轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)在寶鋼的應(yīng)用和發(fā)展.doc

轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)在寶鋼的應(yīng)用和發(fā)展摘要：介紹了寶鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了目前復(fù)吹的工藝參數(shù)和特點(diǎn)，比較了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的冶金效果，說(shuō)明了裸露的底吹風(fēng)口有利于鐵水錳回收率的提高、轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量的降低、轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積的下降以及脫磷、脫硫能力的提高。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼，復(fù)合吹煉，冶金效果Application and Improvement of Converter Combined Blowing Technology at BaosteelJiang Xiao-fang, Zhang Geng, Mou Ji-ning(Steelmaking Plant of Baosteel Branch, Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd.) ABSTRACT：The development course of Baosteel converter combined blowing technology is introduced. Current combined blowing technical parameters and characteristics are described. Metallurgical effects of combined blowing converters under different conditions of bottom tuyeres are compared. Results indicate that the technology of bottom tuyeres without block is favorable to increasing recovery yield of manganese in hot metal, decreasing total iron in finishing slag, lowering %C%O of liquid steel at end point and increasing efficiency of dephosphorization and desulphurization. KEY WORDS：converter steelmaking, combined blowing, metallurgical effect1 前言 氧氣轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉是20世紀(jì)70年代末世界煉鋼領(lǐng)域中發(fā)展起來(lái)的，兼有頂吹法和底吹法兩者的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，能夠較容易地將原有頂吹轉(zhuǎn)爐改造為頂?shù)讖?fù)合吹煉裝置，發(fā)揮短期見(jiàn)效的優(yōu)勢(shì)。因此，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉法在世界各國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用并不斷發(fā)展，到目前為止，已發(fā)展了幾十種復(fù)合吹煉工藝。如果按照底吹氣體的種類、噴吹量以及風(fēng)口結(jié)構(gòu)的不同，可分為20余種模式的復(fù)吹方式；如果按照使用目的大致可分為三種類型：(1)弱攪拌型復(fù)合吹煉：這種類型是以提高產(chǎn)品質(zhì)量為主，適合冶煉各種鋼種。(2)強(qiáng)攪拌型復(fù)合吹煉：這種類型是以提高產(chǎn)量為主，較適合冶煉低碳鋼。(3)強(qiáng)化冶煉、提高廢鋼比的復(fù)合吹煉：這種類型適合于高廢鋼比的冶煉條件1。寶鋼一煉鋼目前有3座300轉(zhuǎn)爐，于1985年9月投產(chǎn)，1990年6月改造為頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，主要底吹氣體為N2和Ar，目前供氣強(qiáng)度0.0220.25m3/min.t，屬于弱攪拌型復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐。寶鋼二煉鋼有2座250t轉(zhuǎn)爐，于1998年4月投產(chǎn)，底吹N2和Ar氣，供氣強(qiáng)度0.0050.15m3/min.t，同樣屬于弱攪拌型復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐。