炼钢转炉复吹存在的问题及探讨.doc

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 THECOMBINED2BLOWINGOF STEELMAKING CONVERTERZhang 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 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 supply brick and ameliorating the combined2blowing system. Key words steelmaking converter ,combined2blowing ,gas supply brick ,gas feed system1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，20042005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。图1 19992005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0.800.90MPa，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.1IIb管No.2I支管 Ib管II支管 Ia管No.4 No.7 转炉No.3 No.5 No.6 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0.030.06Nm3/（mint），强搅可达0.10Nm3/（mint）。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135155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)34，主要造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16601700。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88.00.06活性度330ml高镁石灰一级品50.035.00.060.06烧损10.0%二级品47.532.50.060.06烧损14.0%二级品45.030.00.060.06烧损14.0%复合造渣剂5.052.060.08.06.00.100.103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17.2738.84%，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) 100010-4%甚至达到了150010-4%。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。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废钢铁消耗/(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51mm的不锈钢毛细管，采用中心1根，60mm的圆周上9根及105mm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60mm1。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。供气强度Nm3/(min.t)0.060.03ArN20.020.04N2ArN2N2非生产 开吹 14min 倒炉 补吹 倒炉、出钢、溅渣 图4 新开炉100炉底部供气模式供气强度Nm3/(min.t)0.060.060.060.060.040.030.03N2ArN2ArN2Ar0.02ArN2N2非生产 开吹 14min 15min 倒炉 补吹 倒炉 补吹 倒炉、出钢、溅渣 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，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60mm圆周上的9根毛细管布置到75mm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105mm圆周扩大至155mm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自动气量调节设备及仪表的精确性和稳定性；设置底吹分配联箱气体压力报警及连锁，当联箱气体压力低于某设定值时报警，并利用连锁功能打开另一高压气包阀门，气体类别虽发生变化，流量仍按供气模式控制；氮氩气包至分配联箱之间设置止回阀；在任何断电及电控设备故障情况下，调节阀和切断阀处于打开状态，保证管路维持最低气量；针对供气压力脉动，实现底供气源专有；设置底部供气过滤网；尽量减少耳轴旋转接头至透气砖尾管之间管路的焊接，防止焊点受热炸裂。4.4.2防止异物堵塞供气元件在管路与底部供气元件焊接前吹扫管内夹杂；底吹管道焊接时应无漏焊、虚焊、脱焊，切实保证焊接质量，防止漏气及异物进入；管道焊接完毕检查整个底部供气管路是否有泄露点，确认无泄漏后进行压力、流量调试以及切换操作；透气砖在安装前要确保干燥、干净，入厂时其端部、气室、尾管均应包扎和覆盖，砌筑过程中要采取防尘措施，砌前砌后均要试气，试气正常方可投入使用。4.5应用底吹复通技术 增设压缩空气或氧气管路，当发现底部供气元件出现堵塞迹象时，立即将该块透气砖供气切换成压缩空气或氧气，倒炉时观察炉底，一旦发现底部供气元件附近有亮点即可2，通过氧化性气体和惰性气体的交替变换，可控制底部供气元件的堵塞和熔损，但要注意透气砖不能烧漏；适当提高底部供气强度；低碳、高温钢出完钢后转炉摇至“零位”，顶吹氧气冲刷炉底，氧压0.7MPa，枪位小于1.5m，吹氧时间4090s，或在出钢后留渣渣洗炉底，或加硅铁吹氧洗炉底；底吹管道有杂物堵塞时应用“反吸”技术3。4.6透气砖的维护粘渣涂敷使炉底挂渣，再结合溅渣工艺，能快速形成炉渣-金属蘑菇头。炉内钢水出尽，出钢毕不立即倒渣，转炉摇至“零位”后，底吹氮气迅速降低炉渣过热度，根据渣态情况加入适量的改质剂或高镁石灰02t并在“零位”附近前后摇炉，使钢渣均匀覆盖炉底，竖炉510min；溅渣护炉时，提高底部供气强度有利用于形成放射性发达的炉渣金属蘑菇头；控制炉底上涨不超过200mm以确保透气砖的透气性；开炉后若发现炉底侵蚀过快，应提前进行吹氮溅渣，用透气补炉料扣补炉底3，补炉料烧结时间30min。4.7加强透气砖质量把关技术人员在情况许可的条件下到透气砖生产厂家进行现场跟踪监督并指导透气砖的制作，按照透气砖技术要求对透气砖进行现场验收，全面检测供气元件的透气性能、气量调节范围、高温力学强度、耐剥落性能、金属管与金属气室焊接后的气密性等。事实上，在多微管型底吹供气元件的生产过程中，制作是关键，通过配料、混合等环节的质量控制，尤其是等静压成型和焊接质量的控制尤为重要4。4.8优化底吹供气模式为满足钢质需求又要节约底部供气成本，对钢种要求N小于4010-6，吹炼过程中可全程吹氩，N在4010-67010-6范围内的钢种，吹炼2/3时底吹氮气切换成氩气，出钢毕再将氩气切换成氮气；N大于7010-6的钢种，可全程吹氮。4.9坚持技术和管理并重对操作工进行复吹专题技术培训以提高他们的冶炼技能和工作责任心；严