钛精炮泥在马钢4000m3高炉的应用

范庆钢

(马钢股份公司炼铁总厂 安徽马鞍山 243000)

马钢炼铁总厂北区A高炉于2007年2月开炉投产，现已处于炉役后期，由于2019年元月4日铁口泥包突然脱落，较长一段时间铁口深度不够、维护比较困难，严重威胁安全生产。高炉实施钛球护炉、堵风口、降冶强等措施，改变高炉铁口维护困难的现状，并于元月6日利用钛精炮泥在A高炉进行了试验并取得了一定效果。

1 钛积物的形成及护炉机理

有针对性的对近期使用的炮泥进行了优化调整，在炮泥中添加了更容易涨铁口的高纯含钛原料，高纯含钛原料添加到炮泥中，改善了炮泥的涨铁口性能。炮泥中引入含钛原料达到易涨铁口，降低铁口区域炉缸温度，保护铁口区域炉缸砖衬的目的，其原理与高炉添加钛矿、风口喂丝等措施护炉原理相似，护炉物质TiO2在高温熔融渣铁中与C和N反应生成TiC(熔点3150℃)和TiN(熔点2950℃)以及Ti(C,N)，其中TiC、TiN和Ti(C,N)在沉降中富集成长。铁水中生成的Ti(C,N)易于向炉缸侧壁及炉底移动聚集，Ti(C,N)及其附着物在炉缸侵蚀点累积并粘结，直至这一点温度恢复正常，从而达到护炉的目的[1]-[2]。

含钛物料用量大，护炉有效成分TiO2被稀释，大部分随炉渣排出炉外，有效利用率降低，能达到护炉所需的时间较长，而且不能快速修复铁口区域炉缸异常侵蚀部位[2]。而添加高纯高钛原料的炮泥形成稳定的泥包，泥包中的TiO2在高炉冶炼过程中与C和N反应生成熔点达3000℃以上的TiC、TiN及Ti(C,N)弥散在渣铁中， TiC、TiN和Ti(C,N)在沉降中富集成长，由于炉缸内部耐火材料被侵蚀后形成凹坑，凹坑处冷却强度大且温度低，铁水流动平缓，因此就会残留以Ti(C,N)为主的高熔点、耐侵蚀的钛沉积物，并逐步形成导热系数小、耐侵蚀性能好的钛积物耐磨保护层，从而起到保护炉缸及铁口区域附近炉墙的作用，进而达到降低铁口区域炉缸侧壁温度的目的，延长高炉炉缸和炉墙的使用寿命[3]。这种方法适用于在高炉炉缸铁口及铁口区域内出现局部侵蚀时,可以把含钛物料按一定的比例加入炮泥中，使之随炮泥打入铁口区，从而在铁口区形成钛的碳氮化合物，有效的保护铁口区炉衬。实践表明，炮泥中的含钛物料可以还原到铁水中，并在铁水和炮泥接触部位生成较多的钛的碳氮化合物，这些高熔点化合物和渣铁焦形成积层，起到保护铁口区炉衬的作用[4]，这种方法不会使炉渣及铁水中钛含量升高，也不会影响渣铁水粘度使渣铁水粘度升高产生炉缸堆积，而且这种方法灵活性较大，可以长期使用、短期使用，也可以临时使用。

炮泥中氮化物的作用机理：高炉用炮泥加入氮化硅，其强度可达到18 MPa左右;国内普通炮泥强度一般为5 MPa-8 MPa，而高强度炮泥要求强度不小于8 MPa[5]。

从结构分析看，氮化硅中一般都含有少量的A1。氮化铝硅的氧化过程，并非生成SiO，而是生成氮氧化物，然后逐步反应转变为SiO2。实际可能发生的反应为:

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

1250℃左右开始缓慢生成氮、在1300℃以上时硅铁化；在1400℃以上的温度区间反应剧烈，产生大量气体，从而炮泥在烧结过程中结构微孔化，促进了透气性能，炮泥的抗氧化性能得到提高。氮化硅铁的反应产物有氮氧化物、硅与铁的氧化物。因此，氮化硅铁在1300℃以上高温硅铁化只是推测。相变化分析可以看出，由于活性不一样，氮化硅铁先分解生成Si3N4与含铁物相Fe的活性促进了反应，最后形成硅铁氧化物的固溶体，而分解后的氮化硅仍然会发生反应；高温下生成氮氧化物，产生N2，可以避免碳素被氧化，也可以促进烧结过程中生成微小气孔，有利于改善炮泥的透气性能与开口性能[6]。

