D0I:10.13374f.issnl001053x.1998.0B.028 第20卷第3期 北京科技大学学报 Vol.20 No.3 1998年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1998 转炉溅渣护炉模拟研究* 王安仁杨守礼屠宝洪 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要讨论了转炉溅渣护炉过程中各参数的影响，试验以修正的弗鲁德数()作为相似基础.实 验室采用石蜡加淀粉对301转炉进行了模拟研究.通过对试验数据的处理和分析，得到了最佳的 工艺参数：氮气流量约为8500m/h,溅渣时间为3min,枪位为0.8m;向渣中加入氧化镁或碳粒以 调整成分是必要的；炉渣温度过高，流动性过好，溅起的炉渣难以凝结在炉衬上 关键词转炉；溅渣护炉：模拟 分类号TF713 溅渣护炉提高转炉炉龄的技术自1983年开发以来，受到了各国的高度重视.至今，美国 已有15家以上的钢厂采用此技术，转炉作业率从1984年的78%提高到1994年的97%2； 我国太原钢铁公司研究开发和应用此技术，也使其转炉炉龄猛增到5814炉[)，在国内处于领 先水平，但与美国LTV钢铁公司印第安纳哈伯厂的15658炉次相比还相差甚远回 我国绝大多数转炉吨位较小，生产率又低，加上工艺技术水平和自动化程度不高，耐材质 量不高，炉龄一直在较低水平徘徊，继续研究开发国内现实条件下的更有效的溅渣护炉技术， 以降低耐材消耗和综合成本迫在眉睫)，为了实现最佳的护炉效果，取得最佳的工艺操作参 数，在实验室进行模拟试验是一项有效的研究手段，它可以直观地、并经济地找出各因素的影 响程度以及因数之间的相互关系，为生产操作提供依据 1相似理论及试验设计 溅渣护炉实际上是高温液体炉渣通过高速射流喷吹时，获得动能，在渣池中离散并溅起 的过程，因此，炉渣溅起量及溅起高度实际上取决于炉渣从射流中获得动能的大小.其中，炉 渣离散度还与炉渣密度与粘度及表面张力有关，与此相对应的相似特征数为雷诺数和韦伯 数，而单一渣滴溅起高度和渣滴溅起量主要反映的是渣滴新所具备的势能，即渣滴获得动能后 克服重力作功的大小，相似特征数中与之对应的是弗鲁德数.由于本试验的主要目的是考察 各工艺参数对溅渣量和溅渣高度的影响，所以模型选择修正弗鲁德数作为相似基础. 模型按30t转炉实型尺寸1：7制作，材料为1mm厚的白铁皮；30t转炉喷吹气体流量大 约为1×10mh,经相似计算，得出模拟试验的氮气流量为38mh左右.为了更好地模拟实 际操作中向炉内加入MgO后炉渣溅到炉壁后的凝结现象，试验用石蜡代替炉渣，淀粉代替 MgO. 模拟试验按5因素4水平正交试验设计，5因素分别为：加淀粉质量X,溅渣时间X,供气 1997-09-23收稿王安仁男，35岁，讲师 *国家“九五”重点攻关项日(No.96SBK341-02-01(B)
DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 03. 028
Vol.20 No.3 王安等：转炉溅渣护炉模拟研究 ·235· 流量X,枪高温度K,.试验过程中为了模拟转炉炉衬.每次都事先在炉壁上滚涂一层石 蜡，约2mm厚，石蜡总质量为5kg,溅渣质量通过进出转炉的石蜡质量差确定，溅渣高度用米 尺测量，取平均值，溅渣厚度的测量是在喷吹结束后，从转炉炉壁取出凝固石蜡层，用千分尺 测量，也取平均值，采用单孔氧枪喷吹 2试验结果及分析 溅渣护炉的动力来源于氮气，保证足够的氮气压力和流量是斑渣护炉的前提，大的氮气 流量才能保证出口速度和气体夹带炉渣的数量，只有高速的大流量的气体流股冲击到渣面 上，才能使炉渣充分飞溅起来；另外，其反射气流不仅有加速向上飞溅的渣滴的速度和阻止炉 壁渣液下滑的作用，而且也有打结效果，使炉渣更牢地烧结在炉衬上，图】反映的是不同氮气 流量对溅渣厚度.溅渣质量、溅渣高度的影响.