煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹存在的問題及探討

1、煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹存在的問題及探討摘 要：介紹了攀鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)的發(fā)展歷程,并對攀鋼120 噸煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹存在的問題進(jìn)行分析，提出了提高透氣磚使用壽命及復(fù)吹系統(tǒng)改進(jìn)的方向和對策。關(guān)鍵詞：煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹透氣磚供氣系統(tǒng)PROBLEM AND DISCUSSION ABOUT THECOMBINED2BLOWINGOF STEELMAKING CONVERTERZhang Huai(Vanadium Recovery and Steel Plant of PZH Steel ,Panzhihua ,Sichuan ,China)Abstract In this paper , the couse of

2、the combined2blowing technological development about thesteelmaking converter of PZH Steel is int roduced ,and the combined2blowing problems about the 120tsteelmaking converter of PZH Steel are analyzed , the direction and countermeasure are put forwardabout improving the use life - span of gas supp

3、ly brick and ameliorating the combined2blowing system. Key words steelmaking converter ,combined2blowing ,gas supply brick ,gas feed system1引言攀鋼于1984起就進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)的研究，1985年10月25日首次在1#轉(zhuǎn)爐上成功實現(xiàn)了頂?shù)讖?fù)吹。攀鋼的復(fù)吹技術(shù)歷經(jīng)20余年的發(fā)展，從透氣磚的磚型設(shè)計、砌筑及工藝布置，復(fù)吹工藝的優(yōu)化研究，底吹設(shè)備的改造換代，透氣磚的維護(hù)，復(fù)吹系統(tǒng)的管理等多方面做了大量的工作，取得了許多階段性的成果，半鋼煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指

4、標(biāo)一定程度得到了改善。近兩年多來由于諸多因素影響，透氣磚平均壽命較低，均在1500爐以下，甚至出現(xiàn)開爐后100多爐就從透氣磚尾管處漏鋼致使復(fù)吹不能正常進(jìn)行，嚴(yán)重影響了復(fù)吹冶金效果的發(fā)揮，一定程度制約著攀鋼效益的提高。1999年至2005年煉鋼轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹比見圖1。由圖1可見，復(fù)吹比波動較大，2003年達(dá)50.5%，創(chuàng)近年最高記錄，20042005年則顯著降低。另外，由于諸多實際因素影響，復(fù)吹透氣磚在線快速熱更換技術(shù)至今未能實施。為此，本文就復(fù)吹透氣磚使用壽命較低及存在的其他問題進(jìn)行研究和探討，并提出復(fù)吹優(yōu)化的對策，旨在對復(fù)吹優(yōu)化有一定的參考和借鑒作用。圖1 19992005年煉鋼轉(zhuǎn)爐復(fù)吹比2復(fù)吹

5、主要設(shè)備裝備及生產(chǎn)工藝條件2.1主要設(shè)備裝備2.1.1轉(zhuǎn)爐攀鋼提釩煉鋼廠始建于上世紀(jì)60年代末，1#、2#、3#煉鋼轉(zhuǎn)爐公稱容量均為120，平均出鋼量135，開新爐爐膛直徑4450mm，高度7920mm，球型爐底，球缺高度510mm，爐容比0.86m3/t，爐襯工作層采用鎂碳磚。2.1.2頂吹采用噴頭周邊5孔、噴孔喉口直徑35mm及出口直徑46.4 mm、噴孔夾角15、馬赫數(shù)為2.05的大流量氧槍進(jìn)行頂吹氧，氧氣工作壓力0.800.90MPa，氧槍正常操作槍位1.5m（槍頭距熔池液面的高度）。 2.1.3底吹切斷閥 調(diào)節(jié)閥 氮?dú)獍髁繖z測 壓力檢測 分配聯(lián)箱氬氣包耳軸穿管 No.8 IIa管N

