天鐵熱軋180t轉(zhuǎn)爐底吹供氣系統(tǒng)的改造

左 歡，劉建龍

(天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院天鐵校區(qū)，河北056404)

0 引言

頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝相較于頂吹轉(zhuǎn)爐來說，具有成渣速度快、吹煉過程平穩(wěn)、鋼渣反應(yīng)趨于平衡、降低鋼中氣體和夾雜物等各方面技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，所以得以在全世界鋼鐵企業(yè)迅猛發(fā)展。 長(zhǎng)壽命轉(zhuǎn)爐復(fù)吹冶煉工藝是現(xiàn)代煉鋼必須采取的先進(jìn)技術(shù)，在頂?shù)讖?fù)吹工藝實(shí)踐中，底吹供氣系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵性的技術(shù)作用， 底吹供氣系統(tǒng)設(shè)備的合理選擇，底吹供氣元件的設(shè)計(jì)參數(shù)，底吹供氣系統(tǒng)在生產(chǎn)中的使用維護(hù)是復(fù)吹工藝發(fā)揮其冶金效果的前提[1]。 天鐵熱軋復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底吹供氣系統(tǒng)由于供氣強(qiáng)度小、易堵塞、壽命短等原因，復(fù)吹的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮。 為了改善底吹供氣系統(tǒng)的冶金效果和使用壽命，對(duì)底吹系統(tǒng)進(jìn)行了改造，經(jīng)過實(shí)踐，找到了維護(hù)底吹系統(tǒng)的措施，基本實(shí)現(xiàn)了底吹系統(tǒng)與爐襯壽命同步的目標(biāo)，改善了冶金效果。

1 改造前供氣元件的技術(shù)工藝條件

1.1 天鐵180 t 轉(zhuǎn)爐原底吹系統(tǒng)裝備條件

原底吹系統(tǒng)為達(dá)涅利設(shè)計(jì)的8×24 孔彌散式底吹磚供氣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)底吹強(qiáng)度0.06 Nm3(/t·min)，由24 根毛細(xì)金屬管埋進(jìn)底吹磚內(nèi)部， 毛細(xì)管孔徑4 mm，毛細(xì)管長(zhǎng)800 mm，底吹磚上截面140 mm×100 mm，下截面160 mm×100 mm。

1.2 底吹供氣強(qiáng)度設(shè)定

底吹供氣強(qiáng)度控制模式分四個(gè)階段， 兌鐵和濺渣0.043 Nm3/(t·min)，冶煉過程采用小流量低強(qiáng)度模式0.017 Nm3/(t·min)，終點(diǎn)提槍前有一小段時(shí)間的強(qiáng)攪拌，底吹強(qiáng)度設(shè)定為0.035 Nm3/(t·min)。 吹煉過程底吹強(qiáng)度太小，最高值低于國(guó)內(nèi)主流底吹供氣強(qiáng)度的下限值0.06 Nm3/(t·min)。

1.3 使用過程出現(xiàn)的技術(shù)問題

(1) 毛細(xì)管式透氣元件供氣流量偏小且范圍小，無法滿足轉(zhuǎn)爐吹煉過程強(qiáng)攪拌期對(duì)底吹流量的需求。 小流量底吹的引入曾經(jīng)在轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹冶煉工藝上取得過明顯改善金屬熔池?cái)嚢鑴?dòng)力學(xué)的效果，但隨著濺渣護(hù)爐工藝的普遍推廣與管理技術(shù)人員對(duì)高爐齡的盲目追逐，使小流量底吹的底吹透氣效果大打折扣[2]。 國(guó)內(nèi)主流底吹供氣強(qiáng)度為0.06～0.10 Nm3/(t·min)，近年來，隨著轉(zhuǎn)爐新工藝、新產(chǎn)品的研究與推廣，大量實(shí)踐證明，較高底吹供氣強(qiáng)度對(duì)提高冶金效果有很好的促進(jìn)作用。

(2)在爐役中期后，由于濺渣護(hù)爐操作不當(dāng)，隨著爐底厚度的頻繁波動(dòng)，透氣元件工作面被爐渣覆蓋，其形成體積較大的爐渣蘑菇頭，而爐渣蘑菇頭的氣體通道被厚爐底的爐襯所阻礙，使得供氣量減少小，難以滿足鋼種對(duì)底吹工藝的需求。

