大型密闭钛渣电炉渣铁口长寿化使用技术研究

大型密闭钛渣电炉渣铁口长寿化使用技术研究

罗衡 ,赵伟 ,阚超玉 ,李博 ,严宗亮

新疆湘和新材料科技有限公司 

摘要：本文针对25.5MVA钛渣电炉冶炼钛渣过程中渣铁口使用寿命低、渣铁口通道维护困难等问题，通过对钛渣冶炼过程控制分析，结合生产实际，从渣铁口材质及结构选择、砌筑、使用及维护等方面提出解决措施，使得钛渣电炉渣铁口长寿化运行。

关键词：钛渣电炉；渣铁口；长寿化

1、前言

钛渣电炉熔炼是指高温下钛铁矿被还原形成钛渣及铁水的过程。形成的钛渣及铁水通过渣铁口分别出炉，进行下一步处理；钛渣电炉炉衬的长寿化运行是生产企业至关重要因素，尤其是渣口和铁口，是钛渣炉上最重要的部位，也是极其薄弱的部位，若维护不到位会影响其使用寿命，存在极高的安全风险。

国内钛渣电炉长时间停炉检修的主要原因也是渣铁口维护不到位，存在跑渣、跑铁的事故，造成电炉长时间无法运行，影响生产。结合生产实际，本文通过对渣铁口使用寿命方面分析研究，实现渣铁口的长寿化运行。

2、影响渣铁口长寿化使用的因素

2.1  高温熔体的冲刷侵蚀

高温钛渣具有高熔点、高导电的特性，当炉内温度接近其熔点温度时，钛渣粘度增大，且会随着冶炼过程中组分的变化而变化。由于钛渣的高化学活性，对其炉衬及通道都有一定程度的侵蚀和损坏。

渣口作为出渣的通道，当利用新疆钛矿冶炼钛渣时，炉内有较高的温度，一般情况下出渣温度在1770℃左右，渣口周边和通道内不能像其他部位形成较厚的挂渣层，并且由于反复开堵口，该部分耐火材料长期受到极大的热冲击、渣液的侵蚀，造成炉内耐火材料易形成“喇叭口”，通道内耐火材料易扩孔、粉化。

铁口作为出铁的通道，在出铁过程中出铁温度可达到1550℃以上，且铁水的流动性较强，对通道的冲刷较大；间歇操作，通道温度波动大。

2.2  渣铁口材料的影响

铁口、渣口的耐火材料在使用过程中，通道镁砖易被侵蚀，渣、铁口通道被侵蚀后，少量渣、铁水会渗入镁砖缝内，同时在通道内堆积，容易形成跑渣、跑铁事故，因此渣铁口耐火材料及浇注料的选择至关重要。

2.3  生产操作的影响

在冶炼过程方面，高温熔体有较高的化学活性，为了更好的保护炉衬，需要在炉内进行挂渣操作；但在冶炼操作过程中，若料电比控制不稳定，则会发生塌料等情况，使得挂渣层变薄，高温熔体会侵蚀渣铁口周围耐火材料。

在出渣出铁方面，目前，钛渣电炉均采用开口机开口，吹氧管烧口操作，吹氧管烧口对渣铁口通道的损伤是非常大的，有时候还会出现烧偏的情况，导致通道砖和通道周边砖被损坏，出现较大的缝隙。

3 渣铁口长寿化技术研究

3.1  渣铁口结构及材料的选择

耐火材料是高温工业重要的基础材料，支撑了钢铁、有色等工业的运行与发展。镁铬耐火材料是诸多高温装备关键部位的主导材料，其具有出色的抗熔渣侵蚀性和经济性。

镁铬耐火材料是以镁砂、镁铬砂、天然铬矿为主要原料，经1700℃以上高温煅烧，形成以方镁石和镁、铁尖晶石(Mg，Fe) (Cr，Al，Fe)2O4为主晶相的碱性耐火材料。具有耐火度高、荷重软化温度高、高温强度大、热震稳定性优良、抗熔渣侵蚀性和经济性等优点；被广泛用于炉衬关键部位的主导材料。在1700℃条件下，不同耐火材料对钛渣抗侵蚀作用由好到坏的顺序是SiC浇注料＞镁碳砖＞烧成镁砖＞刚玉浇注料。

为了减缓高温熔体对渣铁口通道的冲刷侵蚀，渣口选用高品质镁质组合式套砖；铁口选用高品质镁铬质组合式套砖，在渣铁口通道外侧的尾端，整体浇筑一定厚度的SiC浇注料保护墙，防止堵口机撞击松动耐火砖出现裂缝。