6、o.1IIb管No.2I支管 Ib管II支管 Ia管No.4 No.7 轉(zhuǎn)爐No.3 No.5 No.6 攀鋼于1996年科技立項，在煉鋼轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)自動化改造的同時對復(fù)吹系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐分別于1997年1月、6月、7月改造完畢。改造后的底部供氣系統(tǒng)示意圖見圖2。底吹采用定向多微管型供氣元件，供氣強(qiáng)度為0.030.06Nm3/（mint），強(qiáng)攪可達(dá)0.10Nm3/（mint）。圖2 底部供氣系統(tǒng)示意圖2.2生產(chǎn)工藝條件轉(zhuǎn)爐煉鋼采用分階段恒量裝入制度，總裝入量135155噸/爐，主要用提釩后的半鋼煉鋼，受提釩能力等因素的限制，有時也用含釩鈦鐵水煉鋼；采用單渣法多批料造渣制度，爐渣二

7、元堿度R(m(CaO)/m(SiO2)34，主要造渣材料理化指標(biāo)見表1；2003年9月1#方坯連鑄建成投產(chǎn)后逐步取消了模鑄工藝并于2004年上半年實現(xiàn)全連鑄，轉(zhuǎn)爐煉鋼采用“增碳法”冶煉，終點鋼水w(C)0.03%0.15%，出鋼溫度主要分布在16601700。表1 主要造渣材料理化指標(biāo)造渣材料理化指標(biāo)CaO/%SiO2/%MgO/%Al2O3/%MnO/%S%P%其他活性石灰88.00.06活性度330ml高鎂石灰一級品50.035.00.060.06燒損10.0%二級品47.532.50.060.06燒損14.0%二級品45.030.00.060.06燒損14.0%復(fù)合造渣劑5.052.06

8、0.08.06.00.100.103復(fù)吹存在的問題及分析3.1透氣磚蝕損過快結(jié)合生產(chǎn)實踐分析認(rèn)為：透氣磚蝕損過快主要?dú)w結(jié)于低吹率較高。低吹造成冶煉終點爐渣w(TFe)和鋼水w(O)較高。從65爐鋼終點渣取樣化檢情況看，鋼渣w(TFe)為17.2738.84%，平均27.95%，w(TFe)25%占69.81%。從部分爐次鋼水定氧情況看，許多爐次w(O) 100010-4%甚至達(dá)到了150010-4%。再加之透氣磚維護(hù)不力，透氣磚端部很難形成爐渣-金屬蘑菇頭覆蓋層，加劇了透氣磚的蝕損。由于面臨鐵水資源短缺和市場嚴(yán)峻的競爭，廢鋼鐵消耗逐年攀升，2000年2005年上半年入煉鋼轉(zhuǎn)爐的廢鋼鐵消耗見圖3

9、。2004年起，公司實施“噸鐵噸鋼”，廢鋼鐵消耗急劇增加，日消耗量最高達(dá)230 kg/t，而入爐的半鋼條件（C、S、T）則由于釩渣品位、產(chǎn)量和市場行情的客觀要求并未得到相應(yīng)改善。隨機(jī)抽取統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可知，實施“噸鐵噸鋼”后半鋼條件確無改善，反倒因保釩渣甚至有下滑的趨勢，如2004年第四季度的半鋼條件就不及2003年同期水平，具體比較見表2。廢鋼鐵消耗的增加，不僅加劇了對爐底及透氣磚的硬性機(jī)械沖擊，也使低吹率明顯上升，最嚴(yán)重時低吹率竟超過30%。在“噸鐵噸鋼”條件下，攀鋼自產(chǎn)廢鋼鐵產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實際需要，社會外購廢鋼鐵的用量逐步增大，而外購廢鋼鐵成分復(fù)雜，質(zhì)量波動大，供應(yīng)廠家多達(dá)40家，

