李冰 田勇 劉鵬飛 王洪濤 於豔忠
（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，鞍山 114021）
摘要：對鞍鋼100t轉爐復吹工藝進行了研究，通過不同復吹強度條件下對冶煉效果及爐底侵蝕狀況進行跟蹤，結合轉爐爐渣中氧化鐵含量化驗結果進行分析評價，形成不同冶煉時期復吹的流量控制方案，渣中氧化鐵控制2000爐之前從24%降低至19%，爐底厚度可以平穩控制，未侵蝕過快。
關鍵詞：轉爐；氧化鐵；復吹；爐底厚度
Research and Application of Combined Blowing Process for 100t BOFs in Angang Steel
Li Bing,Tian Yong, Liu Peng-fei, Wang Hong-tao，Yu Yan-zhong
(Steelmaking Plant, Angang Steel Co. Ltd., Anshan, 114021, China)
Abstract: the combined blowing technology of 100t converter in Angang Steel, Ltd. is studied. The smelting effect and bottom erosion are tracked under different combined blowing strength conditions. Combined with the analysis and evaluation of the test results of iron oxide content in converter slag, the flow control scheme of combined blowing in different smelting periods is formed. Before 2000, the iron oxide content in slag is controlled from 24% to 19%, and the bottom thickness can be controlled stably Not eroded too fast.
Key words:BOF;FeO; combined blowing; furnace bottom thickness
1. 前言自從1973年Dr. Eduard等提出轉爐頂底複合吹氧煉鋼設想之後，世界各國普遍開始了轉爐頂底復吹的研究工作。1977年，盧森堡阿爾貝德公司和德國鋼鐵研究院共同開發出頂吹氧、底吹惰性氣體的複合吹煉技術，復吹轉爐逐漸開始大規模工業化應用[1]。頂底復吹轉爐在轉爐冶煉過程中，通過爐底的復吹元器件吹入惰性氣體，提高冶煉過程中的攪拌能力，促進脫碳、脫磷反應進行，減少由於頂吹攪拌能力不足造成的死區，可使爐內反應接近平衡，同時又保留了頂吹法容易控制造渣過程的優點，不但能夠保證鋼水質量、為連鑄提供可澆鋼水，同時達到降低成本的目的[2-3]。
研究復吹轉爐的冶金效果時，必須要結合爐底的侵蝕狀況一起進行研究，保證爐體的良好運行，控制好轉爐的爐底厚度。目前複合吹煉技術的關鍵性問題是實現轉爐冶煉過程高效化，同時實現底吹系統的長壽化。
鞍鋼煉鋼總廠二分廠100噸轉爐以螺紋鋼生產為主，此類鋼種由於合金量加入大，氬站直上比率要求高，造成出鋼溫度較高，連續生產此類鋼種時爐底侵蝕較快。為保證爐況安全及良好的冶金效果，需保證合理的復吹強度及控制方案，並結合有效的濺渣護爐及補爐手段。100噸轉爐爐齡比大型轉爐爐齡長，一般爐齡為10000爐以上，並且爐底上漲或下降的波動比大型轉爐大，復吹供氣元器件的壽命及可視程度照比大型轉爐更加不易控制。本文通過對兩座100噸轉爐前2000爐的數據積累及不同復吹強度控制方案的實際跟蹤，提出了100噸轉爐前期復吹控制措施及維護手段。
