转炉出钢口更换工艺的实践

转炉出钢口更换工艺的实践

1出钢与钢管的主要出钢口转炉的出钢口寿命是转炉精炼的重要指标之一。由于频繁经受高温钢水和高氧化性炉渣的直接侵蚀和剧烈冲刷,加之急冷急热的作用致使出钢口极易破坏。其寿命的长短直接影响到转炉冶炼周期、炼钢生产率和挡渣效果,进而影响钢质量。出钢口的完好度直接控制着转炉下渣量,并对合金收率及后步处理(LFV,RH等)工序带来直接影响。因此,国内外转炉炼钢厂家均将转炉出钢相关技术置于十分重要的位置,并开展了相关研究工作。日本加古川钢铁厂,美国内陆钢公司,国内宝钢、武钢、太钢等出钢口使用寿命都已得到提高。攀钢由于条件所限,1998年4月前一直未能实现出钢口整体更换,而是用人工下钢管于出钢口内,并用人工填料。受填料不实影响,使用寿命极低,平均仅8～11炉;由于对位不准,导致出钢口中心偏离,出钢口角度发生变化,出钢口不规则,出钢时散流严重;下渣量偏大,给后步工序带来极大困难。1998年4月后,随着整体出钢口技术的实现,出钢口寿命、下渣量、合金收率、劳动生产率等得到了极大改善,出钢口使用寿命最高达到了144炉,1998年11月份平均使用寿命达到126.3炉,取得满意的使用效果。本文是试验全过程的总结。2采用转炉法确定钢口材料、角度和尺寸2.1高温高温炉渣加工技术出钢口主要受到:①在装入铁水到出钢过程中,处于高温气体中,受到氧化损毁;②在出钢过程中,处于高温钢流、高温炉渣中,受到磨损、氧化损毁;③受到急冷急热破坏。为适应炼钢工艺发展的需要,自70年代末国内外开始广泛使用MgO-C质耐火材料,以提高出钢口的抗热震性,耐剥落性和抗渣性。因此,将出钢口材质确定为MgO-C质。2.2确定各装置的确定依据转炉出钢口角度直接影响转炉出钢操作和出钢口砌筑。因此,出钢口角度的确定应根据各钢厂的具体情况而定。攀钢炼钢转炉出钢口角度原来一直采用20°,从1995年开始,为了适应转炉用长砖和整体出钢口砌筑的需要,将出钢口角度均确定为0°。既有利于出钢,也方便了出钢口的砌筑。2.3开口的尺寸选择2.3.1出钢口座砖尺寸出钢口座砖的形状和尺寸直接影响出钢口的砌筑和出钢口的镗孔质量,座砖大有利于镗孔,不会出现镗孔过程中座砖破裂,但在没有专有设备的条件下,砌筑较困难;座砖小砌筑方便,但不利于镗孔及出钢口维护。出钢口座砖尺寸的确定如图1所示。在实际砌筑中,为便于人工操作,将此砖分割为5块小砖,并对半剖为10块。2.3.2出钢时间分布不合理第一阶段:根据原用出钢口内孔尺寸而将出钢口内套管砖确定为直孔多节组合式结构,孔径〉120mm。但使用过程中,出钢时间分布不合理,出钢时间偏长。造成出钢温降增大,并影响到转炉冶炼周期,难以适应连铸对转炉炼钢冶炼周期的要求,因此进行了第二阶段的改进。第二阶段:为使出钢时间合理分布,使出钢时间及不同炉龄期适应出钢口的长度,将出钢口内径扩大,长度可调。改进后的出钢口内套砖结构如图2(直孔,孔径〉130mm),3(锥度孔,孔径〉140mm/〉125mm)所示。3试验条件和试验方法3.1磁体砖的物理和化学性质指标出钢口砖理化性能指标如表1,2所示。3.2低碳钢对出钢口的侵蚀严重转炉终渣成分见表3。由表3可见,低碳钢的终渣TFe平均高达21.08%(最高达34.23%),且低碳钢冶炼比例最大,特别是在冶炼08A1系列连铸钢时,终点碳含量极低,终点温度极高,必然加大对出钢口的化学侵蚀和高温冲刷,加速出钢口砖的损毁。3.3钢口材料转炉炉身砌到30层时,在出钢孔位置砌筑4块出钢口外座砖,同时置入分节式组合内套管砖,后砌外出钢口,砌筑示意图如图4所示。3.4出钢口套砖的填充料压实烧结当出钢口使用到出钢时间<3.5min(模铸钢)或<4min(连铸钢)时,需进行出钢口更换。方法为:先清除出钢口冷钢、残渣等,用镗孔机将原出钢口镗通,然后将出钢口套砖用人工置入出钢孔内,并用MgO-C质填充料填实,不动炉烧结。具体步骤为:(1)将内置钢管的整体出钢口套砖或多节组合好的出钢口套砖定点放置于炼钢9m平台,待用;(2)准备镗孔机和浇注料;(3)从炉前平台用镗孔机镗孔,并镗通;(4)用人工装上整体出钢口套砖,并用浇注料填充;(5)不动炉烧结在使用过程中考查整体出钢口状况,使用寿命及下渣情况,并与钢管填料方式进行对照分析。4整体切割法的使用效果4.1出钢口烧烧时间在采用整体出钢口的过程中,跟踪了出钢口整体更换作业时间分布,出钢口在整体更换时,从出完钢到更换结束的时间分布见表4。从表4可见,出钢口烧结占用的时间长,而烧结时间又主要取决于出钢口修补料性能,因此,应改进出钢口浇注料性能,缩短烧结时间。同时其余的作业时间也应有不同程度的缩短,以将出钢口整体更换总时间控制在30min?