180 t轉(zhuǎn)爐全爐役復(fù)吹控制實(shí)踐

何海龍，王小善，喬冠男，曹琳，李冰，李泊

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

氧氣轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹是20世紀(jì)70年代末世界煉鋼領(lǐng)域發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)、新工藝，該技術(shù)克服了頂吹氧氣射流對(duì)熔池?cái)嚢枘芰Σ蛔愕娜觞c(diǎn)，可以使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)更接近平衡，鐵損失減少；同時(shí)又保留了氧槍頂吹法易于控制造渣過程的優(yōu)點(diǎn)，不但能夠保證鋼水質(zhì)量、為連鑄提供可澆鋼水，同時(shí)達(dá)到了降低成本的目的［1］。采用復(fù)吹工藝，鋼水碳氧積波動(dòng)范圍為0.002 0～0.003 0，冶煉終點(diǎn)渣中 ω（Fe）可以降低 4%～6%，鋼中 ω［O］可降低 0.010 0%～0.025 0%［2］。

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠有2座公稱容量為180 t的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，在原有的裝備和工藝條件下，轉(zhuǎn)爐爐齡達(dá)到約4 500爐時(shí)，底槍發(fā)生堵塞，冶金效果不好，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水碳氧積的波動(dòng)范圍為 0.001 5～0.003 2，終點(diǎn)鋼水平均ω［O］超過 0.070 0%，終點(diǎn)渣中平均 ω（Te） 超過了18%。為了提高鋼水質(zhì)量，必須加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐底吹熔池的攪拌，最大限度地發(fā)揮底吹冶金效果，實(shí)現(xiàn)全爐役復(fù)吹。本文對(duì)此展開研究，考慮到轉(zhuǎn)爐出鋼溫度對(duì)冶煉終點(diǎn)碳氧積的影響，出鋼溫度為1 672℃。

1 轉(zhuǎn)爐主要工藝參數(shù)

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的主要工藝參數(shù)見表1。原復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底槍分布在轉(zhuǎn)爐爐底0.6D的位置上，底部氣體主要靠流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，底槍工藝分布示意圖見圖1。

表1 180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐主要工藝參數(shù)

圖1 底槍工藝分布示意圖

2 轉(zhuǎn)爐全爐役復(fù)吹存在的問題

2.1 轉(zhuǎn)爐爐底波動(dòng)大

轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)過程中，由于各種原因造成轉(zhuǎn)爐爐底波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響底吹維護(hù)及碳氧積的合理控制。尤其是轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐工藝對(duì)爐底上漲影響更嚴(yán)重。為了避免爐底上漲過快，通常減少濺渣的頻率和濺渣的時(shí)間，但這又造成了轉(zhuǎn)爐爐體維護(hù)不及時(shí)，爐體工作層侵蝕較快。

2.2 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍壽命短

轉(zhuǎn)爐底槍位置采用盲磚砌筑，共預(yù)留8支底槍位置，開工初期設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)爐加料側(cè)和出鋼側(cè)對(duì)稱分布兩支底槍。在新開100～150爐時(shí)通過鉆孔的方式將底槍投入使用，每次熱更換2～4支底槍。加入廢鋼時(shí)會(huì)對(duì)底槍造成沖擊，而且隨著轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗要求的不斷提高，為了適應(yīng)較高的鐵水溫度與高廢鋼比的要求，增加了廢鋼使用量，尤其是增加了連鑄坯頭和中間包殘鋼的使用量，這類重型廢鋼對(duì)底槍的沖擊更嚴(yán)重，導(dǎo)致底槍侵蝕損壞非?？?。加料側(cè)和出鋼側(cè)的底槍維護(hù)非常困難，壽命比其它位置的底槍壽命短1 000爐左右。

2.3 底吹氬氣能力不足

轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)加壓機(jī)工作參數(shù)見表2。

表2 轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)加壓機(jī)工作參數(shù)

單臺(tái)氬氣加壓機(jī)容積流量為5.8 m3/min（銘牌數(shù)據(jù)），當(dāng)啟動(dòng)2臺(tái)加壓時(shí)，公司管網(wǎng)壓力將由0.6～0.7 MPa降低到 0.30～0.40 MPa （加壓站入口實(shí)際檢測(cè)值），造成連鑄及精煉氬氣壓力不夠（滿足生產(chǎn)需要的最低壓力為0.7 MPa）。為了保證煉鋼全流程的生產(chǎn)順行，通常會(huì)減少轉(zhuǎn)爐爐底的氬氣量，以保證連鑄和精煉工序的氬氣用量，結(jié)果造成轉(zhuǎn)爐底吹氬氣能力不足。

