本钢转炉复吹长寿命维护与应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：温海溪（1977），男，汉族，毕业于东北大学冶金工程，工程师，研究方向为转炉炼钢。-180-本钢转炉复吹长寿命维护与应用 温海溪 本钢集团有限责任公司炼钢厂，辽宁 本溪 117000 摘要：摘要：复吹转炉综合了顶吹转炉反应速度快，底吹转炉吹炼平稳的优点，同时避免了顶吹转炉易喷溅、底吹转炉不易化渣的缺点，所以全世界的大型转炉炼钢厂均采用了该项先进工艺。本钢炼钢厂转炉采用复吹炼钢工艺后，使转炉炼钢工艺更加合理，反应更加趋近平衡，提高了钢水质量，获得更高的经济效益。本文论述了长寿复吹技术在本钢转炉上的应用。通过详细的底吹维护技术，使复吹寿命得到大幅度提高，强化了炉内的搅拌效果，使得炼钢过程反应趋近平衡状态进行，取得了良好的冶金效果。关键词：关键词：转炉；复吹；造渣；溅渣；冶金效果 中图分类号：中图分类号：TF713 1 本钢炼钢厂冶炼工艺流程 本钢炼钢厂现在已经形成了“铁水预处理转炉冶炼炉外精炼（AHF、RH-TB、LF-IR）连铸”的一整套国际先进工艺装备和技术水平的冶炼设备。2 本钢转炉底吹模式 本钢炼钢厂转炉采用综合砌筑，炉底砖长 1.2m，炉身及炉帽砖长700mm，新区4#6#转炉容积132.07m3，炉容比 0.73。老区 1#、2#、3#、7#转炉容积 141.36m3，炉容比 0.79。炉底复吹分环缝和集束式两种形式，1#6#转炉为 6 支底吹枪，7#转炉为 8 支底吹枪，4#、5#转炉底吹呈 60 度角均匀分布在圆周上。其余转炉底吹按蝶形分布。1#、2#、3#、7#转炉为环缝式复吹枪，由北京钢铁研究总院冶金工艺技术研究所提供，环缝式复吹枪是由三层无缝钢管制成的同心圆管，外管壁直径 28mm，中层管外壁直径 21mm，内层管外径 15mm，中间芯部用镁砂捣实，通过三层管形成的两层环缝供气，供气截面积 129mm2。4#、5#、6#转炉为集束式复吹枪，由北京钢研新冶工程技术中心有限公司提供，集束式复吹枪是由 48支外径 4mm，内径 2mm 的钢管平均分布在 0.01 平方米面积的炉底砖上，通过钢管中心的细孔供气，供气截面积 151mm2。本钢底吹供气为氮气和氩气，吹炼 5 分钟氮气自动切换为氩气，氮气压力 16#转炉最高可达到 1.31.4MPa，7#转炉最高可达到 1.71.8MPa，氩气压力最高可达到 2.22.3MPa。1#6#转炉最大供气强度0.150.18Nm3/t.min，单支 0.0250.03Nm3/t.min。气 源 取 自 中 压 氮 气，7#转 炉 最 大 供 气 强 度0.3Nm3/t.min，单支 0.037Nm3/t.min，气源取自高压氮气。3 底部供气元件的维护技术 3.1 底部供气元件侵蚀机理 透气砖在接近熔池和远离熔池或在热端和冷端间温度梯度很大。随透气砖不断蚀损，覆盖渣将不断补充。吹炼前期透气砖较长，处于高温区易于受热震引起热应力导致剥落而蚀损速度较快，但随透气砖因蚀损变短逐渐进入低温区并受覆盖渣保护而蚀损速度减缓。故其蚀损主要在前中期。3.2 底部供气元件维护思路 供气强度要适度，不是越大越好；因供气强度越大，底吹砖侵蚀速度越快。炉底及供气元件周围严禁见砖，否则侵蚀过快，严重降低底吹寿命。