由图可见，在试验条件下，随着气体流量的增 加，渣池越来越活跃，乳化程度越高，因此濺渣质量呈直线上升.而溅渣厚度和溅渣高度的增 加，当流量达到35mh后逐渐变缓， 图2给出了喷吹时间对溅渣厚度和溅渣质量的影响.由图可见：随着时间的增加，溅渣质 量和溅渣厚度相应增加，但3n以后，挂渣速度减缓，这说明炉壁侵蚀处在喷溅挂渣前期， 渣滴凝固附着力较大：到了后期，由于渣温的急剧下降，炉渣变粘，炉渣乳化将要克服更大的 粘滞力，而由于气流动能不变，根据能量守恒，渣滴数及渣滴溅起后所能达到的最大势能将降 低，高度也降低，溅起的炉渣大部分会沿炉壁流滚下来，挂渣效果不佳，而且炉壁上挂渣厚度 0.58 14.4 0.60 4.6 0.56 C 210 4.2 44 0.56 0.54 200 4.0 4.2 0.52 190 3.8 0.5 4.0 0.50 180 3.6 3.8 0.54 0.48 170 3.4 3.5 0.46L 160 J3.2 3.4 25303540 3 4 5 喷气流量/m,h 喷气时间/min 图1喷气流量对溅渣过程的影响 图2喷吹时间对溅渣过程的影响 明显呈现上薄下厚严重不均匀现象，致 0.58 144 使炉底上长，这将影响转炉下部有效容 0.56 积. 210 4.2 0.54 200 喷枪高度是众多因素中最灵活的 4.0 兰 0.52 A 190 8 根据不同的氨气流量和氮气压力，不同 0.50 B 6 的炉渣成分和性能.以及不同的炉衬侵 0.48 170 . 蚀状况，可以采用不同的枪位高度进行 0.4 160 」32 操作，以达到最佳的溅渣效果.图3给出 0.10.20.30.40.50.6 枪位高度，HD 了枪位与溅渣厚度、溅渣质量、溅渣高 图3枪位高度对溅渣过程的影响 度的关系，其中，规律性最强的是溅渣
·236· 北京科技大学学报 1998年第3期 高度随着枪位的提高，明显下降，这是因为喷射气流自出枪口后速度衰减，流束分散，而溅渣 量也随枪位的变化出现了峰值而后降低；枪位过低，气流冲击区减小，渣池将会完全被气流穿 透，气流动能部分损耗在转炉底衬上，致使溅渣量减少；枪位过高，冲击面过大，加上气流衰 减，使单位面积上的炉渣受到的冲击力减小，渣池不够活跃，溅渣高度减小，溅渣量也会减少， 由于转炉大多以氧化镁作为炉衬，生产过程中，炉衬侵蚀最严重的部位是渣线和耳轴 处.合理的炉渣成分和性能能确保炉渣溅到这些部位并完好地烧结在上面.渣中适当的氧化 镁含量可以提高炉渣与炉衬的湿润性，使其更易于同原来的炉衬反应生成新的耐高温的工作 层.因此实际操作中，有必要在转炉出钢后向渣中加人含氧化镁的白云石粉等.但高FO渣粘 度低、对炉衬侵蚀严重，在溅渣护炉过程 0.58 14.6 中，太稀的炉渣也会流下来，有的钢厂还在 0.56 210 4.4 溅渣前向炉内加人碳粒或煤粉，但是，如果 0.54 200 ww/ 4.2 调整后的炉渣太干，也不能很好地涂挂，会 图 0.52 190 恒 4.0 滚落下来，本试验采用向石蜡液体中加人 垂C 0.50 180 3.8 淀粉来模拟这一过程.试验结果如图4所 0.48 170 13.6 示，结果表明，随着淀粉加人量的增多，溅 0.46L1 160 3.4 0100200300400 渣量略有增加，这可能是由于液体石蜡密 粉剂添加量g 度增大的缘故，而溅渣厚度和高度变化不 图4添加粉剂对溅渣过程的影响 大，另外，为考察渣线和耳轴部位的溅补效果，先去掉该处的石蜡再喷溅后发现，这些部位的 石蜡厚度明显大于其他地方，说明溅到渣线和耳轴地方的石蜡停留时间较长，凝结的较多. 试验表明，当石蜡温度在85℃以上，而且喷气时间在3n以内时，炉壁温度较高，石蜡 难以凝结，而温度过低，喷溅时间又难以保证，而且后期还会粘枪，影响气流.因此，为了保证 正交试验的一致性，温度统一定为80℃. 