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，較長一段時間鐵口深度不夠、維護比較困難，嚴重威脅安全生產(chǎn)。高爐實施鈦球護爐、堵風口、降冶強等措施，改變高爐鐵口維護困難的現(xiàn)狀，并于元月6日利用鈦精炮泥在A高爐進行了試驗并取得了一定效果。

1 鈦積物的形成及護爐機理

有針對性的對近期使用的炮泥進行了優(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到易漲鐵口，降低鐵口區(qū)域爐缸溫度，保護鐵口區(qū)域爐缸磚襯的目的，其原理與高爐添加鈦礦、風口喂絲等措施護爐原理相似，護爐物質(zhì)TiO2在高溫熔融渣鐵中與C和N反應生成TiC(熔點3150℃)和TiN(熔點2950℃)以及Ti(C,N)，其中TiC、TiN和Ti(C,N)在沉降中富集成長。鐵水中生成的Ti(C,N)易于向爐缸側(cè)壁及爐底移動聚集，Ti(C,N)及其附著物在爐缸侵蝕點累積并粘結(jié)，直至這一點溫度恢復正常，從而達到護爐的目的[1]-[2]。

含鈦物料用量大，護爐有效成分TiO2被稀釋，大部分隨爐渣排出爐外，有效利用率降低，能達到護爐所需的時間較長，而且不能快速修復鐵口區(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在高爐冶煉過程中與C和N反應生成熔點達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，由于爐缸內(nèi)部耐火材料被侵蝕后形成凹坑，凹坑處冷卻強度大且溫度低，鐵水流動平緩，因此就會殘留以Ti(C,N)為主的高熔點、耐侵蝕的鈦沉積物，并逐步形成導熱系數(shù)小、耐侵蝕性能好的鈦積物耐磨保護層，從而起到保護爐缸及鐵口區(qū)域附近爐墻的作用，進而達到降低鐵口區(qū)域爐缸側(cè)壁溫度的目的，延長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,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，有效的保護鐵口區(qū)爐襯。實踐表明，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，這些高熔點化合物和渣鐵焦形成積層，起到保護鐵口區(qū)爐襯的作用[4]，這種方法不會使爐渣及鐵水中鈦含量升高，也不會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，可以長期使用、短期使用，也可以臨時使用。

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

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

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

1250℃左右開始緩慢生成氮、在1300℃以上時硅鐵化；在1400℃以上的溫度區(qū)間反應劇烈，產(chǎn)生大量氣體，從而炮泥在燒結(jié)過程中結(jié)構(gòu)微孔化，促進了透氣性能，炮泥的抗氧化性能得到提高。氮化硅鐵的反應產(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。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的活性促進了反應，最后形成硅鐵氧化物的固溶體，而分解后的氮化硅仍然會發(fā)生反應；高溫下生成氮氧化物，產(chǎn)生N2，可以避免碳素被氧化，也可以促進燒結(jié)過程中生成微小氣孔，有利于改善炮泥的透氣性能與開口性能[6]。

2 試驗方法

馬鋼A高爐2019年1月6日正式使用鈦精炮泥并在1#鐵口上單獨試用，使用的炮泥為高純高鈦炮泥，其理化指標和結(jié)焦性能指標如表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，運行2天鐵口最深時達到了4.1-4.2 m，現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)開鐵口時硬度有所增加，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、漲鐵口性能良好，為防鐵口過深出現(xiàn)鐵口難開，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對鐵口的深度造成影響，也不會造成鐵口難開。每天從鐵口加入的鈦量數(shù)公斤，通過加入鈦炮泥，增加鐵口區(qū)域的含鈦量，有利于鐵口區(qū)域鈦的富集，鐵口維護難的問題有所改善鐵口深度逐漸達到正常深度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

表2 炮泥的結(jié)焦性能指標(僅實驗室條件下)

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 鈦精炮泥對出鐵時間的影響

圖1 鈦精炮泥對出鐵時間影響

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

3.2 鈦精炮泥對鐵口深度的影響

圖2 鈦精炮泥對鐵口深度影響

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)定狀況和高爐長壽。鈦精炮泥中鈦精粉的加入提升了鐵口泥包的密實度，維持了良好的鐵口深度，增強了鐵口泥包的抗沖刷性能，同時鈦精粉還原到鐵水中，形成保護層，減少了鐵口對爐缸側(cè)壁的沖刷。

3.3 鈦精炮泥對爐缸碳磚溫度的影響

馬鋼4000 m3高爐已進入爐役后期，爐缸安全是重點工作。A高爐爐缸1TH方向出現(xiàn)碳磚溫度快速上升、碳磚被嚴重侵蝕的現(xiàn)象，如圖3所示，在11月中旬C2點溫度達到350℃以上，在1月4日B2點溫度最高值達到600℃以上。在高爐采取控制冶煉強度、加入鈦球及采用鈦精炮泥的護爐措施，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、耐侵蝕的鈦沉積物，在爐缸側(cè)壁形成導熱系數(shù)小、耐侵蝕性能好的鈦積物耐磨保護層，起到保護爐缸及鐵口區(qū)域附近爐墻的作用。

圖3 鈦精炮泥對爐缸碳磚影響

采取護爐措施后，標高B2點溫度快速下降，至1月12日最低值140℃，高爐復風后溫度點有所上升但整體可控，后期逐漸開始下降并維持在100℃正常值，維護了爐缸的安全，護爐效果明顯。

3.4 護爐效果分析

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

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)定鐵口深度的同時提升了鐵口泥炮硬度，減少了鐵流的沖刷，有效保護鐵口區(qū)域和爐缸側(cè)壁；

③組織好爐前出鐵工作。護爐期間爐溫偏上限，又因鐵水含鈦高，鐵水粘，易粘鐵溝。大大增加了爐前勞動強度。要根據(jù)高爐爐況穩(wěn)定出鐵次數(shù)，對特護鐵口控制好每爐出鐵時間，是保證正常出鐵爐缸安全的的關鍵，也是護爐工作的基礎。

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)對冶煉強度大、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用效果，高純高鈦炮泥尤其是在漲鐵口、保護爐缸磚襯、解決漏鐵等方面有諸多優(yōu)勢，高純高鈦炮泥的使用與常規(guī)炮泥無異，對爐前的操作沒有任何影響，而且炮泥中的鈦沉積到鐵口區(qū)域爐缸內(nèi)的含量也不會太多，使用安全，對爐內(nèi)操作也不會產(chǎn)生影響。