（冶金工程专业论文）本钢120吨顶底复吹转炉底吹工艺研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着转炉复吹炼钢技术的迅速发展，复吹转炉已经成为世界范围内转炉炼钢 的主要形式。 本文通过对本钢冶炼工艺条件和设备条件分析，设计了本钢复吹转炉底吹系 统，可以满足本钢转炉复吹条件。 本钢转炉的复吹系统采用如下操作参数：底吹供气元件选用多层环缝管式供 气元件，每炉设置四个底吹供气元件，均匀对称布置在0 4 5 倍炉底直径同心圆位 置。采用底吹氮气一氩气，氮气供气强度为o 0 1 , - , 0 1 0 n m 3 t m i n ；氩气供气强度 为0 0 1 0 1 2 n m 3 t m i n ；顶吹供氧强度：3 3 - 3 6 n m 3 t m i r a 根据复吹转炉冶炼 钢种，按高、中、低三种碳含量，设有d 、c 、b 、a 四种供气模式、四种底吹供 气流量控制方案。 采用设计的底吹系统后，当底吹气量由3 0 0 n m 3 h 增至4 0 0 n m 3 h 时，平均脱 碳速度由o 2 2 m i n 增至o 2 3 m i n ，两者平均脱碳速度均高于l d 法平均脱碳速 度为o 2 1 m i n 。 复吹转炉比顶吹转炉具有更好的冶金效果：冶炼终点钢中碳氧反应更接近平 衡，采用顶底复合吹炼的1 ”炉渣中f e o 含量分别较2 ”和3 ”炉降低5 0 6 ； n3 8 l ， 磷含量增加0 0 0 0 5 ，硫含量降低0 0 0 1 4 ，锰含量增加o 0 0 7 ，成品钢中铸坯 t o 降低4 8 1 0 ，氮含量升高1 6 8 i 0 - 6 。 采用o 4 5 d 底吹位置为最佳底吹位置，采用o 4 5 d 底吹位置的1 群转炉主要冶 炼指标优于o 5 d 的2 掸转炉和o 6 d 的3 撑转炉，而且其复吹效果和底枪寿命均优于 2 撑和3 群炉。s i 回收率l 群炉分别比2 拌炉和3 样炉高2 5 4 和2 1 7 ，锰回收率分别提 高2 4 1 和2 3 3 ，钢中锰含量分别高1 0 9 1 0 4 和0 8 1 1 0 4 ，钢中氧含量分别 低1 4 6 2 1 0 4 和1 3 5 1 0 。钢中硫含量分别低1 1 1 0 。5 和1 1 6 x 1 0 一。钢中磷含 量分别低7 3 3 1 0 4 和8 1 1 0 。6 ，渣中f e o 含量分别低1 2 2 和1 9 6 。 开发的底吹供气元件长寿维护技术可以满足本钢全炉役复吹要求，炉底供气 元件形成炉渣金属蘑菇头是底部供气元件长寿的关键。 关键词：转炉，炼钢，底吹系统。供气元件，蘑菇头 - 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h e r a p i d l yd e v e l o p i n go ft h ec o m b i n e d - b l o w i n gt e c h n o l o g y o fc o n v e r t e r s t e e l m a k i n g ，c o m b i n e d - b l o w i n g c o n v e r t e rh a sb e e nt h em a i n t y p e o fc o n v e r t e r s t e e l m a k i n g i nt h ew h o l ew o r l d a f t e rd e t a i l a n a l y z i n gt h er e f i n i n gp r o c e s sp a r a m e t e ra n df a c i l i v y c o n d i t i o n so f b e n x is t e e ll t d ，b o t t o mb l o w i n gs y s t e m so ft h ec o m b i n e d b l o w i n gc o n v e r t e ri nb e n x i s t e e ll t dw e r ed e v e l o p e d t h eb o t t o mb l o w i n gs y s t e m sc a l lf u l f i l lt h er e q u i r e m e n to f t h ec o m b i n e d b l o w i n gc o n v e r t e r t h e f o l l o w i n go p e r a t i o np a r a m e t e r sa r eu s e di nt h ec o m b i n e d b l o w i n gs y s t e m ：t h e m u l t i p l a y e r - o r b i c u l a r a p e r t u r en o z z l ea r eu s e d ，t h e r ea r ef o u rb o t t o mb l o w i n gn o z z l e s a r cu s e di ne a c hf u r n