2.4 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐濺渣的影響

轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐是通過高壓氮?dú)獾拇禐R，使?fàn)t襯表面形成一層高熔點(diǎn)的熔渣層，并與爐襯粘結(jié)附著，起到保護(hù)爐襯和提高爐襯壽命的作用，但同時(shí)未濺起的爐渣粘結(jié)附著在爐底，引起爐底上漲，對(duì)底吹轉(zhuǎn)爐來說，這非常容易引起底槍原件的堵塞。由于濺渣頻率達(dá)到了100%，對(duì)于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金效果影響較大。

3 采取的措施

3.1 氧槍噴頭參數(shù)的優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭參數(shù)影響冶煉時(shí)氧氣射流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊面積，從而控制轉(zhuǎn)爐熔池內(nèi)碳氧反應(yīng)的速度。因此，氧槍噴頭參數(shù)的合理選擇是氧氣轉(zhuǎn)爐合理供氧的基礎(chǔ)。通過實(shí)踐和理論分析，決定對(duì)氧槍噴頭的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高氧槍噴頭出口馬赫數(shù)，提高氧射流對(duì)熔池的沖擊能力［3］。采取兩個(gè)方案分別進(jìn)行氧槍噴頭參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)，最終確定了方案二的氧槍噴頭參數(shù)，具體參數(shù)見表3。

3.2 底槍位置及底槍金屬集束管數(shù)量?jī)?yōu)化

為了減少?gòu)U鋼加入時(shí)對(duì)底槍元件的沖擊，將轉(zhuǎn)爐加廢鋼角度增加7°～10°。通過加料側(cè)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度的調(diào)整，加料側(cè)底槍壽命得到了一定延長(zhǎng)，但仍比其它部位底槍的壽命短。為了持續(xù)提高底槍壽命，在轉(zhuǎn)爐年修時(shí)對(duì)底槍布局進(jìn)行了優(yōu)化，取消了原來加料側(cè)和出鋼側(cè)的底槍，優(yōu)化后的底槍分布見圖2。

表3 轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭的主要工藝參數(shù)

圖2 優(yōu)化后的底槍分布

由圖2看出，優(yōu)化后底槍主要分布在耳軸兩側(cè)，底槍位置避開了轉(zhuǎn)爐加料時(shí)的沖擊區(qū)域和出鋼時(shí)的鋼水沖涮區(qū)域。

優(yōu)化底吹流量控制在10～24 m3/min，對(duì)金屬集束管的數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化，在原來的基礎(chǔ)上分別增加5支、10支和15支進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，增加15支金屬管時(shí)，由于底槍磚渣層過厚，容易造成底槍元件堵塞；增加5支金屬管時(shí)，由于底槍部位局部侵蝕過快，造成底槍壽命短，不能與轉(zhuǎn)爐爐襯壽命同步；增加10支金屬管的底槍磚使用效果較好。

3.3 底吹工藝優(yōu)化

針對(duì)底吹氬氣量不足的情況，對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹N2/Ar的切換時(shí)機(jī)進(jìn)行了跟蹤分析。采取優(yōu)化措施為轉(zhuǎn)爐吹煉開始后，從氧步第3步N2/Ar切換改為第7步切換。優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)爐底吹切換系統(tǒng)見表4。

對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹切換系統(tǒng)優(yōu)化后，吹煉第7步前底吹使用氮?dú)猓禑挼?步后切換為氬氣。跟蹤了優(yōu)化后的7爐鋼水?dāng)?shù)據(jù)，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水情況見表5。

表4 優(yōu)化前后的轉(zhuǎn)爐底吹切換系統(tǒng) m3/min

表5 轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水情況

從表5 看出， 底吹強(qiáng)度為 0.04～0.13 m3/（min·t）時(shí)，冶煉開始后第7步完成底吹N2/Ar切換能將終點(diǎn)鋼水中的N含量控制在0.001 6%～0.002 0%，這與文獻(xiàn)［4］所述“在吹煉70%時(shí)底吹N2/Ar切換，冶煉終點(diǎn)N含量小于0.002 0%”的結(jié)論一致，說明切換時(shí)機(jī)后移沒有對(duì)鋼水的氮含量造成影響。從而緩解了氬氣用量不足的情況。

