1、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)狀
南京鋼鐵聯(lián)合有限公司(以下簡(jiǎn)稱“南鋼”)第一煉鋼廠有3座150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,實(shí)際出鋼量約155t，年產(chǎn)量約450萬(wàn)t，平均冶煉周期40min;配備激光測(cè)厚儀、副槍技術(shù)。冶煉鋼種有管線鋼、髙強(qiáng)船板、低溫容器板、儲(chǔ)罐板、超髙強(qiáng)、耐磨、鎳系鋼、特殊用鋼等，視鋼種要求可采用單渣法、雙渣法和雙聯(lián)法操作。轉(zhuǎn)爐冶煉輔料主要有石灰、石灰石、生白云石、返礦等，生料使用比例>70%。
目前全爐役過(guò)程平均碳氧濃度積為0.003%,超低碳鋼(轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)碳含量<0.035%)終點(diǎn)氧含量過(guò)髙，降低了鐵水的收得率，增加了脫氧劑合金消耗，影響鋼水質(zhì)量;中碳鋼爐渣中氧化鐵含量過(guò)高，平均為18.93%，鋼水收得率低，同時(shí)惡化爐況。轉(zhuǎn)爐吹煉輔料、生料比例較高，爐渣難化，氧槍由于結(jié)瘤更換頻繁。
南鋼150t轉(zhuǎn)爐在爐底半徑0.3R(R為爐底半徑)、0.6R處布置了10塊底吹透氣磚，如圖1所示。相較于國(guó)、內(nèi)外其他鋼廠其底吹孔數(shù)較多，將導(dǎo)致底吹流股相互干擾，降低了對(duì)熔池的攪拌效果。根據(jù)生產(chǎn)的鋼種對(duì)氮含量的要求，底吹氣體可采用氮?dú)迩袚Q模式。為防止?fàn)t底厚度侵蝕過(guò)快，底吹供氣強(qiáng)度最大為0.03m3/(min•t),依據(jù)煉鋼原理采用“高一低一高”模式，爐齡在3000爐左右時(shí)，底吹風(fēng)口基本堵塞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)吹效果。
2、底吹優(yōu)化實(shí)踐
2.1底吹風(fēng)口布置及底吹熱換技術(shù)應(yīng)用
為了避免位于0.3R處的4個(gè)底吹風(fēng)口對(duì)頂吹形成擾流，弱化底吹效果，同時(shí)考慮底吹改造成本，保留位于0.6R處的6個(gè)底吹風(fēng)口，在其圓周均勻布置;開(kāi)爐時(shí)先使用4個(gè)40°底吹風(fēng)口，另2個(gè)0°底吹風(fēng)口用盲板砌筑，作為備用風(fēng)口，后期可應(yīng)用底吹熱換技術(shù)進(jìn)行快換。
底吹風(fēng)口的壽命受裝備、工藝以及實(shí)際生產(chǎn)中意外因素的影響•易熔損、堵塞，實(shí)現(xiàn)全爐役過(guò)程復(fù)吹難度很大。根據(jù)鞍鋼公司、寶鋼公司經(jīng)濟(jì)爐齡及爐底底吹效果的實(shí)際應(yīng)用情況，爐役全過(guò)程轉(zhuǎn)爐底吹必須“可視化”，才能確保良好的底吹效果。近年來(lái)底吹風(fēng)口磚熱換技術(shù)逐漸成熟，當(dāng)風(fēng)口底吹效果減弱或消失時(shí)使用鉆孔機(jī)對(duì)舊風(fēng)口進(jìn)行更換，可實(shí)現(xiàn)全爐役髙效復(fù)吹。
南鋼第一煉鋼廠轉(zhuǎn)爐底吹透氣芯磚，由22根直徑為3mm的不銹鋼鋼管埋入，具有良好的抗侵蝕、抗熱震性能。
目前”轉(zhuǎn)爐已進(jìn)行4次底吹快換，可實(shí)現(xiàn)1h取下殘磚，2h更換好新磚，同一位置能夠進(jìn)行多次熱更換，確保全爐齡過(guò)程的復(fù)吹。該技術(shù)在轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用可解決生產(chǎn)過(guò)程中底吹風(fēng)口惡化、失效的問(wèn)題，保證全爐役過(guò)程具備良好的熔池動(dòng)力學(xué)條件，改善碳氧平衡，提髙冶煉效率。
2.2  底吹強(qiáng)度優(yōu)化
底吹氣體的供氣強(qiáng)度對(duì)攪拌的影響可以用熔池的均勻混合時(shí)間γ來(lái)評(píng)估。
