国内氧气转炉炼钢的几个技术问题

国内氧气转炉炼钢日勺几种技术问题

1.转炉的生产能力及容量分布

我国底的炼钢能力约为6.6亿吨/年，其中转炉炼钢能力约为5.6亿吨，电炉

钢1.0亿吨（15%）,不一样容量转炉的分布如表lo

表1国内转炉日勺容量分布

转炉类型座数%吨位%平均容量

大型转炉345.52891020.19262.1

中型转炉15124.511840041.69121.9

小型转炉43169.971683038.1239.0

合计6161004414010071.7

表2国内大型转炉（200〜300吨）日勺吨位及座数

序号厂名吨位x座数序号厂名吨位x座数

1宝钢一炼钢300x37鞍钢三炼轧250x3

2宝钢二炼钢250x38马钢四炼轧300x2

3武钢三炼钢250x39武钢四炼钢200x2

4首钢二炼钢210x310鞍钢皱鱼圈300x3

5首钢迁安210x311邯钢四炼钢300x2

6包钢二炼钢210x212曹妃甸（京唐）300x3

合计12个炼钢厂,34座转炉，总计8910公称吨。

我国转炉H勺总吨位及炉子总座数都是世界第一，但炉子的平均吨位为71.7

吨/炉，远低于世界上工业发达国家。近年来我国新建了诸多大、中型转炉，但同

步新建了更多的小型转炉，使得我国转炉平均吨位近内仅增长了29.1吨/炉（1992

年转炉148座，总容量6305吨,平均42.6吨/炉）。在我国小型转炉中，多数不不

小于50吨。

近几年新建的转炉多数在100吨以上，其中包括鞍钢、武钢、马钢、京唐等

大型转炉厂，这部分钢厂日勺装备条件属于目前世界上的先进水平，在此后炼钢生

产中将起到重要作用。

我国转炉炼钢的年产能力大概过剩1.4亿吨.首先应当关停小转炉，大、中

型转炉中的陈旧设备也应部分关闭。

近十几年国外钢铁企业都在淘汰落后设备，炉子的平均容量加大，数目减少，例

如德国自1970年以来转炉由45座减少到22座，电炉减少60座，平炉所有淘汰。

法国的转炉由29座减少到9座，淘汰了所有平炉。日本改造了某些落后的转炉

r,如和歌山厂采用了新工艺由6座转炉减为3座转炉，其钢产量不变。美国的

转炉数目减少部分原因是被电炉短流程替代。

近十几年来国外新建大型转炉厂不多，重要是俄罗斯几种钢厂日勺平炉改成

200〜300吨日勺大型转炉。巴西和印度新建了几座中型转炉。国外重要产钢国家转

炉平均吨位为200吨/座。我国转炉平均吨位为发达国家日勺l/3o

2.转炉高效吹氧技术

采用转炉高效吹氧技术的目的是提高转炉生产率，减少成本和淘汰落后设备。

自1996年以来钢铁研究总院在唐钢、涟源钢厂、海鑫钢厂、太钢、首钢、

宝钢、武钢等22个钢厂进行了强化转炉供氧操作的研究。通过提高转炉供氧强

度和优化造渣操作，使转炉炼钢的吹氧时间缩短1.5〜3分/炉，钢产量遑高

8~15%。

在进行转炉强化供氧研究中，一般进行如下工作：①测量氧气管道压力损

失。②设计高供氧强化日勺喷头。③测量喷头射流流场特性和进行氧射流与熔池作

用的水模试验。④制定新口勺供氧、造渣工艺制度，并通过在转炉上进行吹炼试验

加以完善。在试验当中对于化渣、喷溅、脱磷、脱硫等项目都要研究。为了系统

地理解成渣过程与化渣状况，还对炉渣日勺流动温度、岩相进行了系统日勺检测。通

过上述研究，使转炉炼钢的供氧、造渣操作到达基本上合理。

转炉设备系统日勺改造一般包括加大氧枪直径、提高转炉风机的排烟能力和烟

气净化系统日勺能力。

转炉进行强化供氧日勺设备改造和工艺研究的同步，还应使铁水、氧气、石灰等原

料供应、连铸H勺生产能力等与转炉日勺炼钢能力H勺提高相适应。

近两年宝钢与钢铁研究总院合作进行的“大型转炉低硅铁水高效吹炼技术研究”