炉底渣厚度应控制在 50mm 至 200mm 之间，炉底渣厚度200mm 时，底吹效果逐步减弱直至为零。但有时控制不当造成炉底下降，炉底工作层最低不能低于400mm。3.3 底吹供气强度及供气模式 根据本钢复吹转炉产品要求及实际运行维护情况，制定了 A、B、C、D 四种供气模式。复吹工艺的底部供气强度及复吹工艺底部供气模式如表 1 及表 2 所示。A、B、C、D 四种供气模式供气强度逐步增加，A 模式及 B模式在吹炼期间前期与后期供气强度一致，C 模式及 D模式在吹炼期间前期与后期供气强度逐步增大。中国科技期刊数据库 工业 A-181-表 1 复吹工艺的底部供气强度 供气模式 吹炼前期供气强度/(Nm3t-1min-1)吹炼后期供气强度/(Nm3t-1min-1)A 0.028 0.028 B 0.033 0.033 C 0.039 0.044 D 0.056 0.067 表 2 复吹工艺底部供气模式/（Nm3h-1）模式 准备 期 兑铁 期 吹炼 前期 吹炼 后期 副枪 测试 点吹 人工 测试 等待 出钢 吹氩 溅渣 倒渣 A 300 300 300 300 300 300 270 270 270 300 270 B 360 360 360 360 300 360 300 300 300 360 300 C 360 360 420 480 420 480 300 480 360 480 300 D 360 480 600 720 600 600 480 600 480 840 600 底吹气体 N2 N2 N2 Ar Ar Ar Ar Ar Ar N2 N2 表 3 炉渣终点成份 终点碳含量 终渣 R 终渣（MgO）/终渣（FeO）/出钢C0.05 3.23.5 9.011.0 15.0 出钢C0.05 2.93.1 8.09.0 13.0 3.4 底部供气元件维护措施 3.4.1 底吹模式选择依据 炉役前期炉底砖及供气元件外露时，底吹供气强度应尽量偏低，因供气强度越大，形成“水锤”冲刷，底吹砖侵蚀速度越快。待炉底均匀覆盖 100mm 左右渣层时，复吹风口呈弥散状时，底吹供气强度应适当提高。待炉底均匀覆盖 200mm 左右渣层时，复吹风口呈模糊或者不可见状态时，底吹供气强度应选用最大模式。冶炼低碳钢时，底吹尽量采用较低的供气强度，冶炼中碳钢，底吹供气强度应适当增大。3.4.2 造渣制度（1）针对不同的铁水条件和钢种采用不同的造渣操作制度，使炉渣的碱度、氧化镁、氧化铁含量的控制进一步趋于合理，同时根据炉底实际情况进一步调整造渣制度。（2）温度和成分的控制。在满足钢种要求的范围之内，尽量降低终点温度，避免高温钢，杜绝二次点吹升温；在满足需求、终点成分及温度的要求下，尽量提高终点碳，降低终点氧和渣中氧化铁。3.4.3 溅渣护炉工艺制度（1）制定合理溅渣时间。正常情况下，本钢溅渣时间控制在 4min 之内，有效的溅渣时间严格控制在2min30s3min 之内。（2）控制合理的溅渣渣量。炉渣较稀时或渣量较大时，在溅渣前必须先倒出部分炉渣，溅渣渣量的控制以不加或少加改渣剂为原则。（3）控制合理溅渣枪位。前期适当窜枪，保证炉渣充分降温，然后采用高枪位溅渣，再根据起渣的状况逐渐降低枪位。（4）严格控制剩钢溅渣。