以内,达到真正实现出钢口快速更换。出钢口整体更换与原钢管填料(下眼)的作业方式对比,单炉计算出钢口整体更换作业时间大大缩短,从1.11min/炉降至0.417min/炉,共缩短时间62.43%。结果见表5。4.2出钢口使用寿命长效率出钢口改进过程及技术措施见表6。1998年5～11月出钢口的使用寿命变化情况见图5。由图5可见,从1998年5月份实施整体出钢口更换以来,随着各项措施的实现和出钢口砖的多次改进,出钢口使用寿命逐月提高,最高达144炉,月平均使用寿命从65.7炉提高到126.3炉,提高40.06%,达到了较满意的使用效果。4.3出钢时间及炉数确定第一阶段(改进前),出钢口采用多节组合式内套砖,内孔直径为〉120mm,由于孔径偏小,导致出钢时间偏长。其出钢时间分布见图6。从图6的出钢时间分布看,出钢时间3～7min的比例占79.72%,出钢时间>7min的比例占20.28%,最长出钢时间达12.33min。按规定,出钢时间>7min时出钢需提高出钢温度。因而,出钢时间偏长的比例偏大,对出钢温降、生产作业率造成较大影响。因此,需尽量减少出钢时间>7min的炉数,就需扩大出钢口内径。第二阶段(改进后),出钢口采用内径扩大为〉130mm的多节组合式内套砖和内径为?〉140/125mm锥度孔的整体式内套砖,其出钢时间分布见图7,8。由图7,8可见,出钢口经多次改进后,出钢时间分布趋于合理,大幅度降低了出钢时间偏长的比例,出钢时间在3～7min的比例控制在85.82%和90%,出钢时间>7min的长时间出钢比例降至14.18%和10%,平均出钢时间也从6.19min缩短到5.35min,缩短13.6%,同时减少了出钢散流现象。4.4出钢时间节点随着出钢炉数的增加,出钢口套砖内径不断扩大,出钢时间逐渐缩短。出钢口内径扩大后,基本消除了刚更换套砖后的7min以上的长时间出钢炉次。4.5钢口更换出钢口后,下渣量得到控制由表7可见,在同等挡渣方式条件下,采用整体更换出钢口后,下渣量减少49.80%,使下渣量得到了明显控制,为后步RH处理创造了良好条件。下渣层厚度频率分布见图9。4.6钒铁与钢管的mn回收率转炉使用整体出钢口后,下渣量得到明显减少,使出钢后钢液的合金收得率得到明显提高,各钢种Si,Mn回收率见表8。由表8可见,Si回收率平均提高2.10%,Mn回收率平均提高1.92%。同时,含钒合金钢中钒铁均按下限配加,使用整体出钢口比使用钢管填料(下眼)节约钒铁约10kg/炉。总之,使用整体出钢口后,在钢液合金化时,各种合金的回收率均得到不同程度的提高。5关于问题和建议5.1调整粒度配比攀钢现行使用的出钢口砖质量还不是最好,需进一步调整粒度配比,适当增大制砖压力,增大体积密度;添加抗氧化剂以增加砖的抗氧化性,达到进一步提高出钢口砖使用寿命的目的。5.1.1出钢口砖的压力出钢口砖的成型工艺有机压成型和等静压成型两种,机压成型由于成型压力一般偏低,且在加压方向上不均匀,体积密度偏差较大,需考虑出钢口砖尺寸。而等静压成型的压力可任意控制,在压力方向上密度分布基本一致,不受出钢口砖尺寸的限制。建议采用等静压成型出钢口砖。5.1.2提高出钢时间出钢口内径大小,直接影响到出钢时间的长短,为控制适宜的出钢时间,必须确定适宜的出钢口内径。攀钢转炉出钢口内径经多次调整,达到了最佳值。内径调整过程为?〉120mm→〉130mm→140〉mm/〉125mm,调整后将4～7min的出钢时间比例由52.45%提高到了81.25%。同时,将>7min需提温出钢的炉次比由20.28%降到了10%,平均出钢时间也由6.19min缩短至5.35min。出钢口内孔形状由直形孔改为锥度孔,使用寿命无明显变化,但克服了直孔出钢口砖出钢时钢流速度大、紊流大,易导致下渣的缺点,使出钢时钢流圆满,不散流,避免了出钢过程中钢水二次氧化,同时减少了下渣量。5.2机械安装施工速度慢现在出钢口镗孔后的整体出钢口安装是用人工进行,安装速度较慢,且安装质量不能完全保证,因此,有待进一步改为机械安装。建议增设镗孔头扦杆,将出钢口整体套砖套在扦杆上,对位后自动装入出钢口内。5.3提高注射材料的性能，缩短喷射时间，直接影响喷射时间的长度短,浇注料性能差,则浇注填充不实,气隙多,易“穿钢”,同时烧结时间也长,影响生产节奏。因此,应引进、开发性能优良的出钢口浇注料。5.4内固定钢口的砖块为进一步提高出钢口寿命,将出钢口座砖做为整体,实现一次安装,但还需做大量工作。6提高了钢质量和生产率(1)全面实现整体出钢口更换后,出钢口使用寿命平均达到126.3炉,最高达144炉,平均更换时间降低了62.43%。(2)使用整体出钢口后,为挡渣出钢创造了良好条件,下渣量减少4