a c ea n da r ee q u i p p e ds y m m e t r i c a l l yi n0 4 5 do f t h ef u r n a c eb o t t o m ， a r g o n a n dn i t r o g e na r eu s e dt ob et h e b l o w i n gg a s ，n i t r o g e n f e e d i n t e n s i v y a r e o 0 1 - 0 1 0 n m t m i n a r g o nf e e di n t e n s i v y a r e o 0 1 - 4 ) 1 2 n m t m i n ；o x y g e nf e e d i n t e n s i t yo ft o pb l o w i n ga r e3 3 - 3 6 n m t m i n ；a c c o r d i n gt ot h es t e e lv y p eo fb e n x i s t e e ll t d ，d ，c ，b ，aa r et h ef o u rb o t t o mb l o w i n gm o d e u s i n gt h i s b o t t o mb l o w i n gs y s t e m ，w h e ng a sf l o wr a t eo fb o t t o mb l o w i n gi s 3 0 0 n m 3 h ，m e a nd e c a r b u r i z a t i o nr a t ei s0 2 2 m i n ，w h e ng a sf l o wr a t e o fb o t t o m b l o w i n g i s 4 0 0 n d h ，m e a n d e c a r b u r i z a t i o nr a t ei s o 2 3 m i n ，b o t h m e a n d e c a r b u r i z a t i o nr a t ea r e h i g h e rt h a nl d ，a n dm e a nd e c a r b u r i z a t i o nr a t e o fl di s 0 2 1 m i n c o m b i n e d - b l o w i n gc o n v e r t e rh a sab e t t e rm e t a l l u r g i c a l e f f e c tt h a nt o p - b l o w i n g c o n v e r t e r t h er e a c t i o nb e t w e e nc a r b o na n do x y g e na r em o r ec l o s e l yt oe q u i l i b r i u m f e oc o n t e n ti n s l a go f1 拌c o n v e r t e ra r e5 0 6 a n d3 8 1 l o w e rt h a n2 舟a n d3 # c o n v e r t e r , p h o s p h o r u s c o n t e n ti nm o l t e ns t e e li n c r e a s e0 0 0 0 5 s u l f u rc o n t e n ti n m o l t e ns t e e ld e c r e a s eo 0 0 1 4 ，m a n g a n e s ec o n t e n ti nm o l t e ns t e e li n c r e a s eo 0 0 7 ， t o t a l o x y g e nc o n t e n ti n s l a bd e c r e a s e4 8 1 0 。，n i t r o g e nc o n t e n ti nm o l t e ns t e e l i n c r e a s e1 6 8 1 0 o 4 5 db o t t o mb l o w i n gp o s i t i o ni n1 # c o n v e r t e ra r et h eo p t i m a lb o t t o mb l o w i n g p o s i t i o n i t sm a i nr e f i n i n gi n d e xa r es u p e r i o rt o o 5 db o t t o mb l o w i n gp o s i t i o ni n2 # c o n v e r t e ra n do 6 db o t t o mb l o w i n g p o s i t i o ni n3 # c o n v e r t e r i t sm e t a l l u r g i c a le f f e c ta n d b o t t o mn o z z l el i f ea r ea 1 1s u p e r i o rt o2 群a n d3 群c o n