炼钢转炉复吹存问题及探讨

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　炼钢转炉复吹存在的问题及探讨 摘

　要：

　介绍了攀钢炼钢转炉复吹技术的发展历程,并对攀钢120 吨炼钢转炉复吹存在的问题进行分析， 提出了提高透气砖使用寿命及复吹系统改进的方向和对策。

　关键词：

　炼钢转炉 复吹 透气砖 供气系统PROBLEM AND DISCUSSION ABOUT THE COMBINED2BLOWINGOF STEELMAKING CONVERTER Zhang Huai (Vanadium Recovery and Steel Plant of PZH Steel ,Panzhihua 617062 ,Sichuan ,China) [Abstract] In this paper , the couse of the combined2blowing technological development about the steelmaking converter of PZH Steel is int roduced ,and the combined2blowing problems about the 120t steelmaking converter of PZH Steel are analyzed , the direction and countermeasure are put forward about improving the use life - span of gas supply brick and ameliorating the combined2blowing system. [ Key words] steelmaking converter ,combined2blowing ,gas supply brick ,gas feed system

　1 引 言 攀钢于 1984 起就进行了 转炉顶底复合吹炼技术的研究， 1985 年 10 月25 日 首次在 1#转炉上成功实现了 顶底复吹。

　攀钢的复吹技术历经 20 余年的发展， 从透气砖的砖型设计、 砌筑及工艺布置， 复吹工艺的优化研究， 底吹设备的改造换代， 透气砖的维护， 复吹系统的管理等多方面做了 大量的工作， 取得了 许多阶段性的成果， 半钢炼钢的技术经济指标一定程度得到了 改善。

　近两年多来由于诸多因素影响， 透气砖平均寿命较低， 均在 1500炉以下， 甚至出现开炉后 100 多炉就从透气砖尾管处漏钢致使复吹不能正常进行， 严重影响了 复吹冶金效果的发挥， 一定程度制约着攀钢效益的提高。

　1999 年至 2005 年炼钢转炉的复吹比见图 1。

　由图 1 可见， 复吹比波动较大， 2003 年达 50.5%， 创近年最高记录， 2004~2005 年则显著降低。

　另 外，由于诸多实际因素影响， 复吹透气砖在线快速热更换技术至今未能实施。为此， 本文就复吹透气砖使用寿命较低及存在的其他问题进行研究和探讨，并提出复吹优化的对策， 旨在对复吹优化有一定的参考和借鉴作用。

　33. 810. 941. 247. 550. 522. 219. 00. 020. 040. 060. 01999200020012002200320042005年份复吹比/%

　图 1

　1999~2005 年炼钢转炉复吹比 2 复吹主要设备装备及生产工艺条件 2.1 主要设备装备 2.1.1 转炉 攀钢提钒炼钢厂始建于上世纪 60 年代末， 1#、 2#、 3#炼钢转炉公称容量均为 120 ， 平均出钢量 135 ， 开新炉炉膛直径 4450mm， 高度 7920mm，球型炉底， 球缺高度 510mm， 炉容比 0.86m3/t， 炉衬工作层采用镁碳砖。

　2.1.2 顶吹 采用喷头周边 5 孔、 喷孔喉口 直径 35mm 及出口 直径 46.4 mm、 喷孔夹角 15° 、 马 赫 数为 2.05 的 大流 量氧枪进行顶 吹氧， 氧气 工 作 压 力0.80~0.90MPa， 氧枪正常操作枪位 1.5m（ 枪头距熔池液面的高度）。

　 2.1.3 底吹 攀钢于 1996 年科技立项， 在炼钢转炉基础自 动化改造的同时对复吹系统进行改进， 1#、 2#、 3#转炉分别于 1997 年 1 月 、 6 月 、 7 月 改造完毕。

　改造后的底部供气系统示意图见图 2。

　底吹采用定向多微管型供气元件， 供气强度为 0.03~0.06Nm3/（ min·t）， 强搅可达 0.10Nm3/（ min·t）。

　图 2

　底部供气系统示意图 2.2 生产工艺条件 转炉炼钢采用分阶段恒量装入制度， 总装入量 135~155 吨/炉， 主要用提钒后的半钢炼钢， 受提钒能力等因素的限制， 有时也用含钒钛铁水炼钢；采用单渣法多批料造渣制度， 炉渣二元碱度 R(m(CaO)/m(SiO2))3~4， 主要造切断阀

