以Thermo-Cale、MALT2、ChemSage等作為商品名銷售的計算軟體。在裝入這些計算軟體的個人電腦中輸入溫度和渣組成，可計算出該溫度下平衡存在的固相、液相等物質的化學組成和量。由該計算值可知道渣的液相重量比例。由於各個比重均是已知數，便可求出液相體積比例。
另外，液相體積比例也可由從規定溫度急冷凝固的渣的微觀結構解析求得。該方法是將渣在規定溫度下熔化後使其急劇冷卻。在實驗室進行時，水中急冷是簡便的方法。在坩堝中使渣熔化後，將熔渣投入水中急冷。在實際的爐中進行時，將熱容量大的銅製50mm左右直徑的棒浸漬在渣中，直接取出回收附著的渣。這樣可得到急冷的渣。將急冷渣研磨後用顯微鏡觀察其微觀結構。在急冷的轉爐渣的情況下，由於高溫下以液相存在的部份經急冷渣化，所以形成固相分散在渣中的組織。使用立體分析方法求出存在於急冷渣中的固相體積比例，由此可求出液相體積比例。
採用以上的方法，在事前求出在各個渣組成和出鋼溫度時的液相體積比例並製成清單，在操作時根據下一個爐次的渣組成和出鋼溫度確定液相體積比例。
其次，出鋼時渣的組成和出鋼溫度按以下方法確定。
(a)各個爐次的數值由各爐次中輔助原料投入量、吹入的氧量所推定的吹氧停止時渣的組成，或者吹氧停止後經採樣測定的渣組成。
(b)對象轉爐在一般吹煉條件下的值以對象轉爐過去實際操作情況為基礎的平均的渣組成，或以對象轉爐使用計劃為基礎的渣組成。
(c)同一鋼種吹煉時的值用對象轉爐吹煉的各鋼種每一種的平均渣組成。
(d)最近50-100次爐料的平均值使用對象轉爐所得到的最近50-100爐次的平均渣組成。
可以使用通過這些方法所求出的渣的組成。
固化材料的投入在出鋼後或出鋼後並排出一部份渣之後進行。
作為固化材料，除了在生白雲石和輕燒白雲石等白雲石之外，還可使用死燒氧化鎂等。此外，過去排出的渣經測定組成後，該渣也可再利用。
本發明的再一個目的是，在渣中Al2O3重量％(以下記作％Al2O3)即使是高的場合下，在吹煉中抑制轉爐內塗渣的流失，以延長轉爐耐火物的壽命。
在最近的轉爐操作方面，在冷鐵源中使用作為爐屑的廢鐵，因渣的改質等使渣中的％Al2O3比過去變高，所以在用過去的方法進行吹煉的過程中，轉爐內的渣殼層難以維持。
其原因之一是，爐屑中Al成分的水平增高。本發明人通過對轉爐爐底測溫發現，當渣中氧化鋁含量高時，風口周圍的溫度有上升的趨勢。由此推定氧化鋁含量高時引起塗渣的剝離、變薄。
因此，本發明人著眼於渣中氧化鋁含量高時渣的流動和渣中％Al2O3的關係，以及渣流動的臨界溫度和液相體積比例的關係，進行了分析和調查。
結果發現，為施加渣殼的最佳固化材料投入量與％MgO和CaO/SiO2等沒有大的依賴關係，另外通過使用白雲石作為固化材料，並且對應於渣中％Al2O3的變化而改變白雲石的量，就可得到良好的渣殼層，並進行了以下實驗。
圖2示出了在實際的爐子中，固化材料投入前轉爐內渣的殘留量為3噸的情況下，對渣中％Al2O3和塗渣殘留狀況進行調查的結果。其中，渣殼層的殘留狀況用以下方法判別觀察在生鐵水倒入前施加的渣殼層在一次吹煉終了進行出鋼時是否附著在轉爐爐底。無論固化材料是生白雲石還是輕燒白雲石，根據渣中的％Al2O3改變固化材料的投入量，以使渣殼構成良好。
這次所使用的生白雲石和輕燒白雲石的燒損量分別為46％、3％，但二者使渣殼層殘存附著構成良好時投入量的區別，可按熱燒損量的不同統一的加以處理。然後對於渣中％Al2O3為2％以上的渣的單位重量份可按以下所列式(1)確定白雲石的投入量。