v e r t e r s i l i c o ny i e l do fl 拌c o n v e r t e r i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a r e2 5 4 a n d2 1 7 h i g h e rt h a nt h a to f 2 撑a n d3 样c o n v e r t e lm a n g a n e s e y i e l di n c r e a s e 2 4 1 a n d2 3 3 ，m a n g a n e s ec o n t e n ti nm o l t e ns t e e li n c r e a s e1 0 9 1 0 1a n d0 8 l 1 0 。斗，o x y g e nc o n t e n ti nm o l t e ns t e e ld e c r e a s e1 4 6 2 1 0 。a n d1 3 5 1 0 一s u l f u rc o n t e n t i nm o l t e ns t e e ld e c r e a s e1 1 1 0 。a n d1 1 6 1 0 p h o s p h o r u sc o n t e n ti nm o l t e ns t e e l d e c r e a s e7 3 3x1 0 一a n d8 1x1 0 。，f e oc o n t e n ti ns l a gd e c r e a s e1 - 2 2 a n d1 9 6 t h em a i n t e n a n c e t e c h n o l o g yo f b o t t o mb l o w i n g e l e m e n tw a s d e v e l o p e da n dw h i c h c a nf u l f i l lt h er e q u i r e m e n to f c o m b i n e d b l o w i n gd u r i n gt h ew h o l ef u m a c el i f e t h ek e y p o i n to ft h el o n g l i f e t e c h n o l o g y o ft h eb o t t o mb l o w i n ge l e m e n ti st of o r mt h e s l a g m e t a lm a s h r o o m i nt h eb o t t o mb l o w i n ge l e m e n t k e yw o r d s ：c o n v e r t e r , s t e e l m a k i n g ，b o t t o mb l o w i n gs y s t e m ，g a s f e e d e l e m e n t ， m a s h r o o m 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 本人签名：丛铁地丛镢欠_ 日期：2 0 0 3 年7 月 东北欠学硕士学位论文第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 近年来，转炉复吹炼钢工艺技术在全球范围内得到了飞速发展。转炉炼钢正 在步入以复吹为主，联合前后工序及其相关配套技术的发展新时期。 自上世纪七十年代末期以来，在世界范围内，各种转炉复吹炼钢法相继出现， 并迅速在全世界得到了普及。迄今，由于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，全世界的大型转炉炼钢厂均采用了该项先进工艺。 我国于1 9 7 3 年开始，在唐钢、包钢、首钢等厂进行全氧底吹转炉炼钢试验。 在全氧底吹法的冶金特点启示下，阻及受到世界发展复吹技术的影响，从此开始 了复吹转炉炼钢工艺的研究。多年来经过各研究院所、钢厂和院校的努力，经过 “七五”、“八五”两个五年计划的攻关，已取得了丰硕的成果。我国武钢、宝钢、 包钢、鞍钢等厂采用复吹技术后，都取得了很好的经济效益。 1 2 本课题研究的目的和意义 氧气顶吹转炉从本世纪5 0 年代问世以来，发展速度十分惊人，6 0 年代在全世 界范围内就已占据钢铁生产的绝对垄断地位。 7 0 年代后期，由于发明了用碳氢化台物保护的双层套管式底吹氧枪，各种类 型氧气底吹炼钢法开始应用于炼钢生产。氧气底吹炼钢法所显现出来的许多优越 于顶吹炼钢法之处，促使人们重新认识和评价了底吹转炉“埋入深吹”法在冶金 上的合理性。于是使一直居于首位的顶吹转炉炼钢法，开始受到挑战和冲击。 但是，无论是底吹法，还是顶吹法都存在着自己各自的不足之处，不能尽善尽 美地满足冶金工艺要求。 顶吹法的主要冶金特点在于： ( 1 ) 由于穿过渣层的氧气射流能量不足以充分地搅拌熔池，造成熔池的钢水 在成分、温度上的很大差异，从而在剧烈脱碳期很容易诱发大规模喷溅。 ( 2 ) 能把金属和炉渣吹成细小的熔滴，从而很容易在熔池上部形成泡沫渣。 ( 3 ) 脱碳反应是在熔池和金属渣泡沫渣内进行。