获得了良好效果。通过改善氧枪喷头参数，加入合成渣等措施，处理了低硅铁水

炼钢化渣困难，脱磷率低，粘枪、粘烟罩等问题。同步，将转炉日勺氧流量由5万

Nm3/h提高到6万Nm3/h,缩短了供氧时间，提高了生产率。在宝钢一炼钢进行

的高效吹氧技术研究，将氧流量由6万Nm3/h提高到6.9Nm3/h,供氧强度到达

3.83Nm3/t钢。使吹氧时间保持在14.5min/炉左右。并且化渣、脱磷效果良好。

使供氧强度到达国际先进水平。图1是转炉高效吹氧的技术方案示意图。

图1高效吹氧技术方案示意图

表3是几种大、中型钢厂采用高效吹氧技术的效果。

表3采用转炉高效吹氧技术的效果

序供氧强度缩短吹氢时间增长钢产量经济效益

厂名

号NmVt.minmin/炉（万吨/年）（万元/年）

1宝山钢铁股份有限企业一炼3.892.1

2宝山钢铁股份有限企业二炼3.331.5102.9511118.6

3太原钢铁（集团）有限企业4.14.020.534721.3

4湖南华菱涟源钢铁企业4.232.044.525620.8

5山西海鑫钢铁集团企业4.01.519.06232.7

6四川省川威集团有限企业4.131.331.047(X10

7萍乡钢铁有限责任企业4.441.523.296234.8

各转炉钢厂的J其他技术经济指标也得到了合适改善，如宝钢二炼钢金属收

得率提高0.3%；太钢二炼钢脱磷率提高7.9%；首钢三炼钢金属收得率提高

0.26kg/t钢，石灰消耗减少1.23kg/i钢。

转炉氧枪喷头参数日勺选择：

转炉氧枪喷头参数的选择是转炉高效吹氧的关键技术，由于氧枪喷头参数较多，

各钢厂H勺原材料、生产品种、操作习惯等方面均有较大的差异。因此对于不一样

吨位的转炉只能给出•种选择喷头参数日勺大体范围，在生产中试用，再逐渐进行

参数优化。表4的数据供参照。

表4不一样吨位转炉喷头参数范围

转炉吨位⑴

喷头参数

200~300100~200<100

供氧强度(NnP/t.min)3.2~4.03.4~4.33.8〜4.6

喷孔个数5~74~53〜4

马赫数1.9~2.31.8~2.21.7-2.0

喷孔倾角（度）11-1610-159-14

喷孔布置方式交错布置或同圆周布置交错布置或同圆周布置同圆周布置

氧枪喷头设计所需H勺公式是由热力学和流体力学中一维可压缩流推导出来

的。对于氧气可给出下列公式：

T/To=(1+M2/5)-1（1）

p/po=(1+M2/5)'5f2(2)

P/Po=(1+M2/5)-7/2(3)

A/A*=0.578/M(1+M2/5)3(4)

Qd=17.5%A,/阮

(5)

各式中T:绝对温度，K(,A:管道截面积,cm2,(:气体密度，kg/m3,M:马赫

数二气体速度/音速,Q02:氧气流量,Nm3/min,P:绝对压力，kg/cm2

下标符号：O一—指滞止状态,*一一指音速喉道状态，该处M=l。

供氧制度重要包括氧流量、工作氧压及枪位曲线时制定。氧流量根据每炉钢fl勺供

氧时间而定。当喷头参数确定之后氧流量与氧压是线性关系，在氧压、流量确定

后，枪位高度决定氧射流对熔池的穿透深度。几种钢厂日勺穿透深度与熔池深度之

比见表5。

表5几种钢厂转炉吹炼过程的L/Lo

单位炉容量八吹炼初期吹炼中期吹炼末期

宝钢一炼3000.56-0.600.60-0.700.72-0.76

太钢二炼800.70-0.750.65〜0.700.75〜0.82

首钢三炼800.62-0.700.65-0.740.75-0.78

涟源钢厂1000.65-0.73().68〜().730.75-0.76

海鑫钢厂900.59-0.640.55-0.620.73-0.77

川威钢厂700.65-0.700.61-0.670.70-0.76

萍乡钢厂600.75-0.800.52-0.550.73-0.78

测量氧枪的管道压力损失：

钢铁研究总院己为20多种钢厂进行管道压力损失测定。部分测定成果见表6o

表6管道压力损失测定值(MPa)及氧气流速(m/s)