W≥[K1＋K2×(％Al2O3)－K3×(％Al2O3)2]/(100－I)…(1)式中W白雲石投入量(重量份)I所用白雲石的熱燒損量(％)％Al2O3Al2O3的重量％K1、K2和K3常數，K1＝35，K2＝7.5，K3＝0.2控制，管理白雲石投入量的方法按下述進行。首先調查作為對象的渣在出鋼時的組成。其次將Al2O3為2％以上時渣組成中的％Al2O3代入上述計算公式，根據計算結果確定實際的白雲石投入量W。
只要投入按上式求得的白雲石量W，即可使塗渣不流失，保持其作為保護膜的效果。若白雲石的投入量不足，則因塗渣中％Al2O3濃度升高，流動性增大，結果塗渣在吹煉當中全部流失。
白雲石固化材料的投入，在出鋼後或出鋼後並排出部分渣之後進行。作為固化材料投入的白雲石，可用生白雲石、輕燒白雲石等一般的白雲石。
作為吹煉用的鐵源不必全部用鐵水，部分地混有爐屑或由轉爐工序以後的制鋼工序中產生的渣的生鐵塊等含Al和/或％Al2O3的廢屑也可使用。廢屑的使用量不限，不過最好是在15％以下。
此處的另一課題是在渣中氧化鋁含量高的場合下，試著考查渣流動的臨界溫度和液相體積比例。渣中％Al2O3增加時，渣的表觀粘度發生急劇變化的溫度降低，液相體積比例變高使渣的流動性增加，可推定產生塗渣的熔化和流失。
向渣中投入作為固化材料的白雲石，可以使液相體積比例降至40％以下。
另外，本發明可用於底吹或頂底複合吹煉的轉爐。
實施例1在230t(噸)的純氧底吹轉爐中實施本發明的渣殼。首先，在出鋼後排渣時殘留3t渣。由於下一爐次的鋼水全部使用生鐵水，所以Al2O3低達1.2％(重量)。出鋼溫度在1580℃-1650℃的範圍內。
通過成為對象的轉爐試驗，使所有爐次中下一爐次的出鋼溫度下的塗渣的液相體積比例成為40％以下。作為操作方法，渣組成使用類似操作條件下的平均渣組成。使用生白雲石作為固化材料。固化材料的投入量通過利用熱力學數據的平衡計算，按預定出鋼溫度下塗渣的液相體積比例為40％以下的條件求出。根據計算結果，投入量為2.5T-3.5T。
將上述固化材料構成渣殼，出鋼後測定砌體的殘餘厚度。由於耐火物的損傷以爐底砌體為最大，所以測定爐底砌體的殘餘厚度來評價損傷抑制效果。測定爐底殘餘厚度的變化，求出每一爐次的損傷量，得到每-爐次的損傷量為0.45mm/爐次。
實施例2在230t純氧底吹轉爐中實施本發明的渣殼。在出鋼後排渣時殘留3t渣。作為鐵源使用平均95％的生鐵水和5％的廢鐵。由於在廢鐵中使用了生成Al2O3的爐屑和鐵水包殘留生鐵塊，所以生成的渣中Al2O3含量很高，達3.0-8.7％(重量)。出鋼溫度範圍為1590℃-1650℃。在下一爐次的出鋼溫度下塗渣的液相體積比例為40％以下。使用輕燒白雲石作為固化材料，由於％Al2O3高，按計算公式求出投入量，投入2t-3t輕燒白雲石。
測定爐底砌體殘餘厚度的變化，求出每一爐次的損傷量時，得到的損傷量為0.47mm/爐次。
比較例1在230t的純氧底吹轉爐中實施與實施例1同樣的渣殼。在出鋼後排渣時殘留3t渣。由於下一爐次的鋼水全部使用生鐵水，所以Al2O3低達1.2％(重量)。出鋼溫度範圍為1580℃-1650℃。通過構成為對象的轉爐試驗，在所有爐次中，下一爐次的出鋼溫度下塗渣的液相體積比例都在65％以下，沒有滿足40％以下的爐次。使用生白雲石作為固化材料，投入量低達1t-2t。
測定爐底砌體殘餘厚度的變化，求出每一爐次的損傷量，得到的損傷量為0.84mm/爐次。