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 依据喷枪位置不同，能将炉内部分c o 转变成c 0 2 ，热效率较高，可有 较高的废钢比。 底吹法的主要特点在于： ( 1 ) 由于直接从炉底把氧气吹入金属熔池，其搅拌能量要高于顶吹法1 0 倍。 从而，可以消除顶吹法存在的熔池内成分和温度差别大，易诱发喷溅等缺点，并 且氧气利用率高。 ( 2 ) 只有极少量的c o 在炉内燃烧成为c 0 2 。热效率较低。废钢比要比顶吹 法低4 0 。 ( 3 ) 缺少顶吹法在熔池上部形成的泡沫渣，吹炼过程中去磷困难，过程渣中 氧化铁低，化渣困难。在冶炼低磷钢水时，须采用熔池喷吹石灰粉等特殊工艺。 ( 4 ) 由于熔池始终处于比较平衡的状态，不易象顶吹法那样出现渣、钢过氧 化现象。 基于上述两种冶金工艺所存在着各自的优缺点，7 0 年代末期，促使人们去研 究能吸收两种工艺优点，而扬弃两种工艺缺点的新冶金工艺方法，即复合吹炼工 艺。 复吹工艺的主要优越性及效益与纯顶吹法相比，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 渣中含铁量降低2 5 5 0 ； ( 2 ) 金属收得率提高0 5 1 5 ； ( 3 ) 石灰消耗减少3 l o k g n 屯钢； ( 4 ) 终点含碳可脱至o 0 3 ： ( 5 ) 残m n 提高约o 0 2 o 0 6 ； ( 6 ) 磷含量降低约0 。0 0 2 ； ( 7 ) 降低钢水 o 】含量5 0 - - 1 5 0 x1 0 ，有利于提高合金收得率及钢水纯净度； ( 8 ) 减少炉渣喷溅，可适当提高转炉装入量： ( 9 ) 降低0 2 消耗约8 ，并缩短吹炼时间。 综上所述，复吹转炉比顶吹转炉具有较好的经济效益，因此，在本钢开展复 吹技术的研究具有重要的理论和现实意义。 1 3 本文研究的主要内容 本文主要结合本钢炼钢厂3 座1 2 0 t 转炉的技术改造进行复吹转炉的底吹工艺 研究，主要研究本钢1 2 0t 转炉底吹系统设计、底部供气元件选择、底吹位置确定、 底吹工艺参数和相应复吹模式以及顶底复吹转炉冶金效果和冶炼技术指标分析， 同时本文还对不同底吹位置条件下的冶炼技术指标进行研究，最后研究了底部供 气元件的损毁机理及其维护。 2 一 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 第二章文献综述 顶底复合吹炼转炉是七十年代末、八十年代初发展起来的一项转炉炼钢新技 术，是在原氧气顶吹转炉上另装底枪( 或透气砖) ，在顶部吹氧的同时进行底部吹 气( a r 、n 2 、c 0 2 或0 2 ) ，通过上下欧入气体的搅拌作用，加速了炉内钢渣一气 三相间的反应，达到了减少喷溅，提高金属收得率，均匀温度和均匀成分等目的， 自1 9 8 0 年正式用于工业生产以来，很快证实了这种新的冶炼方式兼有顶吹法和底 吹法两者的优点，克服了二者的缺点，使转炉炼钢工艺前进了一大步。特别是因 为惰性气体的存在减少了炉内c o 的分压，对于转炉冶炼低碳钢种取得了令人满意 的技术突破。由于这种方法设备简单，因而能够较容易地将原有顶吹转炉改造为 顶底复合吹炼装置，发挥短期见效的优势。正因如此，仅仅几年的时间，就在全 世界各大钢厂得到了普及，1 9 9 0 年，采用顶底复合吹炼技术的钢产量占转炉钢产 量的百分比在日本为8 3 5 ，西欧为6 0 1 ，随着复吹技术的发展和工艺完善，其 发展速度之快，大大超出了人们的预料。目前已发展了几十种复合吹炼工艺，见 表2 1 。 表2 1 复吹转炉工艺概况 t a b l e2 1p r o c e s ss u r v e yo fc o m b i n e d b l o w l n g c o n v e 竹e t 比例使用其它气体种类及流底部供气元 名称发明厂家 顶吹氧底吹氧量，m 3 ( t r a i n )件类型 阿尔贝德法国钢 l b e1 0 00 a r ，n z ：0 0 5 - 4 ) 2 5 透气砖 铁研究院 l d k g日本川崎1 0 00 a r 。n 2 ；0 0 1 加0 5单孔喷嘴 l d - k g c日本川崎1 0 00 a r ，n 2 ，c 0 2 0 1单孔喷嘴 单孔、套管式 l d 0 t b日本神户1 0 0o a r ，n 2 ，c 0 2 ：o 0 1 0 1 0 喷嘴 单孔喷嘴：多 n k c b日本钢管1 0 0o a r ，c 0 2 n 2 ：0 0 4 加1 孔塞 t b m蒂森公司1 0 0 i , 1 2 a r ：0 0 2 5 - 0 0 5单孔喷嘴 k r u p p克虏伯公司1 0 0 n 2 a r ：0 0 2 4 ) 0 8单孔喷嘴 l d a b新日铁1 0 00a r ：0 0 1 4 4 ) 31单孔喷嘴 3 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 a r ，n 2 ，c 0 2 ：0 。0 4 5 或 j & l 琼斯。