转炉复吹技术在宝钢的应用和发展

1、转炉复吹技术在宝钢的应用和发展摘要： 介绍了宝钢转炉复吹技术的发展历程，阐述了目前复吹的工艺参数和特点，比较了复吹 转炉在不同底吹风口状态下的冶金效果，说明了裸露的底吹风口有利于铁水锰回收率的提高、转炉 终渣( T.Fe )含量的降低、转炉终点钢水碳氧积的下降以及脱磷、脱硫能力的提高。关键词： 转炉炼钢，复合吹炼，冶金效果Application and Improvement of Converter Combined Blowing Technology atBaosteelJiang Xiao-fang, Zhang Geng, Mou Ji-ning(Steelmaking Plant

2、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 differe

3、nt 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 dep

4、hosphorization and desulphurization.KEY WORDS ： converter steelmaking, combined blowing, metallurgical effect1 前言 氧气转炉顶底复合吹炼是 20世纪 70 年代末世界炼钢领域中发展起来的，兼有顶吹法和底吹法 两者的优点，设备简单，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。因此，转炉顶底复合吹炼法在世界各国得到了广泛的应用并不断发展，到目前为止，已发展 了几十种复合吹炼工艺。如果按照底吹气体的种类、喷吹量以及风口结构的不同，可分为 20 余种模 式的复吹方

5、式；如果按照使用目的大致可分为三种类型： (1)弱搅拌型复合吹炼：这种类型是以提高 产品质量为主，适合冶炼各种钢种。(2)强搅拌型复合吹炼：这种类型是以提高产量为主，较适合冶炼低碳钢。 (3)强化冶炼、提高废钢比的复合吹炼：这种类型适合于高废钢比的冶炼条件1 。宝钢一炼钢目前有 3座300 t转炉，于1985年9月投产，1990年6月改造为顶底复吹转炉，主 要底吹气体为 N2和Ar，目前供气强度 0.0220.25m3/min.t，属于弱搅拌型复合吹炼转炉。宝钢二炼 钢有2座250t转炉，于1998年4月投产，底吹 2和Ar气，供气强度0.0050.15m3/min.t，同样属 于弱搅拌型复合

6、吹炼转炉。宝钢转炉实施复吹工艺技术以来，由于复吹工艺本身所具有的良好冶金效果，不仅为宝钢创造 了良好的经济效益，而且为提高宝钢产品的质量创造了条件，特别是为宝钢开发高难度高附加值的 新钢种提供了良好的条件，如宝钢近年来开发生产的抗氢致裂纹X60、X65 管线钢，均采用了宝钢自主开发的 BRP 技术 2，该技术的关键之一就是转炉复吹技术。2 宝钢转炉复吹技术的发展历程2.1 引进消化阶段( 1990 年 2000 年)宝钢300t转炉在1990年6月开始采用顶底复吹技术，底吹供气强度为0.0220.11m3/min.t,转炉底吹风口有2个，沿转炉耳轴方向布置，2个风口间距1m,每个风口单独控制可

7、以根据每个风口的不同状态进行底吹气体流量的独立调节， 达到风口不易堵塞的目的， 复吹的冶金效果比较显著。 但是,由于只有 2 个风口,转炉底吹要达到一定的搅拌能力,每个风口的流量相对较大,造成风口 的侵蚀速度比较快,因此,底吹风口的寿命不长。从 1990 年到 1995 年期间,虽然底吹风口寿命最 长达到 3242 炉,但年平均底吹风口寿命最长才达到 2433 炉。1996年对 2号和 3号转炉底吹进行了改造, 采用多孔复吹技术, 风口由原来的 2个调整到 6个, 沿转炉耳轴方向两排布置,每排 3 个风口,由一路支管控制。底吹气体和供气强度与原来相同。采 用这种底吹方式以后, 虽然底吹风口的寿

