炉缸长寿“钛”呵护

  我国高炉自20世纪80年代初开始应用含钛物料护炉技术，至今该项技术已经得到了广泛的应用，并在理论及实践上都有很大的发展。目前使用含钛物料护炉技术已经成为维护高炉炉底、解决高炉炉缸危机的主要技术措施，对延长高炉炉缸寿命起到了重要作用。

　　钛化物(TiC、TiN) 护炉机理

　　用含钛物料进行护炉作为高炉常用的护炉方法，其公认的护炉机理如下：炉料中的TiO2在炉内产生还原及过还原反应，过还原反应产生的化合物TiN、TiC的熔点分别高达2950℃、3140℃，在炉渣和铁水中以弥散固体颗粒形式存在，随着炉内温度降低而沉积下来，形成一层致密的沉积层而起到护炉作用。

　　TiC、TiN 的形成及溶解。TiO2炉料加入高炉后，在软熔带中形成含TiO2的初渣，并且按照从高价到低价的规律进行还原，温度越高形成的TiC（或TiN）越多。从高炉解剖分析已知，TiC、TiN沿高炉高度变化，炉身下部软熔物中有少量的TiC、TiN生成。随着炉料的下降，其含量不断增加，到风口区达到最高值。当炉渣通过风口区到达炉缸时，TiC、TiN大量氧化，其含量又迅速降低。

　　在一定的温度下，钛在铁水中的溶解度是有限的。当钛的浓度低于铁水中钛的饱和溶解度时，大部分的TiC、TiN将溶于铁水。但是当含钛铁水在炉缸下部周边的低温区时，铁水中的含钛量高于钛的饱和溶解度，TiC(或TiN)将以固态的结晶析出并沉积于炉缸壁上。维持合适的沉积厚度，就能起到护炉效果，沉积越多，护炉效果越好。

　　影响TiC(或TiN) 生成与溶解的因素。温度对Ti(C，N)生成量影响显著。随着温度升高，Ti(C，N)的量逐渐增多，在1475℃时达到最大；之后随着温度继续升高，Ti(C，N)的量逐渐减少。风口区的温度最高，TiC(或TiN)含量也最多。气氛中的氧位对TiC、TiN的形成有非常敏感的影响，氧位越高则[Ti]含量越少。体系中N2分压的影响也是明显的，N2分压越高越有利于TiN的形成。炉渣中TiO2浓度的提高有利于钛的还原与还原量的增加，有利于TiC与TiN的形成，对护炉有利。而且测试表明，以护炉为目的向高炉添加含钛物料导致的炉渣TiO2含量上升，不会对炉渣黏度产生较大的影响。炉渣碱度高一些有利于铁水中[Si]含量的降低，对铁水中[Ti]含量的升高有益，故适当提高炉渣的碱度有利于TiC与TiN形成。

　　钛沉积层厚度与部位。炉衬被侵蚀最严重的部位得到的沉积物最多。炉缸内部侵蚀部位形状凹陷，冷却强度大，而温度低，铁水流动平缓，因此就会有Ti(C，N)晶粒析出，并且造成Ti(C，N)连续在该处沉积、长大，从而形成以Ti(C，N)为主的高熔点钛积物层。而炉缸壁的部位由于处在风口区，氧位高，沉积物最薄。因此，含钛矿石的护炉作用只对炉底和炉缸下部才有良好效果，对炉缸上部，尤其是炉缸各开口部位、具有氧化气氛部位的作用是比较弱的。

　　含钛物料护炉时的高炉操作制度

　　根据高炉生产实践，含钛物料护炉时的高炉操作制度主要涉及热制度和造渣制度。

　　炉缸温度。在应用含钛物料护炉时，提高炉温有两重作用，一是有利于TiO2的还原，二是有利于钛在铁水中的溶解，形成TiN、TiC进入铁水，因而有利于钛化物的沉积，可提高护炉的效果。同时护炉过程的生产实践说明，在炉渣二元碱度相同的条件下，如果TiO2的加入量也相同，则随着铁水中[Si]含量的提高，铁水中含Ti量也提高。但是再提高铁水中含[Si]的化学热，由于物理热没有提高，[Ti]含量变化不大，护炉效果也不一定更好。

　　提高炉缸中心温度。在一定条件下，铁水含[Si]高，含钛物料护炉效果好。但是根据解剖与计算，炉渣中TiO2被焦炭中碳还原生成TiN、TiC后，在风口平面处达到最大值，而当TiN、TiC通过风口区时又被氧化并大量溶于铁水中，最后在炉缸炉底的交界处从铁水中析出成为沉积物。因此，生成的钛积物大多数从炉缸中心迁移到铁水中，又由铁水带到炉底炉缸交界处沉积，这一机理可由冶炼钒钛磁铁矿的高炉易发生炉缸堆集现象得到证实。因此，如何使炉缸中心活跃，提高炉缸中心温度，促进TiO2的还原，又使中心铁水温度提高到易于弥散更多TiN、TiC的水平就变得更为重要。这样即使在铁水含[Si]量不高，但物理热高、炉缸中心活跃，炉缸水平方向温度梯度小时，也可以获得很好的护炉效果。

