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引用刘云彩教授一段话,说的是,承德钢铁公司的陈培坚,为推广钛矿补炉,做出重要贡献。当年冶金部周传典副部长,对他不止一次在大大小小的会议上表彰。周传典在宋建成教授主编的《含钛矿物护炉的理论与实践》一书的代序中(冶金出版社,1994年出版)写道:“对首创者要表彰,对传播者同样也要表彰。这项技术能在我国高炉上推广就有赖于后一部分同志的不懈努力。“记得是1985年或1986年的初秋,我在辽宁兴城开会,陈培坚专程前往,建议推广钛铁矿护炉技术。他收集了几家铁厂的护炉资料,凡采用这项技术的,都有很明显的效果,当时,我是吃了一惊的。此类事是冶金部机关的职责,并且情报所更有此职能。我们没有能够尽职,却由他做了…,不久,在承德召开了第一次含钛物料护炉会议。这是一次小型会议,讨论的却是重要的问题。“到了1991年还是这位陈培坚,送来第一次会后含钛物料护炉技术推广的总结资料,我看了总结资料,很受鼓舞!“这是刘云彩发表的一篇文章里提到。我们不禁要问一下,钛矿护炉,真的好吗?
国内外学者对钛矿护炉机制进行了大量研究,主要有两种观点:一种认为钛矿护炉主要是由于铁水中高熔点钛化物析出,沉积在炉缸内衬表面起
到护炉作用;另一种认为钛矿护炉主要是由于铁水中高熔点钛化物析出,铁水黏度大幅度增加,铁水流速降低,甚至停止,发生凝固,形成富钛化合物凝铁层达到护炉效果。炉缸高温点附近铁水中钛含量达到饱和,能够析出一定量的高熔点钛化物,是决定钛矿护炉效果的关键。铁水中高熔点钛化物的析出与铁水中钛的溶解度有着重要的关系。然而,个人认为,护炉不当反而会加剧侵蚀甚至诱发烧穿,主要原因如下:
1. 保护层形成不均与局部“结瘤”
过量添加或不均匀分布:如果添加钛矿过多或分布不均(如集中在某个方向入炉),会导致Ti(C,N)在某些区域过度沉积,形成坚硬的“结瘤”或“瘤状物”。
破坏炉缸热平衡: 这些结瘤导热性差,阻碍热量传递,导致结瘤下方的耐火材料温度异常升高。
热应力集中:结瘤区域与周围耐火材料形成巨大温差和热膨胀差异,产生巨大热应力,导致耐火材料开裂、剥落。
铁水环流改变:结瘤会改变炉缸内铁水的流动状态,加剧对结瘤边缘或邻近区域的机械冲刷,形成新的侵蚀点。
2. 保护层过厚导致“悬料”或“架桥”
过度沉积:过量Ti(C,N)在炉缸侧壁或死料柱根部形成过厚的保护层。
阻碍铁水下流:过厚的保护层可能堵塞铁水流道,在炉缸悬住不动或形成“架桥”,阻碍铁水正常向下流动。
增加环流冲刷:铁水被迫改变流向,在死料柱与炉缸侧壁之间形成更强烈的环流,冲刷炉缸下部或炉底,尤其是“象脚”区域,反而加速侵蚀。
3. 钛沉积在错误位置(如炉底中心)
目标位置偏差:Ti(C,N)的沉积位置受铁水流场、温度场和浓度场影响。如果操作不当(如炉缸堆积、死料柱透液性差),钛化物可能沉积在不需要保护或相对完好的区域(如炉底中心)。
就像二十年前一样,史玉柱(个人认为他就没做过对祖国或人民有用的事)推出了一款产品叫黄金搭档,当时卖的很好,属于复合维生素矿物质补充剂,既能补充维生素(如维生素A、B族、C、D等)又能补充矿物质(如钙、铁、锌、硒等)。我就想问一下,我们的孩子没有这么可怜,一缺就缺了这么多的东西,如果有的孩子只缺钙,其他的都不缺呢?是不是不该补的也给他补了。同样道理,我们炉缸烧穿来看不是所有的地方都有可能烧穿,有可能只是局部区域,用钛矿护炉能不能在此区域沉积谁也无法保证。反而搞出了Ti(C,N)在不该沉积的地方沉积起来,在该沉积的地方倒没有沉积。