8、命有所提高, 但由于每 3个风口的流量是由一路支管控制, 在转炉生产过程中, 3个风口受到的侵蚀程度是不同的,每个风口的压力也有差别。因此,3个风口的底吹流量与它们各自的透气状态有关，很难达到3个风口的流量是均匀的，这造成了透气通畅的风口越来越通畅，而稍有堵塞的风口越来越不畅，风口的侵蚀速度就有很大的差别。实际生产中往 往出现6个底吹风口中只有 34个风口是通畅的，有时甚至只有2个风口是畅通的， 这对底吹风口 的维护带来困难，底吹风口寿命和复吹的冶金效果也受到影响。1997年宝钢开始实施转炉溅渣护炉工艺技术，该技术对提高转炉炉龄产生了积极作用，转炉炉 龄有了质的飞跃。但是，底吹风口的寿命没有较

9、大幅度提高，导致复吹比例下降，影响了复吹的效 益和作用的发挥。 宝钢300t转炉从1992年到2000年的转炉炉龄、底吹风口寿命和复吹比例见图1。从图中看出，底吹风口寿命从1992年开始逐年有提高，到 1997年转炉实施溅渣护炉前，转炉复吹比例在50%70%之间波动。但是，在转炉溅渣护炉后，由于炉龄大幅度提高，而底吹风口寿命没有 明显提高，特别是1998年的平均复吹比例只有 32%，大大限制了转炉复吹的冶金效果。1200010000次8000命6000寿400020000:I底吹风口寿命转炉炉龄复吹比例80604020J92939495969798992000年度100图1宝钢300t转炉炉龄

10、、底吹风口寿命和复吹比例Fig.1 Lining Life, bottom tuyeres life and combined blowing ratio of Baosteel 300t converters31998年4月，宝钢250转炉投产，底吹供气强度0.0050.15m /min.t，炉底有10个风口，由两路支管进行控制，每路支管控制5个风口。10个风口在炉底呈圆形分布，以装入侧和出钢侧的中轴线对称布置。这种底吹风口的布置方式有利于风口的维护，一般采用转炉挂渣维护手段来提高底吹 风口的寿命。但是，由于底吹流量控制系统只能控制 5个底吹风口的总流量，对每个风口的气体流 量无法控制，同样

11、存在300t转炉底吹改造后的缺陷。在炉役的中后期，底吹风口基本是不裸露透气，底吹的搅拌作用明显下降，冶金效果受到影响。2.2改进创新阶段(2001年至今)随着转炉炉龄的提高，对底吹风口的寿命有了更高的要求，为此，探索长寿命的底吹风口并保 持复吹的有效性势在必行。同时，随着250t转炉炼钢生产线的投产，炼钢能力逐渐超过炼铁能力，转炉炼钢节奏明显减慢，炉龄高低不是影响生产的主要因素。因此，宝钢炼钢厂从2001年开始按照经济炉龄模式来组织生产，这样可以在不影响公司物流情况下，探索降低转炉耐材消耗和成本，努 力实现经济炉龄，提高转炉的复吹比例，改善复吹效果。与此同时，宝钢BRP技术的开发对转炉的复吹也

12、提出了新的要求。在这样的背景下，制定了宝钢转炉复吹技术的发展目标，即实现转炉全程 复吹、追求复吹有效性。经过近几年的研究，已经形成了如下特点的宝钢转炉复吹技术(LD-BB :Baosteel BOF Blowing )。底吹风口的选择、风口布置结构的优化转炉全程复吹是炼钢生产技术的发展要求，转炉风口核心问题是风口长寿和高效，其布置一直 被冶金工作者所重视。转炉风口长寿是基础，高效是目标。但要实现转炉高炉龄下的高复吹比、实 现高效复吹却非常困难。根据转炉经济炉龄的实践，实施风口更换技术是确保底吹风口高效的重要 措施。因此，底吹风口布置结构要适应风口更换的要求。转炉底吹风口数量各厂变化较大，一般在