　　造渣制度。加入含钛物料护炉的高炉操作，TiO2含量小于5%，属于低钛渣冶炼范围。根据生产实践，这种操作与普通矿相比，炉渣碱度可不必调整。通过降低炉渣碱度、提高铁水含[Si]来达到护炉效果的做法不可取，因为降低碱度后不利于TiO2的还原和铁水脱硫。维持原有炉渣碱度较为合适，当然提高碱度也没有必要。

　　因地制宜选择加入含钛物料

　　为了使含钛物料达到更好的护炉效果，必须对含钛物料的工艺操作问题进行研究分析。

　　含钛物料的合理选择。我国高炉护炉料主要来自攀枝花钢铁公司、攀枝花矿山公司与承德钢铁公司，其中包括钒钛磁铁矿、块矿，以及含钛铁精粉、钛精粉和高炉渣。在选择含钛物料时，应根据技术上可行与经济上合算两个方面，从护炉效果、经济效益、高炉操作运输方便灵活等方面考虑，因地制宜地选择护炉料。    

　　首先考虑护炉的效果。首钢护炉经验说明，虽然使用不同的含钛物料护炉，但钛的回收率，即钛在高炉内的沉积量没有明显的差别。应用何种含钛物料都可以达到护炉的目的，取得类似的延长炉龄的效果。

　　其次考虑对高炉操作的影响。含钛块矿加入量以及S、P负荷都是较多的，当然带来的渣量大，块矿直接入炉后又难还原，一般情况下不宜采用。钛精粉和高钛护炉球团对高炉操作影响很小，附加的渣量以及S负荷量都很小。应用攀枝花铁精粉护炉时，带入的硫负荷较高，渣量较少。使用攀钢高炉炉渣护炉时，带入的渣量及S负荷不少，而渣量也大。不过使用炉渣时，P负荷要小得多，高磷操作的高炉宜选用钛渣护炉。

　　再其次考虑经济因素。因为含钛块矿护炉时对高炉影响大，价格又比较高，所以从技术与经济两方面考虑时都不宜采用。钛精粉护炉时，对高炉的影响虽然很小，但价格偏高且难以获得，一般企业不便采用。铁精粉与钛渣对高炉操作影响虽然相同，但铁精粉要配入烧结矿混合料，生产含钛烧结矿，一般强度受到影响（RDI指标变坏），调剂量不灵活。含钛高炉渣是高炉副产品，属于废物料利用，价格便宜，运输又方便。高钛型护炉球团含铁含钛均较高，高炉加入量少，运输也较方便，但价格较炉渣护炉时高。

　　含钛物料加入的合适量。护炉效果从根本上讲主要取决于铁水中[Ti]的浓度，而铁水中[Ti]的浓度又取决于渣中TiO2还原生成TiN或TiC的数量。在高炉护炉时，用生铁中含钛的浓度[Ti]来控制护炉效果是科学的。生产中使用含钛物料护炉时，铁水中[Ti]含量下限应控制在0.06%~0.08%。随着钛积物的形成，钛化物表面温度升高，若要使钛化物进一步再沉积，必须再提高铁水中的[Ti]含量。生产实践表明，其上限不应超过0.20%。

　　含钛炉料加入的时机与加入方式。应该选择钛积物能够在炉缸沉积的时候开始加入含钛物料进行护炉。这个时间对于不同的高炉是不同的，并可由钛平衡计算的结果来确定。由计算得出有相当量的钛能够沉积在高炉内时，可以加入含钛物科护炉；或者当Ⅱ、Ⅲ段冷却壁水温差升高或高炉炉缸已到末期时，也应该考虑加钛物料护炉。一般高炉开炉一年左右就开始护炉其效果不一定明显。但对于冶炼强度大、利用系数高、炉缸侵蚀快的高炉，早一些时间加入含钛物料进行护炉操作也是合理的。

　　目前，含钛矿护炉方式分为局部和整体两大类。局部护炉主要有3种：一是从风口喷入含钛物料，使其在炉缸高温区直接进行还原，主要针对风口与炉壁损坏部位角度40°～90°，风口与铁口角度在80°～160°的区域，缺点是易磨损风口，同时护炉料利用率低。二是从炮泥中加入含钛物料,使其在铁口区域生成Ti(C，N)， 有效保护铁口区域的炉缸侧壁。三是风口喂入包芯法，主要针对炉缸的局部侵蚀有较大的优势。整体护炉法主要是从上部加入高钒钛物料，寻求较优的物料配比方案、高炉操作制度和参数，进行低钛渣冶炼，实现维护炉缸、炉底和高温区冷却壁的效果，同时又能取得较好的技术经济指标。

　　关于护炉料的加入方式，大多数高炉实践说明，连续随入炉矿石加入方式比较好。细水常流可以做到既护炉又补炉，而且量小，对高炉操作的影响较小。