根据所测试验数据，运用计算机软件oign多元回归，得到了溅渣厚度Y,溅渣质量Y, 溅渣高度Y与各因素之间的关系： Ym=0.00001Xm+0.00043X,+0.01212X+0.01X-0.00073 R=0.929 Y=-0.00013Xm+0.00486X,+0.11333X+0.15X-0.32355R=0.868 Y=0.00143X+0.02857X,+26.5X-79.0X-99.6074 R=0.963 由回归方程和显著性因素分析可知，喷气流量X,喷吹时间X,及枪位高度X是影响溅 渣效果的重要因素，而添加粉剂质量X影响不大，将本模拟试验的结果换算回实型，不难得 出各影响参数值，合理地制定溅渣过程中的这些参数配合，是取得最佳护炉效果的保证， 3结论 (1)研究表明，溅渣护炉过程中，氮气流量、喷溅时间、枪位、炉渣成分和性能以及炉渣温 度是影响溅渣效果的重要因素， (2)30t转炉溅渣时，氮气流量的最佳范围为8×103~9×103m/h, (3)溅渣时间为3min,枪位为0.8m条件下，时间过长会造成炉底上长. (4)向渣中加人氧化镁和碳粒以调整成分是必要的，可以促使渣滴更好地在炉衬上烧 结，渣线和耳轴处溅渣厚度明显高于其他部位
Vol.20 No.3 王安仁等：转炉溅渣护炉模拟研究 ·237· (⑤)炉渣温度过高，流动性太好，溅起的炉渣摊以凝结在炉衬上， 参考文献 I Charles J Messin.Slag Splashing in the BOF-Worldwide Status.Practices.and Results.Iron and Steel Engineer.1996.7(5):17 2 Goodson K M,Donaghy N.Russell R O.Furnace Refractory Maintance and Slag Splashing.Iron and Steel Maker,1995.2(6):31 3李建民，李道明.转炉暖渣护炉工艺研究与应用.太钢科技，19971：12 4屠宝洪，李京社，转炉溅渣护炉技术.炼钢，1997(2)：29 Simulation on Slag Splashing for LD Converter Wung Anren Yang Shuli Ti Baohang Metallurgy School.UST Beijmg.Beijing 100083.China ABSTRACT Several parameters affecting slag splashing in LD converter have been discussed.Using paraffin and starch model,a simulated test about 30t converter has been made in laboratory and the modified Froude number was chosen as the main similar basis of the system.It was results that the optimized slag splashing parameters was obtained through data treatment.The nitrogen gas flow rate is about 8 500 m'/h,the splashing time is of 3 min,and the lance height is of 0.8 m.It is necessary to add MgO or carbon into the slag to adjusting slag composition.Also,it is difficult for the splashed slag condensing on the line when the slag temperature is much higher. KEY WORDS converter;slag splashing;simulating