避免溅渣时把钢水粘到炉衬和喷嘴金属套管和护砖上，降低喷嘴金属套管和护砖的抗侵蚀性，降低复吹寿命。3.4.4 粘渣挂炉制度 在炉役初期或炉底见砖时，溅完渣后，通过前后摇炉将炉内的稠化的炉渣粘接在炉底的挂渣操作，在炉底尽快形成一层保护渣层，避免底吹枪体喷嘴和护砖被侵蚀。3.4.5 避免长时间热停 尽量缩短冶炼周期，减少炉与炉之间的间隔，避免炉衬的急冷急热，避免长时间的热停及设备检修。热停时间长的炉次，容易造成炉底粘渣滞留炉底，造成炉底渣层过厚，堵塞供气元件，一般转炉在停炉后，可持续大流量供气一段时间，将风口周围的炉渣吹走，避免聚集，减轻底吹风口的渣层覆盖。开炉后可以通过降低 MgO 含量，拉低碳出钢，提高对炉底的冲刷，来降低长时间热停后的炉底渣层厚度。3.4.6 冶炼钢种调整 当炉底上涨较严重，喷嘴位置模糊不清时，适当冶炼一些低碳、高温、低磷硫的钢种，保证钢水对炉底粘渣的冲刷，避免炉底上涨，避免底吹喷嘴被炉底粘渣覆盖，保证复吹供气元件的清晰可见，保证复吹转炉的冶金效果。当炉底下降较快，喷嘴和护砖外露时，要冶炼一些低温、高碳、对磷硫要求不严格的钢种，保证喷嘴及护砖能被粘渣包裹，随着冶炼炉数的中国科技期刊数据库 工业 A-182-增加，喷嘴逐步形成弥散型供气，形成一层保护层。3.4.7 控制炉底上涨（1）炉底吹扫。溅渣结束后，采用适当流量用氧气吹扫 2-3min，效果较好。（2）兑铁弱供氧。炉衬得到充分冷却后，兑少量铁水，供氧使之过氧化，用高温氧化铁冲刷炉底。（3）高温、高氧化钢水泡炉底。提前 5min 左右节奏兑铁，吹炼结束后利用等样时间进行泡炉底，效果较好，且对溅渣层损伤较少。3.4.8 避免炉底高低不均 当部分供气元件可见而另一部分供气元件不可见时，为避免单侧炉底上涨或下降，可通过调整单个供气元件的供气强度范围来进行调整，避免局部底吹上涨及侵蚀。4 目前所达到的冶金效果 4.1 复吹寿命 通过对制作转炉复吹砖原材料的优化和集束式复吹砖型的重新设计，实现了本钢复吹寿命与炉龄同步，供气元件运行正常且碳氧积效果较好。3#转炉 5400 炉时所拍摄的底吹情况如图 1 所示：图 1 5400 炉时底吹情况 4.2 炉型控制 目前各台炉子炉膛形状非常良好，炉衬各个部位非常均匀，没有出现个别部位较厚、个别部位侵蚀严重的情况，同时炉底的控制也较好，液面上涨最大不超过 300mm，避免了各种冶炼和操作事故的发生。4.3 转炉液面控制 对转炉炉役开始至 5400 炉的液面进行整理分析，转炉液面控制趋势如图 2 所示，转炉液面基本上控制在300mm 至300mm 之间，整个过程控制较理想，炉底运行基本比较平稳，为实现复吹良好的冶金效果创造了条件。所以实现液面长时间稳定的运行是保证复吹效果的必要保证。图 2 转炉液面控制趋势 4.4 炉底渣层厚度与碳氧积的关系 从图 3 可以看出，复吹转炉碳氧积与炉底渣层厚度基本成正比，渣层薄时碳氧积较低，渣层厚时碳氧积较高。所以控制碳氧积必须尽量降低炉底渣层厚度，但当炉底渣层厚度大于 300mm 时，则复吹效果基本不明显，同时在炉底裸露见砖时，碳氧积效果并不是最好，所以关于炉底渣层厚度控制要求是在50mm 至250mm 之间有效果，且炉底渣层厚度越低，碳氧积效果越明显，但为了预防炉底波动，炉底渣层厚度应控制在100mm 至200mm 之间。