2 试验方法

马钢A高炉2019年1月6日正式使用钛精炮泥并在1#铁口上单独试用，使用的炮泥为高纯高钛炮泥，其理化指标和结焦性能指标如表1、表2所示。钛精炮泥使用初期，1#铁口全用钛精炮泥，铁口深度快速上涨，运行2天铁口最深时达到了4.1-4.2 m，现场观察发现开铁口时硬度有所增加，铁口耐冲刷能力提高，保持铁速稳定。由于钛精炮泥抗渣铁侵蚀性能强、涨铁口性能良好，为防铁口过深出现铁口难开，后采用正常炮泥搭配钛精炮泥使用。该加含钛炮泥方法既不会对铁口的深度造成影响，也不会造成铁口难开。每天从铁口加入的钛量数公斤，通过加入钛炮泥，增加铁口区域的含钛量，有利于铁口区域钛的富集，铁口维护难的问题有所改善铁口深度逐渐达到正常深度3.9-4 m并一直维持到1#铁口休止。

表1 高纯高钛炮泥理化指标

表2 炮泥的结焦性能指标(仅实验室条件下)

3 试验结果与分析

3.1 钛精炮泥对出铁时间的影响

图1 钛精炮泥对出铁时间影响

使用钛精炮泥后，共出铁104炉次，平均出铁时间133 min，扣除有4炉次堵口重开异常外，大部分炉次次铁时间在140 min以上水平，与使用钛精炮泥前出铁时间基本维持，可见钛精炮泥的使用对铁口出铁时间几乎无影响。同时调整钻杆直径，保持合理的出铁时间。

3.2 钛精炮泥对铁口深度的影响

图2 钛精炮泥对铁口深度影响

使用钛精炮泥的铁口共出铁104炉次，平均铁口由3.8 m左右逐渐上升至深度4.0 m左右，铁口孔道密实度明显好转，满足生产需求，利于保持稳定状况和高炉长寿。钛精炮泥中钛精粉的加入提升了铁口泥包的密实度，维持了良好的铁口深度，增强了铁口泥包的抗冲刷性能，同时钛精粉还原到铁水中，形成保护层，减少了铁口对炉缸侧壁的冲刷。

3.3 钛精炮泥对炉缸碳砖温度的影响

马钢4000 m3高炉已进入炉役后期，炉缸安全是重点工作。A高炉炉缸1TH方向出现碳砖温度快速上升、碳砖被严重侵蚀的现象，如图3所示，在11月中旬C2点温度达到350℃以上，在1月4日B2点温度最高值达到600℃以上。在高炉采取控制冶炼强度、加入钛球及采用钛精炮泥的护炉措施，钛精炮泥中的钛精粉与氮化物等在炉内沉积，形成以Ti(C,N)为主的高熔点、耐侵蚀的钛沉积物，在炉缸侧壁形成导热系数小、耐侵蚀性能好的钛积物耐磨保护层，起到保护炉缸及铁口区域附近炉墙的作用。

图3 钛精炮泥对炉缸碳砖影响

采取护炉措施后，标高B2点温度快速下降，至1月12日最低值140℃，高炉复风后温度点有所上升但整体可控，后期逐渐开始下降并维持在100℃正常值，维护了炉缸的安全，护炉效果明显。

3.4 护炉效果分析

①钛护炉效果明显。在采用控制冶炼强度、钛矿护炉的同时，在炮泥中加入钛精粉，形成钛积物保护层，明显提升护炉效果。且炉温越高，钛的还原越高，越有利于护炉，铁水中含钛在0.1%以上就有较好的护炉效果；

②使用含钛炮泥与正常炮泥搭配使用，提高铁口区域钛化物浓度，在稳定铁口深度的同时提升了铁口泥炮硬度，减少了铁流的冲刷，有效保护铁口区域和炉缸侧壁；

③组织好炉前出铁工作。护炉期间炉温偏上限，又因铁水含钛高，铁水粘，易粘铁沟。大大增加了炉前劳动强度。要根据高炉炉况稳定出铁次数，对特护铁口控制好每炉出铁时间，是保证正常出铁炉缸安全的的关键，也是护炉工作的基础。

4 结论

(1)钛精炮泥可以降低铁口区炉缸侧壁温度，能提高铁口孔道抗铁水炉渣的冲刷能力，有良好的涨铁口性能。

(2)对冶炼强度大、利用系数高、炉缸侵蚀快的高炉，使用钛精炮泥是有效的。

(3)高纯高钛炮泥在马钢2#高炉、梅钢4#高炉、沙钢等高炉上获得了很好的应用效果，高纯高钛炮泥尤其是在涨铁口、保护炉缸砖衬、解决漏铁等方面有诸多优势，高纯高钛炮泥的使用与常规炮泥无异，对炉前的操作没有任何影响，而且炮泥中的钛沉积到铁口区域炉缸内的含量也不会太多，使用安全，对炉内操作也不会产生影响。