由上式可知，隨著底吹氣體流量增加，對(duì)熔池的攪拌能增大，混勻時(shí)間隨之減小，因此適量增加底吹供氣強(qiáng)度有利于提高復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金效果。
南鋼轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)底吹強(qiáng)度最大為0.1m3(min•t),實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)鋼種成分設(shè)計(jì)要求采取不同的底吹強(qiáng)度模式:對(duì)于低碳鋼，為保證去除碳的同時(shí)，碳氧積盡量低，底吹強(qiáng)度最大值為0.08?0.1m3/(min•t);冶煉髙碳鋼時(shí)，為避免終點(diǎn)碳含量過(guò)低，適當(dāng)降低底吹強(qiáng)度，最大值約0.04m3(min•t)。
冶煉過(guò)程底吹強(qiáng)度采用“高-低-高”模式:冶煉前期主要為生料分解、化渣過(guò)程，因此采用高底吹強(qiáng)度，可以促進(jìn)生料快速均熱分解、化渣;中期由于碳氧反應(yīng)激烈，高底吹強(qiáng)度會(huì)使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)過(guò)快，渣中氧化鐵減少，爐渣熔點(diǎn)升高，從而導(dǎo)致“爐渣返干”;末期采用高底吹強(qiáng)度可以降低渣中氧化鐵含量，提高鋼水收得率，降低鋼中氧含量，減少脫氧劑、合金消耗，減少鋼中氧化物夾雜，均勻鋼水成分、溫度、提升鋼水質(zhì)量。
2.3  爐襯案例措施
2.3.1砌筑工藝改進(jìn)
為適應(yīng)高底吹強(qiáng)度對(duì)耐火材料的影響，提高轉(zhuǎn)爐耐火材料的安全系數(shù)，改變了耐火材料的砌筑工藝:一方面保持爐底總厚度1200mm不變，將工作層鎂碳磚厚度從800mm提高至970mm，永久層燒鎂磚厚度從300mm降低至130mm;另一方面改變爐底與爐身返平部位的砌筑方式，減少爐底返平磚及搗打?qū)雍穸?，采用全弧形爐底與爐身過(guò)渡方式，防止?fàn)t底變薄后出現(xiàn)爐底滲鋼甚至漏鋼等惡性事故的發(fā)生。
2.3.2風(fēng)口流量控制
高強(qiáng)度、可視化底吹風(fēng)口在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，4個(gè)風(fēng)口所在爐襯部位存在不同的侵蝕速率，在開(kāi)盲板更換新的透氣磚之前，需要降低爐襯薄弱處風(fēng)口支管流量以保證爐襯安全。
原有的設(shè)備是通過(guò)設(shè)定氣體總管流量，然后均勻分配到4個(gè)支管，人工利用底吹閥門站手閥調(diào)小流量，會(huì)由于流量調(diào)節(jié)閥的反饋?zhàn)詣?dòng)增加開(kāi)度，以保證每個(gè)支管流量相同;如果將手閥調(diào)至最小或關(guān)閉，底吹風(fēng)口會(huì)由于濺渣護(hù)爐的影響而堵塞，影響底吹效果。
因此，對(duì)底吹管路實(shí)施單獨(dú)控制的改造和底吹流量閥控制的改進(jìn)，同時(shí)在底吹控制畫面上對(duì)每個(gè)支管增加一個(gè)氣體流量調(diào)節(jié)比例窗口，依照激光測(cè)厚儀數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整各個(gè)風(fēng)口強(qiáng)度的百分比，設(shè)定值范圍0?100%，設(shè)定值為0時(shí)將完全關(guān)閉底吹風(fēng)口，設(shè)定值為50%時(shí)，將通過(guò)程序控制對(duì)應(yīng)支管流量為原始值的一半。底吹管路單獨(dú)控制方法將使各個(gè)底吹風(fēng)口所在的爐襯侵蝕程度一致，確保爐況安全和底吹效果。
3、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的改善
通過(guò)實(shí)施底吹優(yōu)化，底吹風(fēng)口透氣良好,倒?fàn)t時(shí)由于底吹氣體在風(fēng)口周圍的冷卻作用可見(jiàn)明顯黑圈，即“底吹可視化”，如圖4所示，為各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提高提供了保證。