(3)底吹元件毛細(xì)管由于孔徑較小，一旦堵塞無法進(jìn)行復(fù)通，各個(gè)透氣元件逐漸喪失底吹功能，而且堵塞產(chǎn)生很早， 在轉(zhuǎn)爐爐役的中前期即約3 000 爐時(shí)，底吹元件基本全部堵塞失效，根本無法保證底吹供氣系統(tǒng)與爐襯同壽命(爐襯壽命平均約10 000爐)，使得爐役中后期70%的爐次變?yōu)榧冺敶倒に嚒?/p>

2 底吹供氣系統(tǒng)改造實(shí)施

2.1 底部供氣元件更換為環(huán)縫式底吹槍

環(huán)縫式底吹槍工藝參數(shù)。 環(huán)縫式底吹槍供氣元件由內(nèi)層φ10×2 mm、中層φ16×2 mm 和外層φ22×2 mm 共三層金屬管同心套裝組成， 內(nèi)層金屬管用耐火材料填充封死， 外層金屬管埋入耐火材料中，氣流通過三層金屬管間的兩層環(huán)縫進(jìn)入爐內(nèi)。 該供氣元件是由北京鋼鐵研究總院所發(fā)明的，2016 年與天鐵熱軋合作在改造2 號(hào)轉(zhuǎn)爐底吹系統(tǒng)中使用。

2.2 提升底吹供氣強(qiáng)度的調(diào)整范圍

提升底吹供氣強(qiáng)度最大至0.9 Nm3/(t·min)，大量的實(shí)踐表明，不同的鋼種要求的底吹供氣強(qiáng)度也不同，這與鋼種的冶煉工藝技術(shù)規(guī)程相關(guān)[3]。 天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐之前的底吹供氣強(qiáng)度達(dá)不到行業(yè)平均水平下限，由此導(dǎo)致了前期成渣速度慢、脫磷效果差、吹煉過程不平穩(wěn)、終渣氧化鐵含量高、鋼水潔凈度不能保證等不利后果，嚴(yán)重制約了鋼水的質(zhì)量提升和生產(chǎn)成本的控制。

3 環(huán)縫式底吹槍的技術(shù)特點(diǎn)

改造后的環(huán)縫式底吹槍利用兩層金屬環(huán)縫向爐內(nèi)供氣，底吹氣流經(jīng)過光滑的金屬管內(nèi)壁，避免對(duì)耐火材料的沖刷。 兩層環(huán)縫的寬度均約1 mm，狹小的環(huán)縫縫隙使得鋼水難以灌入，從而保證了在低底吹氣壓工作條件下不易堵塞。 環(huán)縫式底吹槍相較于毛細(xì)管式供氣元件供氣面積增大，供氣阻力相對(duì)減小，所以可以采用較高供氣強(qiáng)度和較大供氣強(qiáng)度范圍。 在冶煉過程中，金屬液和爐渣在環(huán)縫式底吹槍端部容易形成爐渣—金屬蘑菇頭，這種爐渣—金屬蘑菇頭透氣性良好，滿足吹煉工藝過程對(duì)底吹供氣強(qiáng)度的靈活調(diào)整，并且具有較高的熔點(diǎn)和抗氧化侵蝕的能力，起到了保護(hù)供氣元件不被侵蝕和防止供氣元件堵塞的作用。

4 實(shí)施效果

4.1 底吹效果對(duì)比

通過對(duì)底吹系統(tǒng)的改造， 底吹效果明顯好轉(zhuǎn)，底吹供氣強(qiáng)度由0.01～0.05 Nm3/(t·min) 提高到了0.03～0.09 Nm3/(t·min)。

4.2 底吹元件狀態(tài)對(duì)比

由圖1，2 可見， 改造后環(huán)縫式底吹供氣元件狀態(tài)良好，8 個(gè)底吹孔清晰可辨，而毛細(xì)管式供氣元件狀態(tài)很差，8 個(gè)底吹孔基本已經(jīng)堵塞，所以的改造后底吹透氣效果更佳。