10、有些廠家甚至被檢驗出w(S)0.100%或w(P)0.200%。由于廢鋼鐵堆放場地有限，再加之資源不足，來不及等到廢鋼鐵化檢成分出來就已經(jīng)加入到爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，造成許多爐次“拉碳”硫高、磷高，只有通過加料、補(bǔ)吹延長吹氧時間氧化過量的碳甚至鐵的措施去除硫、磷，低吹爐數(shù)增多。圖3 2000年2005年上半年廢鋼鐵消耗情況表2 2004年第四季度與2003年同期半鋼條件及廢鋼鐵消耗比較半鋼質(zhì)量廢鋼鐵消耗/(kg/t)C/%S/%T/2003年第四季度4.040.0131348131.42004年第四季度3.960.0111331180.1脫硫III部于2004年年底建成投產(chǎn)，投產(chǎn)初期，由于脫硫劑質(zhì)量波

11、動大，扒渣機(jī)扒渣效果差，工藝參數(shù)及操作控制的最優(yōu)化也在摸索過程中，脫硫效果控制不穩(wěn)定，鐵水脫硫后回硫現(xiàn)象頻繁，造成部分罐次硫入煉鋼轉(zhuǎn)爐超標(biāo)，轉(zhuǎn)爐脫硫任務(wù)加重，低吹難以控制。鋼材市場對高附加值的超低碳鋼(w(C)0.007%)及低硫磷鋼種（w(S)0.010%或w(P)0.015%）的需求增大，為滿足該類鋼種的冶煉，必須低吹才能將碳、硫、磷控制到鋼種要求，低吹比率提高。另外，攀鋼自實現(xiàn)全連鑄后，轉(zhuǎn)爐實行“增碳法”取代“拉碳法” 冶煉，全部鋼種均采用低碳鋼冶煉模式，一定程度上也對透氣磚的蝕損產(chǎn)生了影響。采用“增碳法”冶煉，有利于簡化煉鋼工藝、提高廢鋼比及降低高中碳鋼的脫磷難度，但同時也使終點鋼水平

12、均碳含量顯著降低，平均出鋼溫度提高約25，鋼水及爐渣氧化性較強(qiáng)，加速了爐底透氣磚的蝕損。3.2透氣磚的結(jié)構(gòu)設(shè)計欠合理透氣磚內(nèi)嵌27根51mm的不銹鋼毛細(xì)管，采用中心1根，60mm的圓周上9根及105mm的圓周上17根的布置方式。中心毛細(xì)金屬管正對供氣主管，削弱了其它毛細(xì)管的氣量，再加之透氣磚氣室的內(nèi)腔高度16mm太低，不利于毛細(xì)管間的氣流分配及穩(wěn)定供氣，均造成了部分毛細(xì)管容易因氣量的波動而發(fā)生堵塞。武鋼二煉鋼80噸轉(zhuǎn)爐定向多微管型供氣元件的氣室高度竟達(dá)到了60mm1。3.3透氣磚氣室材質(zhì)差透氣磚氣室鋼結(jié)構(gòu)采用A3鋼，A3鋼基本無抗氧化能力，溫度大于450時容易氧化剝落而損壞，溫度高于700時焊

13、點處金屬材料晶界間易富集非金屬夾雜，易開焊導(dǎo)致漏氣。經(jīng)測算，現(xiàn)冶煉條件下透氣磚底部溫度遠(yuǎn)高于700，明顯高于A3鋼的正常使用溫度及焊點使用溫度，A3鋼不能滿足使用要求。3.4供氣系統(tǒng)保障能力不足底吹控制系統(tǒng)的可靠性是影響復(fù)吹透氣磚壽命的重要因素，實際生產(chǎn)中多次出現(xiàn)開爐后短時間內(nèi)因控制系統(tǒng)不可靠導(dǎo)致透氣磚堵塞的現(xiàn)象。供氣系統(tǒng)保障能力不足主要表現(xiàn)為：一是底吹供氣氣源不穩(wěn)定，氮?dú)?、氬氣壓力流量時有較大波動，引發(fā)鋼水倒灌進(jìn)入透氣磚毛細(xì)管而發(fā)生堵塞；二是現(xiàn)有復(fù)吹系統(tǒng)各種閥門、儀表、輸送管道等出現(xiàn)故障的頻率高，系統(tǒng)控制的精確性和穩(wěn)定性差；三是對底部供氣系統(tǒng)設(shè)備日常維護(hù)不足。3.5供氣管網(wǎng)設(shè)計的合理性仍需探