　调节阀

　氮气包流量检测

　 压力检测

　 分配联箱 氩气包耳轴穿管

　No.8

　IIa 管No.1 IIb 管No.2 I 支管

　 Ib 管II 支管

　Ia 管No.4

　No.7

　转炉 No.3

　No.5

　No.6

　渣材料理化指标见表 1； 2003 年 9 月 1#方坯连铸建成投产后逐步取消了 模铸工艺并于 2004 年上半年实现全连铸， 转炉炼钢采用“增碳法” 冶炼， 终点钢水 w(C)0.03%~0.15%， 出钢温度主要分布在 1660℃~1700℃。

　表 1

　主要造渣材料理化指标 造渣材料 理化指标 CaO/% SiO2/% MgO/% Al2O3/% MnO/%S% P% 其他 活性石灰 ≥88.0

　 ≤0.06≤0.06 ≤0.06 烧损≤10.0% ≤0.06 ≤0.06 烧损≤14.0% ≤0.06 ≤0.06 烧损≤14.0% ≤0.10 ≤0.10

　活性度≥330ml 高镁石灰 一级品 ≥50.0 二级品 ≥47.5 二级品 ≥45.0 复合造渣剂

　≥35.0≥32.5≥30.0

　≥5.0 52.0~60.0

　≤8.0 ≥6.0 3 复吹存在的问题及分析 3.1 透气砖蚀损过快 结合生产实践分析认为：

　透气砖蚀损过快主要归结于低吹率较高。

　低吹造成冶炼终点炉渣 w(TFe)和钢水 w(O)较高。

　从 65 炉钢终点渣取样化检情况看， 钢渣 w(TFe)为 17.27~38.84%， 平均 27.95%， w(TFe)>25%占 69.81%。从部分炉次钢水定氧情况看， 许多炉次 w(O) >1000× 10-4%甚至达到了 1500× 10-4%。

　再加之透气砖维护不力， 透气砖端部很难形成炉渣-金属蘑菇头覆盖层， 加剧了 透气砖的蚀损。

　由于面临铁水资源短缺和市场严峻的竞争， 废钢铁消耗逐年攀升， 2000年~2005 年上半年入炼钢转炉的废钢铁消耗见图 3。

　2004 年起， 公司实施 “吨铁吨钢”， 废钢铁消耗急剧增加， 日 消耗量最高达 230 kg/t， 而入炉的半钢条件（ C、 S、 T）

　则由于钒渣品位、 产量和市场行情的客观要求并未得到相应改善。

　随机抽取统计数据进行比较可知， 实施“吨铁吨钢” 后半钢条件确无改善， 反倒因保钒渣甚至有下滑的趋势， 如 2004 年第四季度的半钢条件就不及 2003 年同期水平， 具体比较见表 2。

　废钢铁消耗的增加， 不仅加剧了 对炉底及透气砖的硬性机械冲击， 也使低吹率明显上升， 最严重时低吹率竟超过 30%。

　在“吨铁吨钢” 条件下， 攀钢自 产废钢铁产量远不能满足生产实际需

　要， 社会外购废钢铁的用量逐步增大， 而外购废钢铁成分复杂， 质量波动大 ， 供 应 厂 家 多 达 40 家 ， 有 些 厂 家 甚 至 被 检验 出 w(S)>0.100%或w(P)>0.200%。

　由于废钢铁堆放场地有限， 再加之资源不足， 来不及等到废钢铁化检成分出来就已经加入到炉内进行冶炼， 造成许多炉次“拉碳” 硫高、 磷高， 只 有通过加料、 补吹延长吹氧时间氧化过量的碳甚至铁的措施去除硫、 磷， 低吹炉数增多。

　废钢铁消耗/23. 4135. 9382. 4101. 7163. 9164. 601002002000年2001年2002年2003年2004年2005年年度（kg/t) 图 3