劳林公司 1 0 00 喷嘴：沟槽砖 0 1 1 2 a r ：0 0 7 5 o 2 0 i0 2 空 b s c b a p英国钢铁公司8 5 9 55 1 5 套管式喷嘴 气+ n 2 天然气，a r ，n 2 气， l d o b 新日铁 8 0 9 01 0 - - 2 0 套管式喷嘴 02 0 - 3 埃诺松布尔冶金 l d h c 公司和比利时冶 9 2 ，9 55 8 天然气 套管式喷嘴， 透气砖 金研究中心 s t b 内管用0 2 。c 0 2 ，外管 单孔喷嘴套 日本住友金属 9 0 9 28 1 0 用c 0 2 ，n 2 ，a r ： s t b p管式喷嘴 0 。0 3 0 0 7 k 。b o p日本川崎6 0 8 02 0 - - - 4 0天然气套管式喷嘴 马克斯冶金厂克天然气，侧喷嘴用0 2 o b m s2 0 - 4 06 0 8 0 喷嘴；侧喷嘴 勒克纳公司或0 2 和油 克勒克纳公司马 k m sol o o天然气；k s 法喷煤粉喷嘴 克斯冶金厂 2 1 复合吹炼转炉分类 按照吹炼目的，复吹转炉分为加强搅拌型、强化冶炼型和增加废钢用量型三 类。加强搅拌型项吹氧、底吹a r ，n 2 或c 0 2 弱氧化性气体，流量大致在o 3 m 3 ( tr n i n ) 以下；强化冶炼型顶吹氧，底吹氧或氧和熔剂，底吹氧量为顶吹氧量的 5 - 4 0 o 2 1 5 m 3 ( t m i n ) 1 ；增加废钢用量型顶吹氧、底吹氧或侧吹氧、喷或 加燃料等。按照底部供气元件结构，复吹法分喷管型、透气砖型和细金属管多孔 塞型三类。按照底部供气种类，分为惰性气体( m ) 或n 2 型、空气( 或空气加 n 2 ) 型、二氧化碳( 或c 0 2 + 0 2 ) 型、吹氧( 或加可燃气) 型、一氧化碳型等。 2 2 复吹转炉工艺 2 2 1 项吹终点前后的底吹复吹法 它是在顶吹氧到终点后，底吹氩、氮等非氧化性或弱氧化性气体c 0 2 的吹炼 法，此法实质上是把钢包吹气的方法移植到顶吹转炉中。该法底部采用多孔透气 - 4 东北走学硕士学位论文第二章文献综述 砖。为了减少钢渣间的温度差和促进脱磷，该法供气强度采用0 叭0 。l m 3 ( t m i n ) ， 时f n 5 m i n 足够了，但要达到降低渣中( f e o ) 的目的，则需要采用合适的供气时 间和供气强度。 复吹的效果，关键看终渣的( t f e ) 含量。终吹前开始的大气量搅拌，特别是 在氧由一氧化碳开始转向氧化铁的l 临界碳含量，即脱碳速度明显下降的碳含量( 在 o 5 左右) 之前开始搅拌，并适当延长搅拌时间，将取得较好的搅拌效果。否则， 即使用o 2 m 3 ( m i n t ) 的供气强度，降低( t f e ) 的效果也不明显。在临界碳含 量到达之前施以中等程度的搅拌，并适当延长搅拌时间，渣中( t f e ) 就可以明显 减低。所以，有了通气性良好、寿命长和能大幅度可调气量的供气元件，还必须 有合适的供气制度，才能取得良好的冶金效果。 按照日本的经验，在熔池含碳量较低时搅拌期加入o 2 k g t 焦碳，将取得较好 的搅拌效果，通常可以把( t f e ) 降低到1 0 以下。 终点前后底吹的复吹法的缺点是降低炉子的生产率和炉龄。顶吹终点时熔池 温度要高1 0 左右，以补偿底部搅拌的温降。此外，它不能降低顶吹的烟尘和喷 溅量，不能用于吹炼超低碳钢和不锈钢。 2 2 2 顶吹氧同时底吹非氧化性气体的复吹法 该法关键是控制底吹气量、顶枪枪位和供氧强度，以达到控制渣中氧化铁的 目的。 随着底吹气量的增加，渣中氧化铁将下降，当底气量增至约氧气量的1 1 0 时， 渣中氧化铁将接近氧气底吹转炉的水平。此外，对于钢管型喷嘴还要考虑受结瘤 的限制，通常底吹气量不宜过分增加。 在强烈脱碳期，由于熔池搅拌强烈渣中氧化铁已下降，此时无需底部吹气搅 拌，底气量一般控制在不烧枪和钢水不灌枪的最低水平上。在吹炼时间的后1 3 内， 以上限吹氩，到取样出钢时m 气量再减至最小。 目前有的工厂因无氩而全程吹氦，这时要求含氮较低的许多钢种是不合适的。 采用前2 3 时间吹氮，后l ，3 时间吹氩，这样既节约氩气又可使钢中氮含量明显减 少。 2 2 3 顶底同时吹氧的复吹法 调节顶吹氧和底吹氧的流量比是该法操作的关键。当底吹氧量由极小值逐渐 向上调时，炉内冶金特征便由l d 法向底吹法过度。当底吹氧气比达到4 0 5 0 时，冶金特征实际上与氧气底吹转炉无明显差异。因此，在顶底同时吹氧的复吹 转炉中，底吹氧气通常控制在5 - - 4 0 范围内。 实践表明，在绝大多数情况下，将渣中氧化铁含量控制在比l d 法低5 - 1 0 5 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 左右是合适的。此时，吹炼过程平稳，脱磷基本上与l d 法相同，并可提高钢的收 得率和锰的回收率。 研究3 2 0 t 转炉底吹氧气比( o b r ) 为4 2 和1 0 3 两种情况下终点c 与渣中 ( t f e ) 的关系时发现：当o b r 4 5 时，对终点碳很低的钢种( 【c 0 0 4 ) 有过氧化趋势，但对终点碳为0 1 0 0 2 0 的钢种可以满足脱磷要求；当o b r 为 1 0 3 n , j ，可以消除 c 0 0 4 钢种的过氧化，但对吹炼 c o 1 0 - 0 2 0 的钢种脱 磷有困难。