比較例2在230t純氧底吹轉爐中實施與實施例1同樣的渣殼。在出鋼後排渣時殘留3t渣。使用平均95％的生鐵水和5％的廢鐵作為鐵源。由於廢鐵中使用了生成Al2O3的爐屑和鐵水包殘留生鐵塊，所以生成的渣中Al203含量非常高，達3.0-8.5％(重量)。出鋼溫度範圍為1590℃-1650℃。下一爐次的出鋼溫度下塗渣的液相體積比例變成為40％以下。使用輕燒白雲石作為固化材料，儘管Al2O3量很高，但輕燒白雲石的投入量仍按通常的方法進行，為0.5t-1t，與本發明相比非常少。
測定爐底殘餘厚度的變化，求出每一爐次的損傷量為0.85mm/爐次。
圖3示出了本發明實施例和比較例爐底砌體殘餘厚度的變化情況。曲線1和2表示本發明的實施例，曲線3和4為比較例。曲線1和2與曲線3和4相比，在同一爐次數下殘餘厚度較大，可看出對耐火物損耗的抑制。此外，在出鋼結束、下次生鐵水裝入之前，觀察爐底和爐壁的塗渣殘留狀況，在實施本發明的場合下，看不見因施工留下的多個砌磚之間的縫隙，塗渣充分地殘留。與此相反，在比較例的場合，則明顯地辨認出砌磚間的縫隙，在吹煉中塗渣流失，砌體明顯地直接暴露在鋼水中。
這樣，本發明的渣殼方法的顯著效果得到確認。
使用本發明抑制了轉爐爐底和/或爐壁的塗渣流失，大幅度延長耐火物的壽命，降低了轉爐作業的成本。
權利要求
1.轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，轉爐出鋼後使渣殘留在轉爐內，採用向其中加入渣固化材料的塗渣方法，將渣施加到轉爐爐底和/或爐壁上，為此a)調查出鋼時渣的組成，b)針對該渣的組成，利用熱力學數據進行平衡計算，求出後續爐次在預定出鋼溫度下塗渣的液相體積比例成為40％以下的每單位重量份的渣所需要的固化材料量，c)根據上述固化材料需要量和轉爐內殘留的渣量確定固化材料的投入量。
2.權利要求1所述的轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，上述液相體積比例為30％以下。
3.權利要求1所述的轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，上述固化材料是生白雲石、輕燒白雲石、死燒氧化鎂或排出過的渣。
4.轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，權利要求1中渣內的Al2O3為2％以上的場合，使用白雲石作為固化材料，對於單位重量份的渣，按下式確定白雲石的投入量W≥[K1＋K2×(％Al2O3)－K3×(％Al2O3)2]/(100－I)式中W白雲石投入量(重量份)I所用白雲石的熱燒損量(％)％Al2O3Al2O3的重量％K1、K2和K3常數，K1＝35，K2＝7.5，K3＝0.2。
5.權利要求1至4中任一項所述的轉爐渣殼的控制方法，其特徵在於，轉爐是底吹或頂底複合吹煉轉爐。
全文摘要
本發明的轉爐渣殼的控制方法是在出鋼後使渣殘留在轉爐內，將已加有渣固化材料的塗料塗布於轉爐爐底和/或爐壁上。藉此可延長轉爐耐火物的壽命。該方法包括確知出鋼時渣的組成，求出下一爐每單位重量分渣所需要的固化材料量，根據上述固化材料需要量和轉爐內殘留的渣量確定固化材料的投入量。
文檔編號F27D1/16GK1125772SQ9510404
公開日1996年7月3日 申請日期1995年3月24日 優先權日1994年3月24日
發明者高橋克則, 前田榮造, 鈴木一, 山田純夫, 中澤大地, 今飯田泰夫 申請人:川崎制鐵株式會社