14、討濺渣護(hù)爐與底吹共用一套氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)，單座轉(zhuǎn)爐濺渣時氮?dú)馑矔r流量在20000Nm3/h左右，必然造成底吹氮?dú)鈮毫Σ▌樱嘧D(zhuǎn)爐同時濺渣表現(xiàn)更甚，很容易造成透氣磚堵塞。另外，底部供氣總管壓力較低，僅為1.2MPa左右，而國內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐氮?dú)蹇偣軌毫σ话憔?.6MPa以上。3.6供氣模式仍需優(yōu)化目前底吹采用兩種供氣模式，分別見圖4、圖5。供氣強(qiáng)度Nm3/(min.t)0.060.03ArN20.020.04N2ArN2N2非生產(chǎn) 開吹 14min 倒?fàn)t 補(bǔ)吹 倒?fàn)t、出鋼、濺渣 圖4 新開爐100爐底部供氣模式供氣強(qiáng)度Nm3/(min.t)0.060.060.060.060.040.030.03N2A

15、rN2ArN2Ar0.02ArN2N2非生產(chǎn) 開吹 14min 15min 倒?fàn)t 補(bǔ)吹 倒?fàn)t 補(bǔ)吹 倒?fàn)t、出鋼、濺渣 圖5 開爐100爐后底部供氣模式從圖4、圖5可看出，冶煉過程中拉碳倒?fàn)t、補(bǔ)吹倒?fàn)t及倒?fàn)t出鋼均將氬氣切換成氮?dú)猓?、補(bǔ)吹是計算機(jī)根據(jù)開關(guān)氧切斷閥的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，倒?fàn)t、出鋼則是根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動角度信號來進(jìn)行邏輯判斷，無論是拉碳倒?fàn)t、補(bǔ)吹倒?fàn)t及倒?fàn)t出鋼，透氣磚仍有部分時間浸泡在鋼水中，會使鋼水增氮，影響鋼質(zhì)。國內(nèi)鋼廠一般將冶煉前期和后期的分界點確定為氮?dú)宓那袚Q點，切換時間為純吹氧時間的2/3左右，在拉碳倒?fàn)t、補(bǔ)吹倒?fàn)t時不進(jìn)行氮?dú)迩袚Q，一直到出鋼畢或出鋼約1/2時才將氬氣切換成氮?dú)?/p>

16、。3.7操作仍需優(yōu)化及規(guī)范極個別爐長及維護(hù)人員對復(fù)吹重視程度不夠，對底吹透氣磚工況掌握不及時、不準(zhǔn)確，透氣磚維護(hù)不力；因操作工操作失誤，冶煉時對溫度估計不足，“拉碳”溫低，或造渣控制不好，爐渣“返干”，“拉碳”時鋼水硫、磷沒有達(dá)到鋼種要求，造成一些爐次低吹；另外，也出現(xiàn)底吹系統(tǒng)工況異常時操作工未及時發(fā)現(xiàn)錯過了最佳處理時機(jī)。3.8其他問題透氣磚質(zhì)量不穩(wěn)定，有時候開爐就出現(xiàn)堵塞跡象；兩塊透氣磚供氣，單磚供氣冶金負(fù)荷大，“氣泡反擊”、“水錘沖刷”、“凹坑熔損”也越嚴(yán)重，不利于提高透氣磚的壽命，同時因單磚供氣強(qiáng)度大且供氣相對集中，倒?fàn)t困難，倒?fàn)t時間長，影響冶煉周期；無防止底吹供氣元件堵塞的設(shè)備保障措施