可见，底吹氧气比应视钢种情况加以选择。 顶枪枪位的控制要比l d 法高，枪位变化可以作为调节渣中( f e o ) 的辅助手 段。这种复吹比单纯顶吹、底吹喷溅都轻。但在硅和碳激烈氧化期。若操作不当 也会产生不同程度的喷溅。实践表明，在脱硅期加入适量的氮、氩或弱反应气体 到底吹氧气中，以加强熔池搅拌，对减少脱硅期喷溅有利。这些气体的加入，对 低硅铁水( s i 0 。6 ) 则不应小于2 0 。 像k - b o p 这样的方法，脱碳用的氧量1 3 以上通过底吹喷嘴送入熔池，从而 实现大流量底吹搅拌熔池，但搅拌强度将因碳含量的下降而减弱。为了解决这个 问题，2 5 0 tk b o p 在精炼末期还采用了氧气和惰性气体混吹的办法，其冶金特性 与q b o p 工艺相同。日本川崎公司的经验表明，改进冶金反应进程不决定于气体 种类，而是通过改变气体流量来实现的。 如果不向底吹氧中加入其他气体，则可在喷溅将发生之前，减少顶吹氧量同 时增加底吹氧量，对减少喷溅有一定效果，因为底吹氧比顶吹氧更有利于熔池搅 拌。 2 2 4 随底吹氧气喷吹粉剂的复吹法 喷吹石灰粉，通常混有定数量的铁精矿粉和萤石粉，以降低石灰熔点和补 充脱磷所需氧化铁。由于粉剂迅速熔化成液滴，使脱磷和脱硫速度明显提高。粉 剂中c a o 以7 0 - 9 0 为宜，氧化铁配比以y f e 为3 0 一5 为宜。 有的钢厂由于采用透气砖、环缝式喷嘴或单管式喷嘴喷吹少量气体搅拌，这 种情况下要从炉底喷粉造渣，前者不可能，后者喷吹量很少。为了进行中碳钢脱 磷，也可以采用顶枪喷粉，但烟气带走的粉剂量大，脱磷效果不如底吹法稳定。 2 2 5 大范围调节底气流量的高压复吹法 气量可调幅度对复吹关系重大，调气量范围大才能按钢种要求的供气模式供 气。早期的复吹法，也想加大后期熔池的搅拌程度然而受前期化渣及元件可调 气量幅度限制，气量只能控制在约0 0 5 m 3 ，( m i n t ) 水平上。1 8 0 tl d k g 法操作 实践表明，这个供气强度只能满足高碳钢的冶炼要求，对中低碳钢则感到不足。 6 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 直7 l 型透气砖、环缝式喷嘴、多微空透气塞具有气量可调幅度大( 1 0 倍) 的优点， 但若进一步增加调节幅度，在常压范围内仅凭改进元件结构很难实现。1 9 8 5 年， 日本川崎公司开发出高压复吹技术l d - k g c ，供气压力高达4 0 5 0 m p a ，气量调 节幅度达到o 0 1 0 2 m 3 ( r a i n t ) ，获得了2 0 倍的气体调节量。这样，即减少了 元件尺寸并提高了畅通性，还可以按要求模式供气，降低渣中的t f e ，并可按喷溅 预报调大气量压喷。我国南京钢厂也开发成功气量范围达到o 0 1 0 2 0m 3 ( r a i n t ) 的高压复吹方法( l d - n g f ) 。随着气体流量增加，渣中t f e 减少。当流量达到o 2 r n 3 ( r a i n t ) 时，t f e 降到了与q b o p 或k b o p 生产低碳钢一样的水平，从而改善 了冶金特性，使终点锰含量提高，金属收得率提高。 2 3 复吹转炉的冶金特征 顶吹转炉实践表明，它操作灵活，可以控制脱碳、脱磷反应同时进行，容易冶 炼中、高碳钢，熔渣氧化性高，成渣条件好。缺点是熔池搅拌差，熔池成分、温 度不均匀性大，同时钢渣容易过氧化，容易产生喷溅和金属损失；底吹法熔池搅 拌强烈，可以避免过氧化，吹炼平稳、金属损失少。有利于炼低碳钢。缺点是成 渣慢，若在吹炼中脱磷需喷石灰粉。c o 燃烧成c 0 2 数量少，废钢用量比l d 法少。 复吹法兼有这两者的优点，同时避免了两者的缺点，因此其机能和适应性都增强 了。 复吹法的主要冶金特征表现在以下方面： 1 ) 炉渣氧化性明显降低。从对l d k g 、k - b o p 法吹炼终点渣中全铁量与 l d 法、q b o p 法的比较可以看出，复吹法炉渣氧化性介于纯项吹和纯底吹之间。 2 ) 钢液中残锰量明显提高。从对l d - k g 、l b o p 、l d h c 法终点锰和碳的 关系及其与l d 法、q b o p 法的比较可以看出，钢中残锰量提高了。 3 ) 脱磷和脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数。不少研究者 用赫利等提出的关系式( 2 1 ) 进行计算，结果表明复吹的磷的分配系数与赫利平 衡值很接近： ，p 、 2 l g * = 三：；喜= 一1 6 0 + 2 5 l g ( t f e ) + o 0 8 ( c a o ) ( 2 1 ) l r j l 4 ) 吹炼平衡、喷溅量少，金属收得率提高。 2 4 转炉复吹技术的发展p 瑚】 我国转炉复吹技术的研究与开发是从7 0 年代末开始的，于1 9 8 0 年开始对氧气 转炉顶底复合吹炼技术和工艺进行试验研究b3 1 。1 9 8 2 年在6 t 氧气转炉上进行复合 7 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 吹炼的工业性试验，并获得了成功。