寶鋼轉(zhuǎn)爐實(shí)施復(fù)吹工藝技術(shù)以來(lái)，由于復(fù)吹工藝本身所具有的良好冶金效果，不僅為寶鋼創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且為提高寶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量創(chuàng)造了條件，特別是為寶鋼開(kāi)發(fā)高難度高附加值的新鋼種提供了良好的條件，如寶鋼近年來(lái)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的抗氫致裂紋X60、X65管線鋼，均采用了寶鋼自主開(kāi)發(fā)的BRP技術(shù)2，該技術(shù)的關(guān)鍵之一就是轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)。2 寶鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)的發(fā)展歷程2.1 引進(jìn)消化階段（1990年2000年）寶鋼300t轉(zhuǎn)爐在1990年6月開(kāi)始采用頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)，底吹供氣強(qiáng)度為0.0220.11m3/min.t3，轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口有2個(gè)，沿轉(zhuǎn)爐耳軸方向布置，2個(gè)風(fēng)口間距1m，每個(gè)風(fēng)口單獨(dú)控制可以根據(jù)每個(gè)風(fēng)口的不同狀態(tài)進(jìn)行底吹氣體流量的獨(dú)立調(diào)節(jié)，達(dá)到風(fēng)口不易堵塞的目的，復(fù)吹的冶金效果比較顯著。但是，由于只有2個(gè)風(fēng)口，轉(zhuǎn)爐底吹要達(dá)到一定的攪拌能力，每個(gè)風(fēng)口的流量相對(duì)較大，造成風(fēng)口的侵蝕速度比較快，因此，底吹風(fēng)口的壽命不長(zhǎng)。從1990年到1995年期間，雖然底吹風(fēng)口壽命最長(zhǎng)達(dá)到3242爐，但年平均底吹風(fēng)口壽命最長(zhǎng)才達(dá)到2433爐。 1996年對(duì)2號(hào)和3號(hào)轉(zhuǎn)爐底吹進(jìn)行了改造，采用多孔復(fù)吹技術(shù)，風(fēng)口由原來(lái)的2個(gè)調(diào)整到6個(gè)，沿轉(zhuǎn)爐耳軸方向兩排布置，每排3個(gè)風(fēng)口，由一路支管控制。底吹氣體和供氣強(qiáng)度與原來(lái)相同。采用這種底吹方式以后，雖然底吹風(fēng)口的壽命有所提高，但由于每3個(gè)風(fēng)口的流量是由一路支管控制，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中，3個(gè)風(fēng)口受到的侵蝕程度是不同的，每個(gè)風(fēng)口的壓力也有差別。因此，3個(gè)風(fēng)口的底吹流量與它們各自的透氣狀態(tài)有關(guān)，很難達(dá)到3個(gè)風(fēng)口的流量是均勻的，這造成了透氣通暢的風(fēng)口越來(lái)越通暢，而稍有堵塞的風(fēng)口越來(lái)越不暢，風(fēng)口的侵蝕速度就有很大的差別。實(shí)際生產(chǎn)中往往出現(xiàn)6個(gè)底吹風(fēng)口中只有34個(gè)風(fēng)口是通暢的，有時(shí)甚至只有2個(gè)風(fēng)口是暢通的，這對(duì)底吹風(fēng)口的維護(hù)帶來(lái)困難，底吹風(fēng)口壽命和復(fù)吹的冶金效果也受到影響。1997年寶鋼開(kāi)始實(shí)施轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝技術(shù)，該技術(shù)對(duì)提高轉(zhuǎn)爐爐齡產(chǎn)生了積極作用，轉(zhuǎn)爐爐齡有了質(zhì)的飛躍。但是，底吹風(fēng)口的壽命沒(méi)有較大幅度提高，導(dǎo)致復(fù)吹比例下降，影響了復(fù)吹的效益和作用的發(fā)揮。寶鋼300t轉(zhuǎn)爐從1992年到2000年的轉(zhuǎn)爐爐齡、底吹風(fēng)口壽命和復(fù)吹比例見(jiàn)圖1。從圖中看出，底吹風(fēng)口壽命從1992年開(kāi)始逐年有提高，到1997年轉(zhuǎn)爐實(shí)施濺渣護(hù)爐前，轉(zhuǎn)爐復(fù)吹比例在50%70%之間波動(dòng)。但是，在轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐后，由于爐齡大幅度提高，而底吹風(fēng)口壽命沒(méi)有明顯提高，特別是1998年的平均復(fù)吹比例只有32%，大大限制了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的冶金效果。圖1 寶鋼300t轉(zhuǎn)爐爐齡、底吹風(fēng)口壽命和復(fù)吹比例Fig.1 Lining Life, bottom tuyeres life and combined blowing ratio of Baosteel 300t converters1998年4月，寶鋼250轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)，底吹供氣強(qiáng)度0.0050.15m3/min.t，爐底有10個(gè)風(fēng)口，由兩路支管進(jìn)行控制，每路支管控制5個(gè)風(fēng)口。10個(gè)風(fēng)口在爐底呈圓形分布，以裝入側(cè)和出鋼側(cè)的中軸線對(duì)稱布置。這種底吹風(fēng)口的布置方式有利于風(fēng)口的維護(hù)，一般采用轉(zhuǎn)爐掛渣維護(hù)手段來(lái)提高底吹風(fēng)口的壽命。