17、，對復(fù)通技術(shù)研究不夠深入；復(fù)吹管理制度仍需完善。 4復(fù)吹優(yōu)化的對策及探討4.1改進(jìn)透氣磚結(jié)構(gòu)及氣室鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)4.1.1加長透氣磚原透氣磚的長度為820mm，砌筑在115mm厚鎂碳質(zhì)加厚層上，結(jié)合爐底砌筑結(jié)構(gòu)，可將透氣磚加長200mm并將透氣磚直接砌筑在兩層（65mm+65mm）永久層上，既可增加工作層厚度以延長透氣磚壽命，又為氣室內(nèi)腔增高創(chuàng)造條件。另外，為方便尾管焊接，將透氣磚金屬尾管長度由100mm增加到300mm，以使尾管延長到爐底鋼殼外。4.1.2改變透氣磚毛細(xì)管的布置及氣室內(nèi)腔尺寸取消透氣磚中心毛細(xì)管，并調(diào)整毛細(xì)管間距，以增強(qiáng)透氣磚毛細(xì)管區(qū)域抵抗蝕損的能力。即不改變毛細(xì)管總根數(shù)而重新布

18、置：將布置在60mm圓周上的9根毛細(xì)管布置到75mm圓周上，管間中心距26.2mm，管間耐材厚度21.2mm；將布置17根毛細(xì)管的105mm圓周擴(kuò)大至155mm并布置18根毛細(xì)管，管間中心距27mm，管間耐材厚度22mm，并相應(yīng)將原氣室直徑由160mm增大至200mm。另外，將氣室內(nèi)腔高度增大至60mm，確保毛細(xì)管間氣流分配更趨均衡、穩(wěn)定。4.1.3改進(jìn)透氣磚氣室材質(zhì)透氣磚氣室鋼結(jié)構(gòu)采用耐高溫抗氧化鋼種如12CrMo等替代A3鋼。4.2爐底設(shè)置4塊透氣磚在轉(zhuǎn)爐大修期間對轉(zhuǎn)爐耳軸穿管及底吹系統(tǒng)進(jìn)行改造，增設(shè)兩套供氣管路及控制元件，以便爐底布置4塊透氣磚。透氣磚在爐底具體布置見圖6。圖6 爐底透氣

19、磚布置方案4.3改進(jìn)底吹供氣系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)爐改造時機(jī)對底部供氣系統(tǒng)的管路、閥門、儀表進(jìn)行全面改造和升級換代；改進(jìn)現(xiàn)用流量表以便現(xiàn)場直觀觀察流量及壓力；對氧氣廠進(jìn)行技術(shù)改造或擴(kuò)建，切實保障底部供氣總管壓力穩(wěn)定且1.6MPa。4.4應(yīng)用底吹防堵技術(shù)為避免底部供氣元件堵塞，除采取控制爐底上漲200mm和濺渣時應(yīng)適當(dāng)增大底吹氣體壓力及流量的措施外，應(yīng)用底吹防堵技術(shù)。4.4.1底吹防堵設(shè)備保障從設(shè)備維檢上保證自動氣量調(diào)節(jié)設(shè)備及儀表的精確性和穩(wěn)定性；設(shè)置底吹分配聯(lián)箱氣體壓力報警及連鎖，當(dāng)聯(lián)箱氣體壓力低于某設(shè)定值時報警，并利用連鎖功能打開另一高壓氣包閥門，氣體類別雖發(fā)生變化，流量仍按供氣模式控制；氮?dú)鍤獍练峙?/p>

20、聯(lián)箱之間設(shè)置止回閥；在任何斷電及電控設(shè)備故障情況下，調(diào)節(jié)閥和切斷閥處于打開狀態(tài)，保證管路維持最低氣量；針對供氣壓力脈動，實現(xiàn)底供氣源專有；設(shè)置底部供氣過濾網(wǎng)；盡量減少耳軸旋轉(zhuǎn)接頭至透氣磚尾管之間管路的焊接，防止焊點受熱炸裂。4.4.2防止異物堵塞供氣元件在管路與底部供氣元件焊接前吹掃管內(nèi)夾雜；底吹管道焊接時應(yīng)無漏焊、虛焊、脫焊，切實保證焊接質(zhì)量，防止漏氣及異物進(jìn)入；管道焊接完畢檢查整個底部供氣管路是否有泄露點，確認(rèn)無泄漏后進(jìn)行壓力、流量調(diào)試以及切換操作；透氣磚在安裝前要確保干燥、干凈，入廠時其端部、氣室、尾管均應(yīng)包扎和覆蓋，砌筑過程中要采取防塵措施，砌前砌后均要試氣，試氣正常方可投入使用。4.