最早采用转炉复吹工艺的是首钢试验厂的6 t 转炉和新抚钢厂的6 t 转炉。1 9 8 3 年在大中型转炉进行了工业性试生产。从1 9 8 4 年开始，我国的转炉复吹工艺迅速发展并向全国推广。我国转炉复吹技术起步较 早，并取得了同国外类似的冶金效果和经济效益。但是由于我国氧气转炉总体装 备水平落后，与国外先进水平相比还有一定的差距。 2 4 1 发展现状 2 4 1 1 开发了多种形式的供气元件 底部供气元件是复吹转炉的关键技术之一。日本多采用管式结构的喷嘴；西 欧国家多采用透气砖形式。我国最初采用的是管式结构的喷嘴。首钢的6 t 转炉1 9 8 2 年采用双层套管，1 9 8 3 年改为环缝。虽然双层套管同环缝相比，除了使用n 2 、c 0 2 、 a r 外，还可以欧入0 2 、粉料等，但是从结构上来看，还是环缝最简单。环缝比套 管的流量调节范围大、控制稳定、不会倒灌钢水。在吹炼时，环缝气流速度可以 接近音速，形成气流屏障，具有保护喷嘴和耐火材料的作用。套砖多为镁白云石 或镁碳砖。太钢二炼钢5 0 t 转炉炉龄达到1 2 2 8 炉，并实现了底部供气元件与炉龄 同步。马钢二、三炼钢的9 、5 0 t 转炉、上钢一厂、五厂的1 5 t 转炉和南京钢厂的 1 5 t 转炉都是采用这种形式的供气元件。 唐钢3 0 t 转炉从1 9 8 4 年开始采用狭缝式透气砖。它是选择适合于复吹要求的 耐火材料作为透气砖的基体，在两片砖之间形成一定宽度的狭缝作为气体通道， 控制适当的气体通道间隙，调节底部供气范围，满足复吹工艺要求。武钢5 0 t 转炉 以镁质材料为透气砖的基体，并加入适量的添加物和碳素材料，精心砌筑、注意 维护和及时修补，底部供气元件也与转炉炉龄同步，超过了1 0 0 0 炉。 鞍钢1 5 0 t 转炉原来是以管式喷嘴进行复吹的，从1 9 8 4 年开始采用微孔式透气 砖。它是以不锈钢管作为气体通道，埋在耐火材料中，经等静压成型和热处理而 成。气体通道可以采用分散式的。也可以制成束股式的。鞍钢在1 5 0 t 转炉上采用 这种供气元件的平均寿命为4 8 0 炉，最高7 8 6 炉。首钢3 0 t 转炉，采用简易法制成 的这种供气元件，平均寿命6 8 5 炉，最高9 8 0 炉。 2 4 1 2 采用了不同的底吹气源 复吹是在顶吹的同时通过底部向熔池吹入适当数量的气体，强化搅拌，促进平 衡。底部吹入的气体可以有很多种，例如n 2 、m 、0 2 和c 0 2 等。n 2 比较便宜， 但是对钢的质量有影响，而且冶炼的钢种也受到了限制。因此我国般采用前期 吹n 2 ，后期用舡切换或者用c 0 2 切换的工艺。武钢n 2 加压能力不足，a r 有余， 所以采用了全程吹a r ，并且在国内首次采用了终点停氧后用时搅拌的“后搅拌” 8 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 工艺，取得了很好的效果。 上钢一厂的1 5 t 转炉和首钢的3 0 t 转炉复吹时，前期吹氮、后期用c 0 2 切换， 使终点时钢中 n 含量为2 0 - 3 0 1 0 。6 。首钢6 t 转炉复吹时，采用全程恒量底吹n 2 工艺，终点钢中 n 】含量与底吹供n 2 强度q 呈线性关系，即 n 卜1 6 3 6 + 7 6 9 7 9 9 q 。 如果采用0 0 5 m 3 ( m i n t ) 的供n 2 强度，那么终点钢中 n 含量将达到5 5 1 0 一。 前期吹氮、后期吹c 0 2 时，终点钢中 n 含量一般相当于顶吹的水平，即2 0 x1 0 。6 以下。鞍钢曾经对1 5 0 t 转炉采用n 2 搅拌时钢中 n 含量的变化进行过分析，也得 出了钢中斟】得多少主要取决于底吹供n 2 强度得结论。全程吹n 2 的供气强度 0 0 3 m 3 ( r a i n t ) 时，终点钢中 n 】含量比顶吹高得多。而后期用a r 切换时，终点 钢中 n 】含量平均为2 0 x1 0 4 左右，可与顶吹水平相当。 马钢在9 t 转炉上进行了底部吹入0 2 的复吹试验，并获得成功。当底部吹0 2 强度为o ，0 5 0 2 5 m 3 ( r n i n t ) ，并利用中磷铁水或半钢冶炼中、低碳钢时，前期 渣形成快，一次倒炉脱磷率高达9 0 以上。吹炼平稳，喷溅少，金属收得率显著 提高。底部供气强度稳定，熔池搅拌力强，促进了渣钢反应平衡，有利于节约吨 钢合金加入量。纯供氧时间短，冶炼速度快，经济效益显著。底枪采用轻柴油作 冷却介质，吨钢消耗降到0 3 6 魄。钢中 弼无需用a r 或c 0 2 后搅拌也能满足钢种 得要求，钢中【n 】与顶吹水平相当。开发成功了底部热换枪技术，炉底寿命已超过 4 0 0 炉。 2 4 1 3 不断地完善和提高了复吹工艺 我国几个主要钢厂在采用复吹工艺以后，经过研究与开发，不断地完善和提 高了这项新技术，例如后搅拌工艺、炉气二次燃烧技术、底部喷吹煤粉技术和中 磷铁水炼钢技术等。 武钢二炼钢5 0 t 转炉为了准确控制成分、改善钢的质量和减轻r i - i 真空处理的 负担，选择甜作为底部搅拌气体，吹炼深冲板用钢和硅钢等低碳钢。