但是，由于底吹流量控制系統(tǒng)只能控制5個(gè)底吹風(fēng)口的總流量，對(duì)每個(gè)風(fēng)口的氣體流量無(wú)法控制，同樣存在300t轉(zhuǎn)爐底吹改造后的缺陷。在爐役的中后期，底吹風(fēng)口基本是不裸露透氣，底吹的攪拌作用明顯下降，冶金效果受到影響。2.2 改進(jìn)創(chuàng)新階段（2001年至今） 隨著轉(zhuǎn)爐爐齡的提高，對(duì)底吹風(fēng)口的壽命有了更高的要求，為此，探索長(zhǎng)壽命的底吹風(fēng)口并保持復(fù)吹的有效性勢(shì)在必行。同時(shí)，隨著250t轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)線的投產(chǎn)，煉鋼能力逐漸超過(guò)煉鐵能力，轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)奏明顯減慢，爐齡高低不是影響生產(chǎn)的主要因素。因此，寶鋼煉鋼廠從2001年開(kāi)始按照經(jīng)濟(jì)爐齡模式來(lái)組織生產(chǎn)，這樣可以在不影響公司物流情況下，探索降低轉(zhuǎn)爐耐材消耗和成本，努力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)爐齡，提高轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹比例，改善復(fù)吹效果。與此同時(shí)，寶鋼BRP技術(shù)的開(kāi)發(fā)對(duì)轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹也提出了新的要求。在這樣的背景下，制定了寶鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐全程復(fù)吹、追求復(fù)吹有效性。經(jīng)過(guò)近幾年的研究，已經(jīng)形成了如下特點(diǎn)的寶鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)（LD-BB：Baosteel BOF Blowing）。2.2.1 底吹風(fēng)口的選擇、風(fēng)口布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化轉(zhuǎn)爐全程復(fù)吹是煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，轉(zhuǎn)爐風(fēng)口核心問(wèn)題是風(fēng)口長(zhǎng)壽和高效，其布置一直被冶金工作者所重視。轉(zhuǎn)爐風(fēng)口長(zhǎng)壽是基礎(chǔ)，高效是目標(biāo)。但要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高爐齡下的高復(fù)吹比、實(shí)現(xiàn)高效復(fù)吹卻非常困難。根據(jù)轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡的實(shí)踐，實(shí)施風(fēng)口更換技術(shù)是確保底吹風(fēng)口高效的重要措施。因此，底吹風(fēng)口布置結(jié)構(gòu)要適應(yīng)風(fēng)口更換的要求。轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口數(shù)量各廠變化較大，一般在216個(gè)風(fēng)口。風(fēng)口數(shù)少，冶金效果較好，但風(fēng)口壽命相對(duì)較低；相反，風(fēng)口數(shù)多，冶金效果相對(duì)不顯著，操作控制較難，但壽命較長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)近10年300t轉(zhuǎn)爐復(fù)吹工藝技術(shù)的實(shí)踐以及250t轉(zhuǎn)爐底吹技術(shù)的消化和比較，寶鋼以更換300t轉(zhuǎn)爐爐殼為契機(jī)，對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口的選擇、風(fēng)口布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大膽改進(jìn)。根據(jù)不同個(gè)數(shù)風(fēng)口的實(shí)績(jī)，要提高復(fù)吹比，實(shí)現(xiàn)高效復(fù)吹，選擇多個(gè)風(fēng)口數(shù)較好，并且風(fēng)口在爐底呈圓形分布。這樣，風(fēng)口更換相對(duì)可選，每次可更換12個(gè)風(fēng)口，并且更換的安全性得到提高。同時(shí)，為了解決多個(gè)風(fēng)口由一路系統(tǒng)控制帶來(lái)的缺陷，對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了底吹風(fēng)口獨(dú)路控制，這樣可以根據(jù)每個(gè)風(fēng)口的狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)底吹氣體的流量，為風(fēng)口維護(hù)和實(shí)施富氧復(fù)通技術(shù)創(chuàng)造了條件。2.2.2 富氧復(fù)通技術(shù)濺渣護(hù)爐技術(shù)實(shí)施后，轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口維護(hù)不當(dāng)容易造成風(fēng)口上部被渣層覆蓋，易堵塞。