21、5應(yīng)用底吹復(fù)通技術(shù) 增設(shè)壓縮空氣或氧氣管路，當(dāng)發(fā)現(xiàn)底部供氣元件出現(xiàn)堵塞跡象時，立即將該塊透氣磚供氣切換成壓縮空氣或氧氣，倒?fàn)t時觀察爐底，一旦發(fā)現(xiàn)底部供氣元件附近有亮點即可2，通過氧化性氣體和惰性氣體的交替變換，可控制底部供氣元件的堵塞和熔損，但要注意透氣磚不能燒漏；適當(dāng)提高底部供氣強(qiáng)度；低碳、高溫鋼出完鋼后轉(zhuǎn)爐搖至“零位”，頂吹氧氣沖刷爐底，氧壓0.7MPa，槍位小于1.5m，吹氧時間4090s，或在出鋼后留渣渣洗爐底，或加硅鐵吹氧洗爐底；底吹管道有雜物堵塞時應(yīng)用“反吸”技術(shù)3。4.6透氣磚的維護(hù)粘渣涂敷使?fàn)t底掛渣，再結(jié)合濺渣工藝，能快速形成爐渣-金屬蘑菇頭。爐內(nèi)鋼水出盡，出鋼畢不立即倒渣，轉(zhuǎn)

22、爐搖至“零位”后，底吹氮?dú)庋杆俳档蜖t渣過熱度，根據(jù)渣態(tài)情況加入適量的改質(zhì)劑或高鎂石灰02t并在“零位”附近前后搖爐，使鋼渣均勻覆蓋爐底，豎爐510min；濺渣護(hù)爐時，提高底部供氣強(qiáng)度有利用于形成放射性發(fā)達(dá)的爐渣金屬蘑菇頭；控制爐底上漲不超過200mm以確保透氣磚的透氣性；開爐后若發(fā)現(xiàn)爐底侵蝕過快，應(yīng)提前進(jìn)行吹氮濺渣，用透氣補(bǔ)爐料扣補(bǔ)爐底3，補(bǔ)爐料燒結(jié)時間30min。4.7加強(qiáng)透氣磚質(zhì)量把關(guān)技術(shù)人員在情況許可的條件下到透氣磚生產(chǎn)廠家進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤監(jiān)督并指導(dǎo)透氣磚的制作，按照透氣磚技術(shù)要求對透氣磚進(jìn)行現(xiàn)場驗收，全面檢測供氣元件的透氣性能、氣量調(diào)節(jié)范圍、高溫力學(xué)強(qiáng)度、耐剝落性能、金屬管與金屬氣室焊接后的氣密性等。事實上，在多微管型底吹供氣元件的生產(chǎn)過程中，制作是關(guān)鍵，通過配料、混合等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，尤其是等靜壓成型和焊接質(zhì)量的控制尤為重要4。4.8優(yōu)化底吹供氣模式為滿足鋼質(zhì)需求又要節(jié)約底部供氣成本，對鋼種要求N小于4010-6，吹煉過程中可全程吹氬，N在4010-67010-6范圍內(nèi)的鋼種，吹煉2/3時底吹氮?dú)馇袚Q成氬氣，出鋼畢再將氬氣切換成氮?dú)?；N大于7010-6的鋼種，可全程吹氮。4.9堅持技術(shù)和管理并重對操作工進(jìn)行復(fù)吹專題技術(shù)培訓(xùn)以提高他們的冶煉技能和工作責(zé)任心；