鈦精炮泥在馬鋼4000m3高爐的應(yīng)用

范慶鋼

(馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼煉鐵總廠北區(qū)A高爐于2007年2月開(kāi)爐投產(chǎn)，現(xiàn)已處于爐役后期，由于2019年元月4日鐵口泥包突然脫落，較長(zhǎng)一段時(shí)間鐵口深度不夠、維護(hù)比較困難，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。高爐實(shí)施鈦球護(hù)爐、堵風(fēng)口、降冶強(qiáng)等措施，改變高爐鐵口維護(hù)困難的現(xiàn)狀，并于元月6日利用鈦精炮泥在A高爐進(jìn)行了試驗(yàn)并取得了一定效果。

1 鈦積物的形成及護(hù)爐機(jī)理

有針對(duì)性的對(duì)近期使用的炮泥進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，在炮泥中添加了更容易漲鐵口的高純含鈦原料，高純含鈦原料添加到炮泥中，改善了炮泥的漲鐵口性能。炮泥中引入含鈦原料達(dá)到易漲鐵口，降低鐵口區(qū)域爐缸溫度，保護(hù)鐵口區(qū)域爐缸磚襯的目的，其原理與高爐添加鈦礦、風(fēng)口喂絲等措施護(hù)爐原理相似，護(hù)爐物質(zhì)TiO2在高溫熔融渣鐵中與C和N反應(yīng)生成TiC(熔點(diǎn)3150℃)和TiN(熔點(diǎn)2950℃)以及Ti(C,N)，其中TiC、TiN和Ti(C,N)在沉降中富集成長(zhǎng)。鐵水中生成的Ti(C,N)易于向爐缸側(cè)壁及爐底移動(dòng)聚集，Ti(C,N)及其附著物在爐缸侵蝕點(diǎn)累積并粘結(jié)，直至這一點(diǎn)溫度恢復(fù)正常，從而達(dá)到護(hù)爐的目的[1]-[2]。

含鈦物料用量大，護(hù)爐有效成分TiO2被稀釋，大部分隨爐渣排出爐外，有效利用率降低，能達(dá)到護(hù)爐所需的時(shí)間較長(zhǎng)，而且不能快速修復(fù)鐵口區(qū)域爐缸異常侵蝕部位[2]。而添加高純高鈦原料的炮泥形成穩(wěn)定的泥包，泥包中的TiO2在高爐冶煉過(guò)程中與C和N反應(yīng)生成熔點(diǎn)達(dá)3000℃以上的TiC、TiN及Ti(C,N)彌散在渣鐵中， TiC、TiN和Ti(C,N)在沉降中富集成長(zhǎng)，由于爐缸內(nèi)部耐火材料被侵蝕后形成凹坑，凹坑處冷卻強(qiáng)度大且溫度低，鐵水流動(dòng)平緩，因此就會(huì)殘留以Ti(C,N)為主的高熔點(diǎn)、耐侵蝕的鈦沉積物，并逐步形成導(dǎo)熱系數(shù)小、耐侵蝕性能好的鈦積物耐磨保護(hù)層，從而起到保護(hù)爐缸及鐵口區(qū)域附近爐墻的作用，進(jìn)而達(dá)到降低鐵口區(qū)域爐缸側(cè)壁溫度的目的，延長(zhǎng)高爐爐缸和爐墻的使用壽命[3]。這種方法適用于在高爐爐缸鐵口及鐵口區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)局部侵蝕時(shí),可以把含鈦物料按一定的比例加入炮泥中，使之隨炮泥打入鐵口區(qū)，從而在鐵口區(qū)形成鈦的碳氮化合物，有效的保護(hù)鐵口區(qū)爐襯。實(shí)踐表明，炮泥中的含鈦物料可以還原到鐵水中，并在鐵水和炮泥接觸部位生成較多的鈦的碳氮化合物，這些高熔點(diǎn)化合物和渣鐵焦形成積層，起到保護(hù)鐵口區(qū)爐襯的作用[4]，這種方法不會(huì)使?fàn)t渣及鐵水中鈦含量升高，也不會(huì)影響渣鐵水粘度使渣鐵水粘度升高產(chǎn)生爐缸堆積，而且這種方法靈活性較大，可以長(zhǎng)期使用、短期使用，也可以臨時(shí)使用。