通过组合砖上设置相应的凸起结构和凹槽结构，方便对组合砖进行组配。同时通过在组合砖上设置通孔结构，这样渣口通道和铁口通道可直接由组合砖上的通孔结构砌筑而成，确保通道的同轴度。

3.2  施工方法及控制

渣铁口由于温度变化频繁并与液态钛渣接触较多，采用环砌有较好的保温效果，但炉内降温过大会形成较大的收缩并易造成工作层耐火材料部分垮塌，渣铁口检修时易出现上部耐火砖下塌的情况，因此采用错缝砌筑，即前后环的上下层之间错缝砌筑、同一层的前后环之间在圆周方向错缝砌筑、同一环的上下层之间错缝砌筑，并且渣铁口周围（通道中心的左右、上下）1M范围内，除采用错缝砌筑外，使用含水很少的粘接剂搅拌镁火泥进行湿法砌筑，以及上方使用过桥砖，尽力减少缝隙并且便于以后拆卸维修。

    为了防止吸潮导致镁砖性能下降，新砌的炉衬须在3个月内进行烘炉，开始烘炉的时候，通道敞开便于水分逃逸，烘炉结束再堵口；渣铁口外侧尾端整体浇筑的SiC浇注料在烘炉结束后再行浇筑。

3.3  炮泥的选择

对渣铁口通道而言，最好的修复方式就是用炮泥修复，在出完渣铁后，需要用炮泥进行堵口操作，同时需要保证一定的堵口深度。炮泥分为有水炮泥和无水炮泥，有水炮泥内含有一定的水分，当使用其堵口时，在堵口过程中会产生一定量的水蒸气，镁砖内的MgO会遇水发生反应，生成Mg(OH)2，使镁砖粉化，导致通道镁砖性能下降被损坏，寿命减少。因此在堵口作业时选择无水炮泥，其效果更优于有水炮泥。

3.4  生产操作控制

高温熔体的钛渣有很高的化学活性，对所有的耐火材料都有很强的化学侵蚀性，要保护渣铁口周边的耐火砖不被侵蚀，唯一的办法就是避免高温熔体钛渣不与耐火砖直接接触，这就是冶炼钛渣需要形成挂渣保护层。在生产操作中，合理控制料电比，稳定炉况，避免发生塌料等情况；对挂渣层进行维护，保证一定厚度的挂渣层，避免高温熔体对炉衬的侵蚀；保证炉内温度变化在合理范围内，减少停炉次数，避免长时间的停炉对镁砖的影响；保证钛渣电炉长期稳定运行。

在炉前操作方面，加强渣铁口设施的操作与维护，使用高质量的无水炮泥进行堵口，必须保证一定的堵口深度，尽力堵的越深越好，加强炉前操作人员技能水平提升，保证钻口的准确度，为了减少吹氧管烧口对通道的损伤，尽力提高开口机的钻口深度，减少吹氧管烧口，对于铁口可以直接钻开出铁。

3.5  炉体温度的监测

加强渣铁口温度的监测，时刻关注渣铁口两侧测温热电偶温度变化情况，根据温度变化进行分析，并采取相应的措施。

4、结论

4.1  通过优化渣铁口结构及材料，渣口选用组合式套砖镁砖（MZ-97）+SiC浇注料；铁口选用组合式套砖镁铬砖+SiC浇注料进行砌筑，减少渣铁通道缝隙，减少高温熔体的侵蚀，很好的保护了渣铁口。

4.2  在施工方法方面，采用错缝湿法砌筑，大大减少了缝隙，有效避免铁水渗漏，亦很好的保护了渣铁口。

4.3  在工艺操作方面，合理控制生产操作，合理控制料电比，稳定炉况，避免发生塌料等情况；对挂渣层进行维护，保证一定厚度的挂渣层，减少高温熔体对炉衬的侵蚀；同时对炉体温度进行监测，可保证钛渣电炉长期稳定运行。

4.4  在炉前操作方面，使用高质量的无水炮泥进行堵口，堵口时保证堵口深度，尽可能在1.8米以上，开口方面坚持多钻少烧，保证钻口的准确度，可延长渣铁口使用寿命。

参考文献

[1]莫畏、邓国珠、罗方承，编著《钛冶金》冶金出版社，1998

[2]杨绍利，盛继孚编著《钛铁矿熔炼钛渣与生铁技术》冶金出版社 2006，