在终点f c l 为0 0 4 左右，停氧后用心搅拌，供时强度为0 0 3 0 0 6 m 3 ( m i n t ) 。这种后 搅拌工艺可以降低钢水和炉渣的氧位，使渣钢反应更接近平衡状态，改善了钢水 内部分成分偏析和温度地不均匀性，降低了钢中气体夹杂，提高了钢的质量。 在鞍钢15 0 t 转炉的复吹试验中，将原来的顶枪增加直筒形喷孔，形成单道双 流氧枪，促进了炉气的二次燃烧，比普通氧枪燃烧率提高5 ，c o 燃烧热效率达 8 0 ，多装废钢5 。钢铁料和石灰消耗也有所降低，炉龄提高1 4 7 炉，年效益3 6 0 万元。攀钢1 2 0 t 转炉在复吹试验中采用的是双流遒氧枪，也提高了炉气的燃烧比 和燃烧效率，解决了热量不足，缩短了冶炼时间。 钢铁研究总院在实验室研究了底吹氧气喷煤粉的技术，并在新抚钢的6 t 转炉 上进行了扩大试验。从4 0 炉的情况来看，只要适当控制煤氧比例，煤氧枪的工作 9 东北大学硕士学位论文 第二章文献综述 是正常的。吹炼乎稳、化渣快、热效率高。废钢比可以提高到2 0 3 0 ，个别炉号 达到5 0 ，为转炉直接使用固体料进行了探索。 马钢在5 0 t 复吹转炉上，试验了用中磷( 0 3 0 5 ) 铁水冶炼低碳钢的工艺， 即采用高高低枪位，在终点降枪。底部供气强度控制在o 0 3 0 0 7 m 3 ( m i n t ) ， 先弱后强。复吹后终点磷比顶吹低0 0 0 2 5 ，而成品磷比顶吹低o 0 0 6 。另外， 还试验了用中磷铁水冶炼中、高碳钢的工艺，认为底部供气制度以高低高型为佳， 造渣制度以c 2 s 为主体，伴以若干量的c 2 s ，有利于脱磷。 钢铁研究总院采用小块石灰加双流氧枪以及熔池加温搅拌等工艺，吹炼含磷 1 的铁水，获得了较好的脱磷效果。鞍山钢铁学院采用顶喷石灰粉的方案进行了 复吹试验，不仅具有较好的脱磷效果，而且可以实现高拉碳，为利用中磷铁水冶 炼中、高碳钢进行了有益的探索。 2 4 1 4 扩大了品种、提高了质量 首钢复吹可以生产普碳沸腾钢( b j l 4 f ) 、普碳镇静钢( b j 2 叫) 、焊条钢 ( h 0 8 a h 0 8 e ) 和低合金钢( 1 6 m n 、2 0 m n s i ) 等钢种。复吹钢中含氧量和含硫量 低于顶吹，含氢量与顶吹相当，含氨量可降至顶吹的水平。脱磷能力优于顶吹， 钢坯和钢锭表面质量良好，质量合格率稳定在9 9 左右。武铜复吹可以生产普碳 镇静钢、0 8 a 1 、船板钢和硅钢等。特别是采用后搅拌，使得终点成分和温度的稳 定性得到了改善。深冲钢的炼成率比顶吹提高了1 6 7 7 。其中酸溶铝的合格率提 高了1 1 0 4 。车间硅钢的炼成率也比顶吹提高了2 1 1 。鞍钢复吹可以生产低碳 钢和低合金钢，马钢也能吹炼顶吹所有牌号的钢种，并且能冶炼4 5 号钢，太钢等 正在采用复吹试验吹炼不锈钢。全国各钢厂的复吹转炉都在不断地扩大品种和提 高质量。 2 4 i 5 深化了基础研究工作 徐文派对炼钢用等截面喷枪的气体力学特征的研究和魏天秀等从气体力学和 加热摩擦管理论出发，推导出来的底吹喷枪的计算公式，对于环缝式喷嘴的应用 具有参考价值。张荣生等利用水力学模型研究了熔池的搅拌现象，证实了小气量 的底部供气的复吹熔池混匀时间主要取决于底部供气的能量速度，并提出了喷嘴 数目和位置参数。李远洲等人利用水力学，模型研究了熔池的搅拌和运动规律， 提出只靠小气量底部供气式不可能显著缩短熔池混匀时间的，必须同时注意发挥 顶枪的作用。王尚槐等在水力学模型中采用铝粉示踪法研究了复吹过程中熔池内 的流谱，提出了小转炉用透气砖进行底部供气时在中心布置底吹点有利于搅拌的 观点。 张柏汀等在首钢3 0 t 转炉上，以n 2 为底部搅拌气源，对复吹过程中氮的行为 1 0 东北大学硕士学位论文第二章文献综述 进行了研究，并提出了用混合控制模型来描述熔池氮含量的变化规律。用该模型 计算出来的脱氮速度和钢中咖含量随时间的变化与取样分析的结果相当符合。在 吹炼初期，熔池中的 n 】含量下降比较快，在脱碳速度高峰过后不久， n 含量达到 最低值。如果选择这个时间作为切换点，用a r 、c o ：或其它非氮气体作为搅拌介 质，对于控制终点时钢的 n 含量具有明显的效果。切换气体的强度越大，效果越 显著。另外，底部供氮强度对中后期钢中 n 】含量有明显的影响。当供氮强度提高 时，会使钢中 n 】含量的最低点前移，而且使终点的 n 】含量提高。为了控制终点 n 含量，必须将切换点适当提前。首钢和鞍钢的研究也指出，影响钢的终点【n 】含量 的主要因素是铁水中的 n 】含量、底部供氨强度、供氮时间、终点到出钢的间隔时 间和出钢温度等，这些都为控制终点【n 】含量提供了重要参数。 钢铁研究总院、太钢和武钢对复吹过程中炉渣成分的变化进行过分析。开吹 后炉渣成分从f e o s i 0 2 边线开始，随着s i 、f e 和m n 的氧化，石灰逐渐溶解。炉 渣成分先进入钙镁橄榄石低熔点区，随着铁液中碳的还原，( f e o ) 降低，( c a o ) 增高，m g o 溶解度也在减少，随后炉渣进入多相区，产生了c 2 s 。这时，调节炉 底惰性气体的流量，有助于石灰的溶解，发挥炉渣的精炼作用。复吹炉渣中出现 c 2