炮泥中氮化物的作用機(jī)理：高爐用炮泥加入氮化硅，其強(qiáng)度可達(dá)到18 MPa左右;國(guó)內(nèi)普通炮泥強(qiáng)度一般為5 MPa-8 MPa，而高強(qiáng)度炮泥要求強(qiáng)度不小于8 MPa[5]。

從結(jié)構(gòu)分析看，氮化硅中一般都含有少量的A1。氮化鋁硅的氧化過(guò)程，并非生成SiO，而是生成氮氧化物，然后逐步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2。實(shí)際可能發(fā)生的反應(yīng)為:

Si3N4(s)+xAl+yCO(g)=Si3-Alx-Oy-N(s)+yC+2N2(g)

1250℃左右開(kāi)始緩慢生成氮、在1300℃以上時(shí)硅鐵化；在1400℃以上的溫度區(qū)間反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量氣體，從而炮泥在燒結(jié)過(guò)程中結(jié)構(gòu)微孔化，促進(jìn)了透氣性能，炮泥的抗氧化性能得到提高。氮化硅鐵的反應(yīng)產(chǎn)物有氮氧化物、硅與鐵的氧化物。因此，氮化硅鐵在1300℃以上高溫硅鐵化只是推測(cè)。相變化分析可以看出，由于活性不一樣，氮化硅鐵先分解生成Si3N4與含鐵物相Fe的活性促進(jìn)了反應(yīng)，最后形成硅鐵氧化物的固溶體，而分解后的氮化硅仍然會(huì)發(fā)生反應(yīng)；高溫下生成氮氧化物，產(chǎn)生N2，可以避免碳素被氧化，也可以促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程中生成微小氣孔，有利于改善炮泥的透氣性能與開(kāi)口性能[6]。

2 試驗(yàn)方法

馬鋼A高爐2019年1月6日正式使用鈦精炮泥并在1#鐵口上單獨(dú)試用，使用的炮泥為高純高鈦炮泥，其理化指標(biāo)和結(jié)焦性能指標(biāo)如表1、表2所示。鈦精炮泥使用初期，1#鐵口全用鈦精炮泥，鐵口深度快速上漲，運(yùn)行2天鐵口最深時(shí)達(dá)到了4.1-4.2 m，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)開(kāi)鐵口時(shí)硬度有所增加，鐵口耐沖刷能力提高，保持鐵速穩(wěn)定。由于鈦精炮泥抗渣鐵侵蝕性能強(qiáng)、漲鐵口性能良好，為防鐵口過(guò)深出現(xiàn)鐵口難開(kāi)，后采用正常炮泥搭配鈦精炮泥使用。該加含鈦炮泥方法既不會(huì)對(duì)鐵口的深度造成影響，也不會(huì)造成鐵口難開(kāi)。每天從鐵口加入的鈦量數(shù)公斤，通過(guò)加入鈦炮泥，增加鐵口區(qū)域的含鈦量，有利于鐵口區(qū)域鈦的富集，鐵口維護(hù)難的問(wèn)題有所改善鐵口深度逐漸達(dá)到正常深度3.9-4 m并一直維持到1#鐵口休止。

表1 高純高鈦炮泥理化指標(biāo)

表2 炮泥的結(jié)焦性能指標(biāo)(僅實(shí)驗(yàn)室條件下)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 鈦精炮泥對(duì)出鐵時(shí)間的影響

圖1 鈦精炮泥對(duì)出鐵時(shí)間影響

使用鈦精炮泥后，共出鐵104爐次，平均出鐵時(shí)間133 min，扣除有4爐次堵口重開(kāi)異常外，大部分爐次次鐵時(shí)間在140 min以上水平，與使用鈦精炮泥前出鐵時(shí)間基本維持，可見(jiàn)鈦精炮泥的使用對(duì)鐵口出鐵時(shí)間幾乎無(wú)影響。同時(shí)調(diào)整鉆桿直徑，保持合理的出鐵時(shí)間。