单位.转炉吨位⑴管道压力损失(MPa)氧气流速(m/s)

宝钢一炼30()0.04-0.0539.8

太钢二炼8()0.1(M).1258.6

首钢三炼8()().08〜0.1057

涟源钢厂1000.08-0.1060.5

海鑫钢厂950.06-0.1055.7

威远钢厂700.06-0.0751

萍乡钢厂650.10-0.1260

美国规定氧枪内管氧气的M值<0.2。法国、德国规定氧枪内管的氧气安全

流速<60m/s。

图2氧气管道压力损失测定系统图

目前转炉枪位控制有如下几种方式：

（1）静态模型+副枪动态控制

吹炼前期和中期，枪位高度和渣料加入量按静态模型所设定日勺方式进行。吹炼到

总供氧量85%时用副枪测量钢水温度和含碳量，用动态模型修正吹氧量和冷却

剂加入量。目前国内、外大型转炉多用这种措施控制枪位。图3是宝钢一炼钢的

枪位及加料图示。

吹氧量

温度

氧流•

枪位

副材

02468101214161820

吹炼时间（min.）\

图3经典操作过程

（2）用炉气定碳法控制吹炼枪位

当转炉钢厂日勺原料条件好，计量装置精度高，计算机容量足够时，可以根据

炉气定碳法所测得的数据结合物料平衡计算，来控制渣中氧所蓄积的体积（与渣

中氧化铁含量相对应）使其维护在合适的数值，这时可以防止喷溅和炉渣返干。

当炉渣中蓄积欧I氧气体积超过预定值时，应减少枪位，以减少渣中氧化铁。反之,

则应提高枪位。这是转炉吹氧操作的动态控制技术，称为Oxymetrie。渣中蓄积

氧气体积的控制范围是根据吹炼过程氧平衡计算和现场观测相结合而制定的。图

4是法国Solmcr厂300吨转炉枪位控制曲线。

（3）用声纳仪、氧枪振动仪控制枪位

开始吹炼吹氧枪喷出的超音速射流产生日勺噪音强度很高，当渣层厚度增长,

一部分氧气流股浸入渣层之后噪音强度下降。当喷头完仝埋入渣层之后，渣层厚

度与噪音强度之间的关系就不明显了。声纳仪最早应用于欧洲。柳州钢厂由卢森

堡阿尔贝德企业引进了这种设备。上海工大也成功开发了声纳仪，并在国内某些

钢厂加以推广。声纳仪用于控制转炉吹炼初期的成渣过程效果明显。

日本川崎企业开发日勺氧枪振动仪用于渣层己高于氧枪喷头时防止喷溅较为

有效。法国蒙德威勒钢厂把它和声纳仪结合起来应用获得了良好效果。一・般讲,

氧枪加速计用于渣量大的转炉效果更为明显。图5是蒙德威勒厂应用声纳仪与氧

枪振动仪结合控制氧枪高度的记录。

（4）人工经验控制枪位

250050007500100001250015000

吹入烈气量Qs(Nm3)--------

图4Solmer钢厂3001转炉供氧控制曲线

图5声纳一氧枪振动仪控制氧操作示意图

熔池脱碳速度：

熔池脱碳速度快是转炉高效吹氧的特点，吹炼过程中熔池脱碳速度在不一

样阶段相差很大。图6是300吨转炉实测的熔池脱碳曲线。吹炼前期由于熔池中