3.1直接經(jīng)濟(jì)效益
碳氧濃度積可從數(shù)字上直觀體現(xiàn)底吹效果，碳氧積越低，在相同碳的含量下鋼中的氧含量越低，底吹效果越好;底吹工藝優(yōu)化后，碳氧濃度積平均值從0.0030%降低到0.0024%。另外通過(guò)試驗(yàn)底吹后攪效果，即在吹煉終點(diǎn)氧槍提起后，等待1?2min再進(jìn)行副槍測(cè)量，氧含量可下降50?100*10-6,對(duì)于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種鋼具有特別的意義。
鋼中碳含量恒定時(shí)，鋼水中氧含量越高，意味著脫氧劑消耗增加，同時(shí)鋼中氧化物夾雜也增多。表1為吹煉終點(diǎn)一定碳含量范圍區(qū)間的平均碳含量所對(duì)應(yīng)的平均碳氧積，碳含量為化驗(yàn)所得的實(shí)際碳含量，氧含量為副槍測(cè)定氧。冶煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，當(dāng)終點(diǎn)碳含量為0.0336%時(shí)，終點(diǎn)氧為582*10-6;而底吹風(fēng)口改造前的氧含量為950*10-6，脫氧劑鋁消耗噸鋼成本高出約6.45元，每爐鋼水中約增加氧化鋁夾雜物120kg以上，影響優(yōu)質(zhì)品種鋼的成品質(zhì)量。
通過(guò)對(duì)底吹風(fēng)口改造前、后轉(zhuǎn)爐爐渣的對(duì)比，生產(chǎn)普通中碳鋼和低碳鋼爐渣中氧化鐵可分別下降2.41%,3.74%，可減少爐襯侵蝕，提高鋼水收得率。在堿性轉(zhuǎn)爐中，鐵水中錳的氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于爐渣中存在大量的強(qiáng)堿性氧化物CaO，弱堿性的MnO大部分以自由的形式存在，在吹煉后期會(huì)隨著熔池溫度的升高和爐渣氧化性的降低而部分還原，通過(guò)對(duì)比，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)殘錳量平均提升0.021%。
3.2間接經(jīng)濟(jì)效益
南鋼第一煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉所使用的輔料包括石灰、石灰石、白云石等，生料所占比例約75%。吹煉過(guò)程中，生料化渣較難，導(dǎo)致吹煉脫磷困難，氧槍易結(jié)瘤，影響鋼水質(zhì)量，增加勞動(dòng)強(qiáng)度。相較于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐冶煉精料方式，生料在化渣前需首先分解成CaO,MgO等，強(qiáng)烈的攪拌將促使生料迅速均熱分解，快速成渣，氧槍結(jié)瘤現(xiàn)象和吹煉終點(diǎn)磷高的爐次明顯減少。
對(duì)于超低磷鋼(P≤50*10-6)的冶煉，一般采取雙聯(lián)法，兩座轉(zhuǎn)爐分別承擔(dān)脫磷和脫碳任務(wù)，成本髙、生產(chǎn)工序復(fù)雜，組織難度大，影響產(chǎn)能和鋼水質(zhì)量。南鋼第一煉鋼廠以底吹動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了單渣法生產(chǎn)超低磷鋼的技術(shù)方法，可以穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)超低磷鋼。
4、結(jié)束語(yǔ)
(1)通過(guò)優(yōu)化底吹風(fēng)口布置、應(yīng)用底吹快換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全爐役過(guò)程底吹“可視化”，復(fù)吹比例從30%提高至100%。
(2)通過(guò)新型爐襯砌筑技術(shù)的應(yīng)用和底吹風(fēng)口支管流量單獨(dú)控制技術(shù)，保障了高強(qiáng)度底吹模式下?tīng)t況的安全。
(3)良好的底吹效果，分鋼種不同流量模式的選擇，使南鋼轉(zhuǎn)爐冶煉經(jīng)濟(jì)效益顯著，為南鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的提升做出了重要的貢獻(xiàn)。