3.2 鈦精炮泥對(duì)鐵口深度的影響

圖2 鈦精炮泥對(duì)鐵口深度影響

使用鈦精炮泥的鐵口共出鐵104爐次，平均鐵口由3.8 m左右逐漸上升至深度4.0 m左右，鐵口孔道密實(shí)度明顯好轉(zhuǎn)，滿足生產(chǎn)需求，利于保持穩(wěn)定狀況和高爐長(zhǎng)壽。鈦精炮泥中鈦精粉的加入提升了鐵口泥包的密實(shí)度，維持了良好的鐵口深度，增強(qiáng)了鐵口泥包的抗沖刷性能，同時(shí)鈦精粉還原到鐵水中，形成保護(hù)層，減少了鐵口對(duì)爐缸側(cè)壁的沖刷。

3.3 鈦精炮泥對(duì)爐缸碳磚溫度的影響

馬鋼4000 m3高爐已進(jìn)入爐役后期，爐缸安全是重點(diǎn)工作。A高爐爐缸1TH方向出現(xiàn)碳磚溫度快速上升、碳磚被嚴(yán)重侵蝕的現(xiàn)象，如圖3所示，在11月中旬C2點(diǎn)溫度達(dá)到350℃以上，在1月4日B2點(diǎn)溫度最高值達(dá)到600℃以上。在高爐采取控制冶煉強(qiáng)度、加入鈦球及采用鈦精炮泥的護(hù)爐措施，鈦精炮泥中的鈦精粉與氮化物等在爐內(nèi)沉積，形成以Ti(C,N)為主的高熔點(diǎn)、耐侵蝕的鈦沉積物，在爐缸側(cè)壁形成導(dǎo)熱系數(shù)小、耐侵蝕性能好的鈦積物耐磨保護(hù)層，起到保護(hù)爐缸及鐵口區(qū)域附近爐墻的作用。

圖3 鈦精炮泥對(duì)爐缸碳磚影響

采取護(hù)爐措施后，標(biāo)高B2點(diǎn)溫度快速下降，至1月12日最低值140℃，高爐復(fù)風(fēng)后溫度點(diǎn)有所上升但整體可控，后期逐漸開(kāi)始下降并維持在100℃正常值，維護(hù)了爐缸的安全，護(hù)爐效果明顯。

3.4 護(hù)爐效果分析

①鈦?zhàn)o(hù)爐效果明顯。在采用控制冶煉強(qiáng)度、鈦礦護(hù)爐的同時(shí)，在炮泥中加入鈦精粉，形成鈦積物保護(hù)層，明顯提升護(hù)爐效果。且爐溫越高，鈦的還原越高，越有利于護(hù)爐，鐵水中含鈦在0.1%以上就有較好的護(hù)爐效果；

②使用含鈦炮泥與正常炮泥搭配使用，提高鐵口區(qū)域鈦化物濃度，在穩(wěn)定鐵口深度的同時(shí)提升了鐵口泥炮硬度，減少了鐵流的沖刷，有效保護(hù)鐵口區(qū)域和爐缸側(cè)壁；

③組織好爐前出鐵工作。護(hù)爐期間爐溫偏上限，又因鐵水含鈦高，鐵水粘，易粘鐵溝。大大增加了爐前勞動(dòng)強(qiáng)度。要根據(jù)高爐爐況穩(wěn)定出鐵次數(shù)，對(duì)特護(hù)鐵口控制好每爐出鐵時(shí)間，是保證正常出鐵爐缸安全的的關(guān)鍵，也是護(hù)爐工作的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)鈦精炮泥可以降低鐵口區(qū)爐缸側(cè)壁溫度，能提高鐵口孔道抗鐵水爐渣的沖刷能力，有良好的漲鐵口性能。

(2)對(duì)冶煉強(qiáng)度大、利用系數(shù)高、爐缸侵蝕快的高爐，使用鈦精炮泥是有效的。

(3)高純高鈦炮泥在馬鋼2#高爐、梅鋼4#高爐、沙鋼等高爐上獲得了很好的應(yīng)用效果，高純高鈦炮泥尤其是在漲鐵口、保護(hù)爐缸磚襯、解決漏鐵等方面有諸多優(yōu)勢(shì)，高純高鈦炮泥的使用與常規(guī)炮泥無(wú)異，對(duì)爐前的操作沒(méi)有任何影響，而且炮泥中的鈦沉積到鐵口區(qū)域爐缸內(nèi)的含量也不會(huì)太多，使用安全，對(duì)爐內(nèi)操作也不會(huì)產(chǎn)生影響。