圖1 3500 爐毛細(xì)管式供氣元件狀態(tài)

圖2 5600 爐環(huán)縫式底吹供氣元件狀態(tài)

4.3 冶金效果對(duì)比

4.3.1 金屬收得率提升

通過爐渣成分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比(見表1)，可以看出改造后爐渣(TFe)含量下降，說明改造后的底吹供氣系統(tǒng)能夠較好的實(shí)現(xiàn)降低終渣中氧化鐵的作用。 同時(shí)由于底吹系統(tǒng)提供的良好的化渣效果，石灰和白云石等輔料的消耗量也有所下降，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，石灰消耗平均降低5 kg/t，降低14.6%；白云石消耗平均降低4 kg/t，降低幅度13.5%，證明了良好的底吹效果能夠大幅度降低冶煉渣料消耗，這為少渣煉鋼工藝提供了技術(shù)支持。 爐渣中全鐵含量下降和渣量的減少促使金屬收得率顯著提升。

4.3.2 碳氧積對(duì)比

碳氧積的變化最能反映冶金效果， 通過下表2可以看出改造后碳氧濃度積顯著降低。

表2 分別取20 爐相同鋼種一次倒?fàn)t命中碳氧積

4.3.3 脫磷效果對(duì)比

采集50 爐相同鋼種爐次數(shù)據(jù)， 鐵水磷平均值0.120%， 過程磷平均值0.029%， 終點(diǎn)磷平均值0.015%，全程平均脫磷率90%，說明改造后的底吹供氣系統(tǒng)化渣、脫磷效果明顯。

4.3.4 合金成本降低

改造后冶煉低碳鋼終點(diǎn)鋼水氧化性降低，鋁鐵平均消耗由2.1 kg/t 降低到1.74 kg/t。轉(zhuǎn)爐鋼水殘錳量也普遍有所提高，在鐵水錳含量和終點(diǎn)碳含量相近的情況下，鋼水殘錳量平均提高了0.02%，節(jié)省錳鐵合金0.4 kg/t。

4.4 底吹供氣元件壽命實(shí)現(xiàn)了與爐齡同步

采用了環(huán)縫式底吹供氣元件， 容易生成渣-金屬蘑菇頭，有效的保護(hù)底吹供氣元件。 而且當(dāng)?shù)状倒庠氯麜r(shí)，可以通過加大底吹流量進(jìn)行吹堵處理。 天鐵熱軋長(zhǎng)壽命復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉工藝自2016年8 月開始實(shí)施，至2017 年10 月完成，本爐役爐齡為8212 爐， 環(huán)縫式底吹供氣元件壽命實(shí)現(xiàn)了與爐齡同步的技術(shù)要求。

5 環(huán)縫式底吹槍的維護(hù)措施

5.1 影響底吹元件使用效果的原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)分層分析， 找出了影響底吹元件使用效果的因素：爐底操作，濺渣操作，底吹強(qiáng)度控制，補(bǔ)爐操作，吹煉強(qiáng)度控制以及其他操作。 統(tǒng)計(jì)情況見下表3。

表3 影響底吹效果調(diào)查表

由表3 可以看出，爐底控制、濺渣操作和底吹強(qiáng)度控制，是影響轉(zhuǎn)爐底吹的主要因素，因此針對(duì)爐底控制和濺渣操作和底吹強(qiáng)度控制制定相應(yīng)措施。

5.2 爐底控制措施

(1)穩(wěn)定裝入量，每班堅(jiān)持爐襯測(cè)厚，結(jié)合副槍測(cè)試出的液面高度， 判斷爐底厚度及漲幅程度，保證爐底濺渣保護(hù)層厚度在0～200 mm 范圍。

(2)根據(jù)不同的鋼種選擇合適的底吹模型，保證其暢通度。 結(jié)合爐底的厚度，適時(shí)調(diào)整渣中合適的R 及MgO 含量。 也可以通過冶煉鋼種的選擇，來控制爐底高度。 若爐底上漲，可以適當(dāng)降低終渣中R、MgO 含量，根據(jù)終渣粘稠程度，適當(dāng)縮短濺渣時(shí)間和調(diào)整濺渣槍位， 也可以多冶煉低碳鋼來降爐底。 反之若爐底下降，則提高渣中R、MgO 含量，根據(jù)終渣情況，將爐渣粘度提高，延長(zhǎng)濺渣時(shí)間，適當(dāng)冶煉普碳或高碳鋼來漲爐底。