　2000 年~2005 年上半年废钢铁消耗情况 表 2

　2004 年第四季度与 2003 年同期半钢条件及废钢铁消耗比较

　半钢质量 S/% 废钢铁消耗/(kg/t) C/% T/℃ 1348 1331 2003 年第四季度 2004 年第四季度 4.04 3.96 0.013 0.011 131.4 180.1 脱硫 III 部于 2004 年年底建成投产， 投产初期， 由于脱硫剂质量波动大， 扒渣机扒渣效果差， 工艺参数及操作控制的最优化也在摸索过程中，脱硫效果控制不稳定， 铁水脱硫后回硫现象频繁， 造成部分罐次硫入炼钢转炉超标， 转炉脱硫任务加重， 低吹难以控制。

　钢材市场对高附加值的超低碳钢(w(C)≤ 0.007%)及低硫磷钢种（ w(S)≤ 0.010%或 w(P)≤ 0.015%）

　的需求增大， 为满足该类钢种的冶炼， 必须低吹才能将碳、 硫、 磷控制到钢种要求， 低吹比率提高。

　另 外， 攀钢自 实现全连铸后， 转炉实行“增碳法” 取代“拉碳法”

　冶炼， 全部钢种均采用低碳钢冶炼模式， 一定程度上也对透气砖的蚀损产生了 影响。

　采用“增碳法” 冶炼， 有利于简化炼钢工艺、 提高废钢比及降低高中碳钢的脱磷难度， 但同时也使终点钢水平均碳含量显著降低， 平均出钢温度提高约 25℃， 钢水及炉渣氧化性较强， 加速了 炉底透气砖的蚀损。

　3.2 透气砖的结构设计欠合理

　透气砖内嵌 27 根Φ5× 1mm 的不锈钢毛细管， 采用中心 1 根， Φ60mm的圆周上 9 根及Φ105mm 的圆周上 17 根的布置方式。

　中心毛细金属管正对供气主管， 削弱了 其它毛细管的气量， 再加之透气砖气室的内腔高度 16mm太低， 不利于毛细管间的气流分配及稳定供气， 均造成了 部分毛细管容易因气量的波动而发生堵塞。

　武钢二炼钢 80 吨转炉定向多微管型供气元件的气室高度竟达到了 60mm[1]。

　3.3 透气砖气室材质差 透气砖气室钢结构采用 A3 钢， A3 钢基本无抗氧化能力， 温度大于450℃时容易氧化剥落而损坏， 温度高于 700℃时焊点处金属材料晶界间易富集非金属夹杂， 易开焊导致漏气。

　经测算， 现冶炼条件下透气砖底部温度远高于 700℃， 明显高于 A3 钢的正常使用温度及焊点使用温度， A3 钢不能满足使用要求。

　3.4 供气系统保障能力不足 底吹控制系统的可靠性是影响复吹透气砖寿命的重要因素， 实际生产中多次出现开炉后短时间内因控制系统不可靠导致透气砖堵塞的现象。

　供气系统保障能力不足主要表现为：

　一是底吹供气气源不稳定， 氮气、 氩气压力流量时有较大波动， 引 发钢水倒灌进入透气砖毛细管而发生堵塞； 二是现有复吹系统各种阀门、 仪表、 输送管道等出现故障的频率高， 系统控制的精确性和稳定性差； 三是对底部供气系统设备日 常维护不足。

　3.5 供气管网设计的合理性仍需探讨 溅渣护炉与 底吹共用一套氮气供应系统， 单座转炉溅渣时氮气瞬时流量在 20000Nm3/h 左右， 必然造成底吹氮气压力波动， 多座转炉同时溅渣表现更甚， 很容易造成透气砖堵塞。

　另 外， 底部供气总管压力较低， 仅为 1.2MPa左右， 而国内同类转炉氮氩总管压力一般均在 1.6MPa 以上。

　3.6 供气模式仍需优化 目 前底吹采用两种供气模式， 分别见图 4、 图 5。

　 图 4

　新开炉~100 炉底部供气模式

　图 5

　开炉 100 炉后底部供气模式 从图 4、 图 5 可看出， 冶炼过程中拉碳倒炉、 补吹倒炉及倒炉出钢均将氩气切换成氮气， 而拉碳、 补吹是计算机根据开关氧切断阀的状态进行逻辑判断， 倒炉、 出钢则是根据转炉倾动角度信号来进行逻辑判断， 无论是拉碳倒炉、 补吹倒炉及倒炉出钢， 透气砖仍有部分时间浸泡在钢水中， 会使钢水增氮， 影响钢质。