13、216个风口。风口数少，冶金效果较好，但风口寿命相对较低；相反，风口数多，冶金效果相对不显著，操作控制较难，但寿命较长。经过近10年300t转炉复吹工艺技术的实践以及250t转炉底吹技术的消化和比较，宝钢以更换300t转炉炉壳为契机，对转炉底吹风口的选择、风口布置结构进行了大胆改进。根据不同个数风口的实绩，要提高复 吹比，实现高效复吹，选择多个风口数较好，并且风口在炉底呈圆形分布。这样，风口更换相对可 选，每次可更换12个风口，并且更换的安全性得到提高。同时，为了解决多个风口由一路系统控 制带来的缺陷，对转炉底吹控制系统进行了改进，实现了底吹风口独路控制，这样可以根据每个风 口的状态动态调节底

14、吹气体的流量，为风口维护和实施富氧复通技术创造了条件。富氧复通技术溅渣护炉技术实施后，转炉底吹风口维护不当容易造成风口上部被渣层覆盖，易堵塞。根据宝 钢转炉复吹的实践，底吹风口堵塞后气体很难从风口上部的渣层中穿过，基本上从渣层与炉衬砖之 间的缝隙中通过，而且多数在炉底拐角处穿出，不仅会造成此处耐材消耗异常，且容易带来安全隐 患，而且复吹的冶金效果也不明显。因此，宝钢对底吹风口要求是尽量裸露，底吹风口热态使用状 况见图2。当底吹风口有堵塞的倾向时，就采用底吹气体中通部分氧气使底吹气体带有氧化能力， 烧通堵塞的风口。根据宝钢的实践，制定了底吹风口富氧复通技术的实施条件和技术标准，该项技 术为提高转

15、炉复吹寿命和复吹有效性发挥了作用。图2底吹风口热态使用状况Fig.2 Hot use of bottom tuyeres of a con verter底吹风口热更换技术底吹风口的维护技术以及风口材质改进能够提高风口寿命，但在溅渣护炉技术使炉龄大幅度提 高的情况下，要使底吹风口寿命与炉龄同步并且确保复吹的有效性难度较大，为此，宝钢自主开发 了底吹风口更换技术。底吹风口的热更换是指在转炉热状态下对透气芯砖进行整体更换。该项技术 开发成功后，至今已经成功地更换了约50支风口砖，大大地改善了转炉复吹的效果，为全程复吹提供了保证。通过采取以上的措施以及对底吹风口的维护，转炉实现了全程复吹，从 2001

16、年开始，300t转炉和250t转炉的复吹比均达到了 100%, 300t转炉最高底吹风口寿命达到10656炉，250t转炉最高底吹风口寿命达到8738炉，近年来转炉底吹风口年平均寿命见图3。由于实施转炉经济炉龄控制后，转炉炉龄有所降低，因此，底吹风口寿命也有所降低。100008000二300t转炉| | 250t转炉60004000200020012002200320042005年度图3转炉底吹风口平均寿命Fig.3 Average bottom tuyeres life of con verters3复吹工艺参数和特点3.1底吹气体流量模式在宝钢复吹投产初期，由于当时钢种比较简单，对磷硫的要

17、求不严格，转炉可以实行高拉碳操 作，因此，底吹气体的流量模式是按不同钢种分类的。随着新钢种的不断开发以及钢产量的不断提 高，对转炉操作提出了新的要求，不仅要求转炉停吹磷硫含量低，而且还要求降低再吹率，以实现 快速出钢。在这种情形下，高拉碳操作已经不能满足生产的需要，促使转炉操作逐渐向单一化发展， 转炉的停吹碳基本上小于 0.10%，底吹气体流量模式也逐步简化。3.2供氧强度和氧枪枪位由于有底吹气体的搅拌作用，复吹转炉不像顶吹转炉只有氧枪吹氧的搅拌从而需要降低枪位来 加强搅拌作用，同时，复吹转炉渣中氧化铁明显比顶吹转炉低，为了促进转炉化渣去磷，复吹转炉 氧枪枪位不能过低。因此，复吹转炉的氧枪枪位