图 3 炉底渣层厚度与碳氧积的关系 4.5 复吹对终点碳氧积的影响 采取复吹冶炼工艺，强化了炉内的搅拌效果，惰性气体增加了熔池内 CO 的减压作用，大大增加了 C-O反应界面。特别是增加转炉吹炼末期熔池的搅拌强度，在使钢液中发生的 C-O 反应更加趋近平衡的同时，还中国科技期刊数据库 工业 A-183-可以避免冶炼低碳钢时的钢水过氧化的问题。复吹吹炼不同终点碳区间碳氧积对比，复吹转炉碳氧积均有不同下降，但在低碳区间，复吹对降低碳氧积的效果更明显。说明采用复吹技术后，C-O 反应接近平衡状态进行。而且终点碳越低，碳氧积越小，底搅效果越好。图 4 不同碳含量区间碳氧积对比 4.6 复吹对终渣氧化性的影响 由于复吹转炉熔池搅拌加强，使渣钢之间反应更趋于平衡，从而使倒炉氧含量及炉渣（FeO）降低，复吹与顶吹转炉终点对比如表 4 所示，本钢复吹转炉相对于顶吹转炉倒炉氧含量降低 115ppm，炉渣（TFeO）降低 4.4。表 4 复吹与顶吹转炉终点对比 倒炉氧含量/ppm 炉渣（TFeO）/顶吹转炉 563 19.4 复吹转炉 448 15 降低 115 4.4 4.7 复吹对供氧时间的影响 复吹工艺增加了底吹搅拌措施，在均匀钢水温度和成分的同时，消除了熔池反应严重不均匀现象，间接提高了顶吹氧气的利用系数，达到了间接缩短供氧时间的效果。通过统计得出，复吹转炉平均每炉氧耗为 7928Nm3，非复吹转炉平均每炉氧耗为 8654Nm3，每炉降低氧耗 726 Nm3，氧气利用率提高 8.4；复吹转炉供氧时间平均为 752 秒，非复吹转炉平均为 830 秒，每炉供氧时间缩短 78 秒。4.8 复吹对降低脱氧剂消耗的影响 由于复吹转炉倒炉氧含量明显比顶吹转炉低，所以在脱氧过程中节约了大量的脱氧剂。复吹转炉倒炉氧含量平均为 448ppm，非复吹转炉倒炉氧含量平均为563ppm，倒炉氧含量下降了 115ppm；复吹转炉脱氧剂铝消耗每炉 127kg，非复吹转炉脱氧剂铝消耗每炉176kg，脱氧剂消耗每炉节约 49kg。5 存在的问题（1）本钢 1#6#转炉底吹阀室没有预留增加底吹数量的管道，且 1#、4#、5#、6#转炉旋转接头处安装滑板管路，不具备增加底吹数量的条件，唯有 7#转炉预留两路管道，可增加 4 支底吹枪。另外，设备陈旧，4#6#转炉阀室的设备已经使用 10 年以上，且没有安装稳压的风包，底吹压力和流量表计量波动大。（2）检查和检修时间少。生产过程中常出现底吹尾管漏气现象，由于生产节奏原因，一旦漏气，没有及时检修，长时间就会造成支管路堵塞。（3）等钢包、剩钢、兑铁等节奏现象普遍，钢水浸泡炉底，导致侵蚀快。（4）转炉炉衬砖的原材料品位和质量波动。6 结论（1）合理控制及维护炉底，避免炉底急剧下降或急剧上涨，保证炉底渣层厚度控制在 50-200mm 之间是保证复吹效果的关键。（2）底吹供气强度必须根据钢种要求、炉底状况、供气元件状态进行动态调整。（3）通过采取一系列行之有效的工艺措施，使碳氧积效果在预期的范围内波动，保证了冶金效果，取得了显著的经济效益和社会效益。（4）目前本钢复吹寿命经过采取有效的工艺措施，使复吹寿命与炉龄达到同步。参考文献 1陈家祥.钢铁冶金学(炼钢部分)M.北京:冶金工业出版社,1990.2王雅贞,李承祚.转炉炼钢问答M.北京:冶金工业出版社,2003.