　国内钢厂一般将冶炼前期和后期的分界点确定为氮氩的切换点， 切换时间为纯吹氧时间的 2/3 左右， 在拉碳倒炉、 补吹倒炉时不进行氮氩切换， 一直到出钢毕或出钢约 1/2 时才将氩气切换成氮气。

　3.7 操作仍需优化及规范 极个别炉长及维护人员 对复吹重视程度不够， 对底吹透气砖工况掌握不及时、 不准确， 透气砖维护不力； 因操作工操作失误， 冶炼时对温度估计不足，“拉碳” 温低， 或造渣控制不好， 炉渣“返干”，“拉碳” 时钢水硫、磷没有达到钢种要求， 造成一些炉次低吹； 另 外， 也出现底吹系统工况异常时操作工未及时发现错过了 最佳处理时机。

　3.8 其他问题 透气砖质量不稳定， 有时候开炉就出现堵塞迹象； 两块透气砖供气，供气强度Nm3/(min.t) 0.04 0.02 0.06 N2 N2 Ar N2 Ar N2 非生产

　 开吹

　 14min

　倒炉

　补吹

　倒炉、 出钢、 溅渣

　0.03 供气强度Nm3/(min.t) 0.04 0.02 0.06 N2 N2 Ar N2 Ar N2 非生产

　开吹

　14min

　15min

　 倒炉

　补吹 倒炉 补吹

　倒炉、 出钢、 溅渣

　0.03 Ar N2 0.06 0.03 0.06 0.06 Ar

　单砖供气冶金负荷大， “气泡反击”、“水锤冲刷”、“凹坑熔损” 也越严重，不利于提高透气砖的寿命， 同时因单砖供气强度大且供气相对集中， 倒炉困难， 倒炉时间长， 影响冶炼周期； 无防止底吹供气元件堵塞的设备保障措施， 对复通技术研究不够深入； 复吹管理制度仍需完善。

　 4 复吹优化的对策及探讨 4.1 改进透气砖结构及气室钢结构材质 4.1.1 加长透气砖 原透气砖的长度为 820mm， 砌筑在 115mm 厚镁碳质加厚层上， 结合炉底 砌筑结构， 可将透气砖加长 200mm 并将透气砖直接砌筑在两层（ 65mm+65mm）

　永久层上， 既可增加工作层厚度以延长透气砖寿命， 又为气室内腔增高创造条件。

　另 外， 为方便尾管焊接， 将透气砖金属尾管长度由 100mm 增加到 300mm， 以使尾管延长到炉底钢壳外。

　4.1.2 改变透气砖毛细管的布置及气室内腔尺寸 取消透气砖中心毛细管， 并调整毛细管间距， 以增强透气砖毛细管区域抵抗蚀损的能力。

　即不改变毛细管总根数而重新布置：

　将布置在Φ60mm圆周上的 9 根毛细管布置到Φ75mm 圆周上， 管间中心距 26.2mm， 管间耐材厚度 21.2mm； 将布置 17 根毛细管的Φ105mm 圆周扩大至Φ155mm 并布置 18 根毛细管， 管间中心距 27mm， 管间耐材厚度 22mm， 并相应将原气室直径由 160mm 增大至 200mm。

　另 外， 将气室内腔高度增大至 60mm， 确保毛细管间气流分配更趋均衡、 稳定。

　4.1.3 改进透气砖气室材质 透气砖气室钢结构采用耐高温抗氧化钢种如 12CrMo 等替代 A3 钢。

　4.2 炉底设置 4 块透气砖

　在转炉大修期间对转炉耳轴穿管及底吹系统进行改造， 增设两套供气管路及控制元件， 以便炉底布置 4 块透气砖。

　透气砖在炉底具体布置见图 6。

　图 6

　炉底透气砖布置方案 4.3 改进底吹供气系统 利用转炉改造时机对底部供气系统的管路、 阀门、 仪表进行全面改造和升级换代； 改进现用流量表以便现场直观观察流量及压力； 对氧气厂进行技术改造或扩建， 切实保障底部供气总管压力稳定且≥ 1.6MPa。

　4.4 应用底吹防堵技术 为避免底部供气元件堵塞， 除采取控制炉底上涨≤ 200mm 和溅渣时应适当增大底吹气体压力及流量的措施外， 应用底吹防堵技术。

　4.4.1 底吹防堵设备保障 从设备维检上保证...

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