18、一般比顶吹转炉高100200mm ,氧枪供氧强度已由投产初期的2.8 m3/min.t提高到目前3.3m3/min.t。3.3冶金效果复吹能够加强转炉钢水的搅拌，特别在转炉吹炼到低碳范围时，这种搅拌作用更加突出。在减 少渣中氧化铁含量、提高钢水的残锰量、降低钢中的氧含量、减少合金消耗、提高氧气的利用率、 降低氧单耗等方面都起到了重要作用。在生产中发现，即使是复吹转炉，如果底吹风口的状态不同， 对冶金效果也有较大的差别，下面对底吹风口不同状态下的冶金效果进行比较。转炉钢水残锰比较图4是低碳铝镇静钢在复吹转炉不同风口状态下的铁水锰回收率情况。从图中看出，不同底吹 风口状态下铁水锰回收率是不同的，底

19、吹风口裸露比底吹风口全部堵塞和部分堵塞的铁水锰回收率 分别高约9%和6%。因此，底吹风口裸露对于提高铁水锰回收率是有利的。图4不同底吹风口状态下铁水锰回收率的比较Fig.4 Comparison of recovery yield of Mn in hot metal under different conditions of bottom tuyeres转炉终渣（T.Fe）含量比较图5是低碳铝镇静钢在复吹转炉不同风口状态下的转炉终渣（ T.Fe ）含量指数（不同底吹风口 状态下转炉终渣（T.Fe ）含量与底吹风口全部堵塞的终渣（ T.Fe ）含量的比值；下文中出现的指数 均是不同底吹风口状态

20、下的值与底吹风口全部堵塞时的值的比值）情况。从图中看出，不同底吹风 口状态下的转炉终渣（T.Fe ）含量是不同的，底吹风口裸露比底吹风口全部堵塞和部分堵塞的转炉 终渣（T.Fe ）含量指数分别下降16%和10%。因此，当底吹风口裸露时对于降低转炉终渣（ T.Fe ）含量是有利的。指0.8T0.6渣0.4终炉0.2转1数全部堵塞部分堵塞裸露底吹风口状态图5不同底吹风口状态下转炉终渣（T.Fe ）含量的比较Fig.5 Comparis on of total iron in slag un der differe nt con diti ons of bottom tuyeres转炉终点钢水碳氧积

21、比较图6是复吹转炉在不同风口状态下的转炉终点钢水碳氧积指数情况。从图中看出，不同底吹风 口状态下的转炉终点钢水碳氧积是不同的，底吹风口裸露比底吹风口全部堵塞和部分堵塞的转炉终 点钢水碳氧积指数分别下降19%和13%。因此，底吹风口裸露时，转炉终点钢水碳氧积更接近平衡,在相同碳含量情况下，钢水中的游离氧含量低，出钢合金化时收得率明显提高，有利于降低成本。数指齧碳水钢点终炉转全部堵塞部分堵塞裸露底吹风口状态10.80.60.40.20图6不同底吹风口状态下转炉终点钢水碳氧积的比较Fig.6 Comparison of % C % O of liquid steel at end point und

22、er different conditions of bottom tuyeres 转炉脱磷、脱硫率比较图7是低碳铝镇静钢在复吹转炉不同风口状态下的转炉脱磷率指数、回磷率指数、综合脱磷率 指数和转炉脱硫率指数情况。从图中看出，不同底吹风口状态下的转炉脱磷率相差不大，底吹风口 裸露时的转炉脱磷率比风口全部堵塞时的脱磷率低1 %左右，但到钢水浇注时不回磷，而底吹风口堵塞时有回磷现象，最终底吹风口裸露比底吹风口全部堵塞和部分堵塞的综合脱磷率分别提高和1%。从图中还可看出，不同底吹风口状态下的转炉脱硫率差别较大，底吹风口裸露比底吹风口 全部堵塞和部分堵塞的转炉脱硫率指数升高19%和29%。这是由于风口裸露时的底