2.工藝概況
鞍鋼股份煉鋼總廠二分廠目前有3座100t頂底復吹轉爐，爐底均勻布置4隻底槍透氣磚，在爐底0.55D的圓周上，復吹採用集束管型，長度為930mm，每塊透氣磚有26個金屬細管，復吹氣體為 N2 和 Ar，，採用氮氬切換方式。爐體結構和底吹工藝參數如表1所示。底吹供氣元件的布置方案和結構如圖1所示。
表1 轉爐主要結構及工藝參數
轉爐公稱容量(t) 爐容比(m³/t) 熔池直徑(mm) 底吹孔數 底吹工作壓力(MPa) 供氣強度(Nm3/t·min）
100 0.944 4170 4 0.2～1.0 0.02～0.15
圖1 轉爐底吹供氣元件布置及結構
3.復吹效果的影響因素. 3.1底吹供氣強度轉爐冶煉過程採用復吹供氣強度大時，復吹供氣元件吹出氣量多，工作壓力增強，復吹供氣元件處攪拌加強，在供氣元器件即底槍磚出口處產生大量氣泡，氣體的炸裂及衝刷加重底槍磚的侵蝕，並且在冶煉中後期鋼水溫度高，加重其侵蝕效果。轉爐冶煉供氣強度小時，轉爐爐底的蝕損不太明顯，有時會發生漲爐底的現象，渣層將復吹供氣元器件覆蓋，復吹氣體太小導致不能有效吹入鋼水，復吹效果不好，復吹效益不顯著。
復吹模型分為5種類型：
1. 高強度復吹模型。開吹底吹氣體直接切換成氮氣，6分鐘後切換為氬氣，總流量在3～12Nm3/min之間控制，10-12分鐘後復吹供氣強度調大。
2. 中強度復吹模型。開吹底吹氣體吹入氮氣，6分鐘後切換為氬氣，總流量在3～7Nm3/min， 10-12分鐘後復吹供氣強度調大。
3. 低強度復吹模型。開吹底吹氣體吹入氮氣，6分鐘後切換為氬氣，總流量在3～5Nm3/min， 10-12分鐘後復吹供氣強度調小。
4. 高碳鋼復吹模型。開吹底吹氣體吹入氮氣，6分鐘後切換為氬氣，總流量在2～3Nm3/min， 10-12分鐘後復吹供氣強度調最小。
表2所示為當前底吹模型流量。
表2 各冶煉階段的底吹模型
冶煉階段
底吹氣體類型
底吹氣體總流量(Nm3/min)
爐次間隔
N2
2-5
加廢鋼
N2
2-5
兌鐵
N2
2-5
開吹1-6min
N2
2-5
吹煉6-12min
Ar
2～10
12min以後
Ar
2～12
倒爐取樣
Ar
2-3
後攪拌-出鋼
Ar
3-10
濺渣
N2
5-15
倒渣
N2
5-10
3.2 槍位控制復吹使轉爐爐內攪拌力增強，減少爐內死區，攪拌力增強後可以對氧槍槍位進行優化，根據冶煉的反應過程進行槍位優化。轉爐冶煉前期反應為矽錳氧化期，反應結束時間一般在3.5min-4.5min，矽錳反應結束後開始碳氧反應進行，劇烈生成CO。由於有復吹加強攪拌力，促進其反應強度，此時槍位如果不發生變化時容易造成金屬噴濺。復吹情況良好時應在此反應區間，提高槍位10-20cm，待有渣面上漲現象，輔助加入熔劑進行壓渣面，排出氣體後，逐漸壓低槍位，控制渣面上漲。通過槍位控制減少前期爆發性金屬噴濺。轉爐冶煉中期槍位可以適當低一些，可適當降低5-10cm，復吹帶來的攪拌能力提高反應效果，增加化渣能力，減少過程返幹狀況。轉爐冶煉末期槍位可以適當高一些，可適當提高拉碳槍位10-20cm，後期轉爐為達到良好的冶煉效果及經濟效益，通常採用高強度復吹攪拌，良好的復吹效果可以使熔池得到充分混勻，不易出現碳溫不均勻的現象。
3.3 爐渣成分控制