形成“蒜头”侵蚀:炉底中心本应保持良好透液性。若Ti(C,N)在此过度沉积,会导致堵塞炉底孔隙,恶化透液性。迫使铁水向炉缸侧壁边缘流动,加剧侧壁(尤其是“象脚”区域)的冲刷和热负荷。
4. 铁水物理性质恶化加剧侵蚀
铁水粘度增加:过高的[Ti]含量会显著增加铁水粘度。
流动性变差:粘稠的铁水流动性变差,在炉缸内流动阻力增大。
加剧环流冲刷:为维持出铁,需要更大的驱动力,导致铁水对炉缸侧壁(尤其侵蚀薄弱区)的冲刷力增强,反加速侵蚀。
5. 高钛渣的负面作用
炉渣变粘稠:添加过量钛矿会导致炉渣中TiO₂含量升高,使炉渣粘度增大、流动性变差。
侵蚀性增强:高TiO₂渣对耐火材料(特别是含SiO₂的陶瓷材料)的化学侵蚀性可能增强。
滞留与热传递障碍:粘稠的炉渣易滞留在炉缸内,阻碍热量通过渣层传递到冷却系统,导致炉缸局部热积聚,温度升高。
影响铁渣分离:恶化铁渣分离效果,增加渣中带铁量。
6. 容易造成炉缸堆积
钛的沉积物性质:
①.钛矿中的 TiO2在高炉下部高温还原气氛下,部分会被还原生成Ti(C,N)(碳氮化钛)。这是一种熔点极高(>3000℃)、非常致密坚硬的陶瓷质化合物。
Ti(C,N)的密度(约5g/cms)显著高于铁水和熔渣,会自然下沉。它在铁水中的溶解度很低,极易以固态微粒或沉积层的形式析出。
②.沉积位置与堆积形成:
目标位置(期望):在炉缸侧壁和炉底侵蚀严重区域(热负荷高、温度梯度大),Ti(C,N)优先沉积并粘结在耐火砖表面或凝固渣铁壳上,形成坚固的保护层,达到护炉目的。
非目标位置(问题):在炉缸中心死焦堆区域、炉芯焦床根部、铁口通道下方等熔体流动性较差、温度相对较低、铁水滞留时间较长的区域,Ti(C,N)微粒也容易沉积下来。
堆积过程:沉积的Ti(C,N)微粒像“泥沙”一样逐渐堆积。它们会:堵塞焦炭空隙,降低死焦堆的透气透液性,阻碍铁水顺利流向铁口。粘结焦炭颗粒,使原本疏松的焦炭,变得致密、板结。会形成硬质堆积层,随着沉积物不断积累最终在炉缸底部中心或特定区域形成物理性的、坚硬的堆积体。③,加剧堆积的因素:
过量使用钛矿:钛负荷(吨铁TiO2加入量)过高是主因。护炉效果与堆积风险成正比。
炉缸活跃度不足:死焦堆不活跃、透液性差、铁水环流弱、炉缸温度分布不均(中心过冷)等,为沉积提供了理想环境。
总结:钛矿护炉是一把“双刃剑”
钛矿护炉是一项有效的技术,但其核心机制(Ti(C,N)沉积)本身就是一把双刃剑。在炉缸侧壁需要保护的部位沉积是有益的,而在炉缸中心区域沉积则必然导致堆积问题。“容易造成炉缸堆积”是钛矿护炉技术固有的、难以完全避免的风险。成功应用的关键在于精细化的操作管理:精确控制钛负荷、时刻关注并维护炉缸活跃度(特别是中心区域)、保证充足的物理热和良好的铁水流动性、以及强化出铁操作。必须将护炉操作视为一个动态平衡的过程,持续监控并根据炉缸状态及时调整策略,才能最大化护炉效果,同时最小化炉缸堆积的风险。
科学合理使用:基于精准监测(热电偶、水温差、侵蚀模型),在侵蚀风险区域(主要是象脚区)适时、适量、精准添加钛矿,促进形成均匀、适度的Ti(C,N)保护层,是预防烧穿的有效手段。
不当使用则成灾:过量添加、时机错误、分布不均、忽视配套操作等因素,会导致Ti(C,N)沉积在错误位置、形成破坏性结瘤、改变铁水流场、恶化铁渣性质,最终加速侵蚀、诱发局部过热或机械破坏,成为烧穿的直接推手。
因此,钛矿护炉必须作为一项精密调控技术来执行,需结合实时炉缸状态诊断、精细操作和严格的监控,绝非简单的“多加钛矿就安全”。操作不当,非但不能护炉,反而可能成为点燃灾难的导火索。
(责任编辑:zgltw)