Si、Mn氧化，脱碳速度很低(0.13-0.20%C/min)；吹炼中期可达0.33%C/min。

曲线中个别阶段脱碳速度到达0.4%C/min。这是往炉内加入矿石所致。Solmer

厂的脱碳速度曲线是用炉气定碳法测定的。宝钢的脱碳曲线是用副枪取样测定

的。这是大型转炉有代表性的脱碳曲线。图7和图8是用倒炉取样H勺措施由80

吨转炉所测定的I熔池脱碳速度曲线。两炉的曲线形状相近。这两炉吹炼中期平均

脱碳速度分别为0.43%C/min和0.48%C/min。这是中、小型转炉采用高效吹氧时

都能到达的脱碳速度(比一般吹炼时脱碳速度提高约0.1~0.12%C/min)。转炉脱

碳速度加紧，使脱碳期炉口H勺气体平均速度由25.7m/s增长到35.0m/s。当吹炼平

稳，这种脱碳速度并不会导致喷溅。喷溅往往是由于枪位高，渣中蓄积了超过平

衡值的大量氧化铁。当条件具有时，渣中过量的氧化铁与熔池中碳发生剧烈的脱

碳作用，形成爆发式喷溅。其脱碳速度至少超过正常脱碳速度的3倍。托马斯转

炉用空气吹炼，每炉钢的吹炼时间与LD转炉相近。其炉口气体速度可以到达

80m/s（高温状态），到达LD转炉正常吹炼炉口烟气3.2倍，正常状况下吹炼过

程中并不发生大日勺喷溅。

18

1.6

(1.4

.

.21.2

曰

>

)r1.0

照

G.8

照

腾

曾0.6

0.4

0.2

0.0

0.246810-1214161820

吹炼时间（min.）

图6吹炼过程中脱碳速度的变化

表7转炉熔池脱碳速度（%C/min）

炉号取样时间C平均脱碳速度

（min）%%C/min

2026104.30

53.0620.2476

I00.910.4304

12.90.0720.2889655I7

2026204.30

53.140.232

I00.740.48

I3.40.0320.208235294

5

•

o45

•

A4

=u•

5o35

、•

区o3

)•

迪o25

朗•

造o2

•

兴o15

亵•

斗o1

•

oO5

♦

02468101214

吹炼时间（min）

图720261平均脱碳速度

6

5

c

e

r

jD.4

%

)o.仇

据3

w

①

tf耨2

咬

0.1

H-0.

0----1----1---------1--------；----

02468!01214

吹炼时间加in）

图820262平均脱碳速度

表8钢铁研究总院完毕的转炉炼钢用氧技术项目

转炉容量到达的供氧强度转炉供氧时间吹氧时间缩短增产钢量

序号合作单位厂名研究年份备注

（0（NmVt.min）（min/炉）（mini炉）（万1/年）

1太钢二炼钢804.1133.030

2长治钢厂204.911.34.225〜

3上钢一厂（三转炉）3()4.312.43.63()