3.4 濺渣工藝規(guī)范與優(yōu)化

出鋼結(jié)束后，立即選擇“濺渣”模式濺渣。濺渣過程中，從兩側(cè)匯總斗各加入150～250 kg濺渣劑，間隔時(shí)間大于30 s。濺渣槍位不低于120 cm，觀察爐口噴濺物情況決定是否降槍，濺渣時(shí)間2～4 min。 濺渣結(jié)束后，先向爐前傾動(dòng)至+60°～70°，再向后傾動(dòng)至-60°～-70°，最后從爐前倒渣。倒渣結(jié)束后，馬上從兩側(cè)匯總斗各加入白灰鋪大面，先向爐前傾動(dòng)至+100°～110°，然后將轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)至兌鐵位置，準(zhǔn)備加廢鋼兌鐵水。

3.5 廢鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

優(yōu)化連鑄坯頭，尺寸比原來減少了0.5 m；限制每槽廢鋼的坯頭和中間包殘鋼數(shù)量必須小于5塊；要求在廢鋼間區(qū)域補(bǔ)加坯頭時(shí)，坯頭要放置在廢鋼槽的尾部。采取這些措施后，緩解了重型廢鋼對(duì)爐襯、爐底及底槍的沖擊。

4 工藝優(yōu)化后的效果

4.1 有效控制爐底上漲

采取上述措施后，減少了爐底粘廢鋼，穩(wěn)定了轉(zhuǎn)爐爐底的高度，有效的控制了轉(zhuǎn)爐爐底上漲，且將轉(zhuǎn)爐爐底的變化控制在了合理的波動(dòng)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)爐液面波動(dòng)控制在（180±15）cm。為復(fù)吹工藝的推進(jìn)、轉(zhuǎn)爐操作指標(biāo)的提升以及鋼水潔凈度的提高奠定了基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)爐全爐役（6 439爐）爐底高度變化情況見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)爐全爐役爐底高度變化情況

從圖3中可以看出，整個(gè)爐役轉(zhuǎn)爐爐底平穩(wěn)且呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)，說明爐底侵蝕均勻，實(shí)測(cè)爐底磚的侵蝕速度為0.048 mm/爐。整個(gè)爐役期間沒有因?yàn)闋t底上漲而進(jìn)行化爐底操作。

4.2 底槍壽命提高

轉(zhuǎn)爐爐底穩(wěn)定控制后，爐底的侵蝕速度比較緩慢，底槍磚周圍的渣層控制在50～100 mm，在底槍磚端部形成的“爐渣-金屬蘑菇頭”具有較高的熔點(diǎn)和抗氧化能力，在冶煉過程中不易熔損，并具有良好的透氣性，底槍不易堵塞［2］。底槍分布優(yōu)化后，提高了氧氣射流的沖擊能力，避免了廢鋼和鐵水對(duì)底槍原件的沖擊和沖刷。底槍的壽命比優(yōu)化前提高了1 200爐。

4.3 碳氧積降低

工藝優(yōu)化后，冶煉終點(diǎn)鋼水碳氧積從0.002 5降至 0.002 3，ω［O］從 0.071 0%降至 0.067 1%，渣中 ω（Fe）從 18%以上降至 16.41%。 圖 4為2017年10月1日至2018年3月15日期間轉(zhuǎn)爐碳氧積變化情況。

圖4 轉(zhuǎn)爐碳氧積變化情況

從圖4看出，轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度在1 670℃的條件下，轉(zhuǎn)爐碳氧積能夠在合理的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，為轉(zhuǎn)爐鋼水的潔凈化生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠通過采取優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)、重新布置底槍位置、控制底吹流量范圍為 0.04～0.13 m3/（min·t）、 增加底槍磚金屬管數(shù)量、轉(zhuǎn)爐冶煉開始后從吹煉第3步氮?dú)迩袚Q優(yōu)化成第7步切換等措施后，底槍的使用壽命比優(yōu)化前提高了1 200爐；有效控制了轉(zhuǎn)爐爐底的上漲，實(shí)現(xiàn)了底槍壽命與轉(zhuǎn)爐爐齡6 439爐同步，終點(diǎn)鋼水碳氧積由0.002 5降至0.002 3。