根據(jù)寶鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的實(shí)踐，底吹風(fēng)口堵塞后氣體很難從風(fēng)口上部的渣層中穿過(guò)，基本上從渣層與爐襯磚之間的縫隙中通過(guò)，而且多數(shù)在爐底拐角處穿出，不僅會(huì)造成此處耐材消耗異常，且容易帶來(lái)安全隱患，而且復(fù)吹的冶金效果也不明顯。因此，寶鋼對(duì)底吹風(fēng)口要求是盡量裸露，底吹風(fēng)口熱態(tài)使用狀況見(jiàn)圖2。當(dāng)?shù)状碉L(fēng)口有堵塞的傾向時(shí)，就采用底吹氣體中通部分氧氣使底吹氣體帶有氧化能力，燒通堵塞的風(fēng)口。根據(jù)寶鋼的實(shí)踐，制定了底吹風(fēng)口富氧復(fù)通技術(shù)的實(shí)施條件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)技術(shù)為提高轉(zhuǎn)爐復(fù)吹壽命和復(fù)吹有效性發(fā)揮了作用。圖2 底吹風(fēng)口熱態(tài)使用狀況Fig.2 Hot use of bottom tuyeres of a converter2.2.3 底吹風(fēng)口熱更換技術(shù) 底吹風(fēng)口的維護(hù)技術(shù)以及風(fēng)口材質(zhì)改進(jìn)能夠提高風(fēng)口壽命，但在濺渣護(hù)爐技術(shù)使?fàn)t齡大幅度提高的情況下，要使底吹風(fēng)口壽命與爐齡同步并且確保復(fù)吹的有效性難度較大，為此，寶鋼自主開(kāi)發(fā)了底吹風(fēng)口更換技術(shù)。底吹風(fēng)口的熱更換是指在轉(zhuǎn)爐熱狀態(tài)下對(duì)透氣芯磚進(jìn)行整體更換。該項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)成功后，至今已經(jīng)成功地更換了約50支風(fēng)口磚，大大地改善了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的效果，為全程復(fù)吹提供了保證。 通過(guò)采取以上的措施以及對(duì)底吹風(fēng)口的維護(hù)，轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)了全程復(fù)吹，從2001年開(kāi)始，300t轉(zhuǎn)爐和250t轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹比均達(dá)到了100，300t轉(zhuǎn)爐最高底吹風(fēng)口壽命達(dá)到10656爐，250t轉(zhuǎn)爐最高底吹風(fēng)口壽命達(dá)到8738爐，近年來(lái)轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口年平均壽命見(jiàn)圖3。由于實(shí)施轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡控制后，轉(zhuǎn)爐爐齡有所降低，因此，底吹風(fēng)口壽命也有所降低。圖3 轉(zhuǎn)爐底吹風(fēng)口平均壽命Fig.3 Average bottom tuyeres life of converters3 復(fù)吹工藝參數(shù)和特點(diǎn)3.1 底吹氣體流量模式 在寶鋼復(fù)吹投產(chǎn)初期，由于當(dāng)時(shí)鋼種比較簡(jiǎn)單，對(duì)磷硫的要求不嚴(yán)格，轉(zhuǎn)爐可以實(shí)行高拉碳操作，因此，底吹氣體的流量模式是按不同鋼種分類的。隨著新鋼種的不斷開(kāi)發(fā)以及鋼產(chǎn)量的不斷提高，對(duì)轉(zhuǎn)爐操作提出了新的要求，不僅要求轉(zhuǎn)爐停吹磷硫含量低，而且還要求降低再吹率，以實(shí)現(xiàn)快速出鋼。在這種情形下，高拉碳操作已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，促使轉(zhuǎn)爐操作逐漸向單一化發(fā)展，轉(zhuǎn)爐的停吹碳基本上小于0.10%，底吹氣體流量模式也逐步簡(jiǎn)化。3.2 供氧強(qiáng)度和氧槍槍位由于有底吹氣體的攪拌作用，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐不像頂吹轉(zhuǎn)爐只有氧槍吹氧的攪拌從而需要降低槍位來(lái)加強(qiáng)攪拌作用，同時(shí)，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐渣中氧化鐵明顯比頂吹轉(zhuǎn)爐低，為了促進(jìn)轉(zhuǎn)爐化渣去磷，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐氧槍槍位不能過(guò)低。因此，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的氧槍槍位一般比頂吹轉(zhuǎn)爐高100200mm，氧槍供氧強(qiáng)度已由投產(chǎn)初期的2.8 m3/min.t提高到目前3.3m3/min.t。3.3 冶金效果 復(fù)吹能夠加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐鋼水的攪拌，特別在轉(zhuǎn)爐吹煉到低碳范圍時(shí)，這種攪拌作用更加突出。在減少渣中氧化鐵含量、提高鋼水的殘錳量、降低鋼中的氧含量、減少合金消耗、提高氧氣的利用率、降低氧單耗等方面都起到了重要作用。