4三明钢厂204.313.23.4251998-

5南京钢厂204.411.22.5251998-1999

冶金部科技进步二等奖

6唐钢二炼404.6511.42.1301996-1997

发明专利57982

莱钢304.2研究新、旧喷头射流冶金部科技进步二等奖

71991-1992

上钢三厂303.7变化及对冶炼的影响发明专利42279

8济钢304.312.63.61993

9上钢一厂（三转炉）30中磷铁水炼钢IKJ供氧造渣工艺讲究1999

二次燃烧率冶金部科技进步三等奖

10攀钢，鞍山热能院1202.8516.75.01987-1988

提高8.74%发明专利

优化转炉供氧、造渣操作，缩短供氧时间，提高转炉0闱强度

11水城钢厂30〜

优化传炉供氧、造渣操作，减少氧枪内管氧气流速，喷头寿命提高

12首钢三炼钢801倍以上一已完毕协议指标

13宝钢二炼钢250出钢量到达300吨,吹氧量由5.2万Nm3/h提高到6.0万Nin3/h.吹〜已完毕协议指标

料炉容量到达的供氧强度粒炉供氧时间吹氧时间缩短增产钢量：

序号合作单位厂名研究年份备注

（0（NmVt.min）（min/炉）（mini炉）（万t/年）

氧时间缩短1.5min,周围5孔喷头寿命稳定在200炉，提高喷头赤

命60%。

14威远钢厂704.313240已到达协议指标

15涟源钢厂90,1054.23<13250已完毕协议指标

提高供氧强度，吹较时间缩短2min。

16海鑫钢铁厂90〜已完毕协议指标

转炉供氧量由6.0万Nm3/h提高到6.9万Nin3；h.3.8Nm3/t.min,吹

17宝钢一炼钢300氧时间缩短1.5minc已完毕协议指标

氧沛量■由5.7万Nm3/h根高到6.3万Nm3/h.杷高脱倭效率.

18武钢二炼25。-W正在进行

供氧时间13inin/炉，改善化渣，减少喷溅。

19萍乡钢厂50正在进行

20北营钢厂404.31301.0.1正在进行

优化供氧造渣操作，平均缩短吹氧时间LOmin/炉，提高枪龄

21邯郸三炼钢120.1()正在进行

锐钛铁水提锐、帆渣中V2O5提高1%.氧化铁减少2%,半钢碳提

22萍乡钢厂70高0.3%.2正在进行

优化工艺参数，提高脱磷率，提曲喷头寿命和供辄强度

23马鞍山四炼钢300.2正在进行

3.转炉溅渣护炉与复合吹炼技术

转炉溅渣护炉最早由美国LTV企业印第安纳港钢厂于1991年开始用于工业

生产，1999年炉龄到达15658次。转炉作.业率由78%提高到97%。在国内1994

年原冶金部立项支持承钢与钢铁研究总院合作开发溅渣护炉技术。1996年11月

国家经贸委资助国内19个钢厂开展溅渣护炉工作。通过两年的实践，1998年国

内有65座转炉采用，其中宝钢口勺300吨大型转炉炉龄到达14001炉，太钢中型转

炉炉龄8580次，三明小型转炉炉龄到达7047次。到本世纪初国内所有转炉都已

采用了溅渣护炉技术，最高炉龄已超过3万炉。

转炉溅渣护炉技术对于我国提高转炉钢产量和减少耐火材料消耗起到了重

要作用。采用溅渣护炉技术之前我国转炉寿命一般在炉左右，转炉作业制度一般

采用3吹2。采用溅渣护炉后炉龄平均可达15()00炉，转炉基本上采用了3吹3

的作业制度，转炉炉衬日勺使用周期可达1〜2年，采用溅渣护炉之前的炉衬使用周

期为40天左右。转炉H勺作业率提高约30%,每吨钢日勺镁碳砖消耗。

溅渣护炉终渣氧化镁的控制：

溅渣护炉规定转炉终渣有合适/、JMg()含量，使溅渣层有足够的耐火度°图9是

毕晓普(Bishop)等绘制日勺CaO-SiO2-FeO-MgO四元系中MgO的|熔解度曲线。

从图中可以看出，炉渣碱度对渣中MgO的熔解度影响最大。渣中FeO为15%时,

炉渣碱度1.5,MgO熔解度约为14%；碱度为3.0时,MgO熔解度为8%。

耳

迳

、

」

)次

、号

3

.0

4.7.0

05.06080

..

M系溶度℃

图9CaO-Oz-FeO-gO渣中MgO的解1600)

Si(

吹炼中炉碱度铁变大，中氧化很大。

过程渣的氧化化很渣镁日勺熔解度变化也

图是据炼程所勺化分渣出

10根吹过中用副枪取渣样日渣成，量得H勺渣中Mg。量日勺

化中O熔量是去中解量得

变曲线。渣Mg未根据加入MgO总量减渣MgO熔而出

(自钢。

的此数据取宝300吨转炉)

35

o.o

02468101214161820

吹氧间min)

时(

图炼过程炉渣中重化

10吹MgO量变

吹n炉碱熔解吹

炼3mi取样渣度0.2,FeO=193%渣中MgO度高达25%；

9.,

炼炉碱约i渣碱中

7mn渣度1.43,MgO熔解度15%；吹炼Omn时炉度1.79渣

il