100噸轉爐由於爐襯壽命要求長，合理控制轉爐爐渣成分，形成良好保護轉爐爐襯的爐渣是非常重要的。形成高熔點相的爐渣，通過濺渣的方式在爐底底槍部位形成蘑菇頭，能夠有效的對底槍起到保護作用。如果鹼度過高，轉爐終渣 C2S、C3S含量高，也會致使爐底上漲。綜合考慮以上因素，將轉爐爐渣成分按照表3所示成分控制，如果復吹可視程度較好時適當降低MgO含量偏下限進行控制，復吹可視程度不好時MgO含量偏下限進行控制，可以取得轉爐底吹維護較好的效果。
表3 終渣成分控制
MgO含量
鹼度
FeO含量
10～15%
2.2～2.8
20～25%
3.4 濺渣復吹模式及濺渣護爐控制
濺渣護爐對爐體維護很重要，是轉爐壽命控制的必要手段，現二分廠轉爐主要以螺紋鋼種為主，控制終點溫度較高，爐體不易維護，維護過程中經常出現爐底太厚底槍不可視狀況及爐底復吹可視程度較好，爐底降低幅度大的現象。因此，根據爐底和爐體情況，對濺渣時間進行動態調整。復吹狀況好時，根據出鋼結束後爐渣情況，適當加入0-600kg菱鎂石，濺渣時間控制在3.5-4.5min，如果終渣狀態粘稠，菱鎂石及濺渣時間控制偏下限，如果終渣狀態偏稀，菱鎂石及濺渣時間控制偏上限，保證底槍上方形成良好的蘑菇頭，減少底槍位置的侵蝕，濺渣槍位控制為高-低-高槍位，配合濺渣時期復吹流量控制為5-10 Nm3/min。復吹狀況不好時，顯示為底槍不可視或可視狀況不好時，濺渣時避免多掛渣，採取加入菱鎂石≤300kg，濺渣時間控制2-3.5min即可，將渣做適當粘稠後即可倒掉。濺渣槍位採用低-高-低槍位，配合濺渣時期復吹流量控制為10-15 Nm3/min。通過以上控制方式可以將轉爐底槍壽命得到有效延長，可以合理的對底槍狀態控制及爐底狀況進行維護。通過工藝實踐應用可以看出前期底槍測厚結果在1200cm-1400cm，可視效果最佳，爐底實際狀況及復吹元器件侵蝕曲線如圖2、3所示。兩隻底槍2000爐之前可視的可視效果可以達到93.58%。
圖2 轉爐爐底實際狀況圖
圖3 轉爐復吹元器件侵蝕曲線圖
4. 復吹工藝的冶金效果
4.1轉爐中渣氧化鐵情況通過提高轉爐冶煉過程中的復吹強度及復吹可視程度，在降低轉爐終點渣中氧化鐵方面效果顯著。終渣氧化鐵變化情況如表4所示。
表4 終渣（FeO）含量情況
項目 樣本數
終渣（FeO）/%
復吹優化前 248
24.03
復吹優化後 102
19.01
4.2終點磷含量控制情況
以HRB400E鋼種為例，終點[P]含量復吹效果良好降低較為明顯，相同鐵水[Si]條件下，復吹優化後終點[P]含量較比優化前平均降低0.0027%，石灰單耗降低了1.29kg/t，終點[P]含量變化情況如表5所示。
表5 終點[P]含量情況
項目
終點[P]/% 石灰單耗/kg/t
復吹優化前
0.0186 23.83
復吹優化後
0.0159 22.54
6.結論通過鞍鋼煉鋼總廠二分廠100t轉爐復吹工藝技術的生產實踐及應用，可以得出以下結論：
1. 100t轉爐在生產過程中，兩隻底槍2000爐之前的可視效果可以達到93.58%，爐底厚度前期控制在1200cm-1400cm厚度為最佳狀態。
2. 通過復吹優化工藝模式後，能夠提高轉爐冶金效果，終點渣中（FeO）能夠有效降低，從24.03%降低至19.01%，終點[P]含量降低了0.0027%，石灰單耗降低了1.29kg/t；
參考文獻
[1] 李永祥. 梅鋼轉爐復吹工藝優化及預測模型研究[D]. 瀋陽: 東北大學, 2003: 1-2.
[2] 劉瀏.復吹轉爐強化冶煉工藝研究[J]. 鋼鐵,2004,39(9):17.
[3] 曾加慶, 潘貽芳, 王立平, 梁玫, 李樹慶. 對復吹轉爐低成本、高效化生產潔淨鋼水理論與實踐的再認識[J]. 鋼鐵, 2014, 49(10): 1-6.