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，即使是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，如果底吹風(fēng)口的狀態(tài)不同，對(duì)冶金效果也有較大的差別，下面對(duì)底吹風(fēng)口不同狀態(tài)下的冶金效果進(jìn)行比較。3.3.1 轉(zhuǎn)爐鋼水殘錳比較圖4是低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐不同風(fēng)口狀態(tài)下的鐵水錳回收率情況。從圖中看出，不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下鐵水錳回收率是不同的，底吹風(fēng)口裸露比底吹風(fēng)口全部堵塞和部分堵塞的鐵水錳回收率分別高約9和6。因此，底吹風(fēng)口裸露對(duì)于提高鐵水錳回收率是有利的。圖4 不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下鐵水錳回收率的比較Fig.4 Comparison of recovery yield of Mn in hot metal under different conditions of bottom tuyeres 3.3.2 轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量比較圖5是低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐不同風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量指數(shù)（不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量與底吹風(fēng)口全部堵塞的終渣（T.Fe）含量的比值；下文中出現(xiàn)的指數(shù)均是不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的值與底吹風(fēng)口全部堵塞時(shí)的值的比值）情況。從圖中看出，不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量是不同的，底吹風(fēng)口裸露比底吹風(fēng)口全部堵塞和部分堵塞的轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量指數(shù)分別下降16和10。因此，當(dāng)?shù)状碉L(fēng)口裸露時(shí)對(duì)于降低轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量是有利的。圖5 不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下轉(zhuǎn)爐終渣（T.Fe）含量的比較Fig.5 Comparison of total iron in slag under different conditions of bottom tuyeres3.3.3 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積比較圖6是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在不同風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積指數(shù)情況。從圖中看出，不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積是不同的，底吹風(fēng)口裸露比底吹風(fēng)口全部堵塞和部分堵塞的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積指數(shù)分別下降19和13。因此，底吹風(fēng)口裸露時(shí)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積更接近平衡，在相同碳含量情況下，鋼水中的游離氧含量低，出鋼合金化時(shí)收得率明顯提高，有利于降低成本。圖6 不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積的比較Fig.6 Comparison of CO of liquid steel at end point under different conditions of bottom tuyeres3.3.4 轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硫率比較圖7是低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐不同風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐脫磷率指數(shù)、回磷率指數(shù)、綜合脫磷率指數(shù)和轉(zhuǎn)爐脫硫率指數(shù)情況。從圖中看出，不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐脫磷率相差不大，底吹風(fēng)口裸露時(shí)的轉(zhuǎn)爐脫磷率比風(fēng)口全部堵塞時(shí)的脫磷率低1左右，但到鋼水澆注時(shí)不回磷，而底吹風(fēng)口堵塞時(shí)有回磷現(xiàn)象，最終底吹風(fēng)口裸露比底吹風(fēng)口全部堵塞和部分堵塞的綜合脫磷率分別提高2和1。從圖中還可看出，不同底吹風(fēng)口狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐脫硫率差別較大，底吹風(fēng)口裸露比