(3)針對(duì)爐底薄弱部位降低支路供氣流量，必要時(shí)應(yīng)采取加廢鋼前墊料措施。

5.3 濺渣操作措施

(1)在爐底上漲的情況下，要嚴(yán)防底吹透氣磚堵塞。 底吹供氣流量適當(dāng)增加，濺渣槍位相對(duì)液面高度按“0”位控制，根據(jù)實(shí)際情況酌情降低濺渣率。

(2)在爐底持續(xù)下降的情況下，把終點(diǎn)渣做粘，若鐵水熱量不足，應(yīng)提高鐵水單耗，濺渣槍位開吹按500 mm 控制，在爐口有渣粒出現(xiàn)時(shí)，槍位提高到1 000～1 500 mm，濺渣后，空爐零位等待3～5 min 用渣墊爐底。 在終點(diǎn)渣較粘的情況下，出鋼和濺渣時(shí)適當(dāng)增加供氣流量。

(3)當(dāng)爐況較差時(shí)，一方面要提高終渣的粘度，另一方面提高濺渣效果，濺渣完畢后，爐子應(yīng)向后搖動(dòng)，在節(jié)奏允許的情況下，可停留2～3 min，以便讓出鋼面掛上渣，氧化性強(qiáng)的爐渣需經(jīng)過改質(zhì)后方可使用。 熔池與爐身下部交接處出現(xiàn)大面積薄弱時(shí)，應(yīng)采取留渣、墊料作業(yè)，防止廢鋼機(jī)械沖刷對(duì)爐襯及爐底造成傷害。

5.4 底吹控制措施

(1)嚴(yán)格執(zhí)行底吹模式要求，根據(jù)不同的鋼種、階段選擇不同的模式。

(2)崗位人員不得隨意更改底吹模型參數(shù)，如遇到特殊問題(如壓力、流量不正常或報(bào)警)及時(shí)聯(lián)系處理。 車間技術(shù)人員要經(jīng)常關(guān)注爐底厚度、底吹支路壓力、流量、通暢度等參數(shù)。

(3)每月利用計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間，車間技術(shù)人員要與檢修人員共同檢查底吹管路是否有漏氣點(diǎn)，開關(guān)是否靈敏，調(diào)節(jié)是否到位，對(duì)底吹閥門站里的氣動(dòng)閥進(jìn)行逐一檢查，避免發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，造成底吹支路堵塞現(xiàn)象。

(4)車間技術(shù)人員要了解崗位操作情況、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況及外界影響因素，根據(jù)底吹畫面上的參數(shù)變化情況，及時(shí)調(diào)整。

6 結(jié)論

6.1 環(huán)縫式底吹槍實(shí)施效果良好

天鐵熱軋轉(zhuǎn)爐毛細(xì)管式供氣系統(tǒng)存在底吹強(qiáng)度低、易堵塞、壽命短等問題，改造后的環(huán)縫式底吹槍能夠適應(yīng)冶煉工藝需求，實(shí)施效果良好：

(1)增大底吹供氣強(qiáng)度，可以有效提高底吹元件的透氣能力，滿足轉(zhuǎn)爐冶煉不同鋼種、吹煉不同時(shí)期對(duì)底吹強(qiáng)度的工藝需要。

(2)環(huán)縫式底吹槍在使用過程中不易堵塞。

(3)冶金效果得到了提升，主要表現(xiàn)在終渣全鐵降低、輔料消耗減少、碳氧積降低、脫磷效果提升、合金成本降低及提高鋼水的潔凈度。

(4)實(shí)現(xiàn)透氣元件堵塞后的復(fù)通能力，確保底吹元件的有效性。 提高了底吹元件的壽命，基本實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)爐襯體的同壽命，從而實(shí)現(xiàn)爐役全程的頂?shù)讖?fù)吹工藝。

6.2 環(huán)縫式底吹槍壽命可與爐齡同步

爐底控制、濺渣操作和底吹強(qiáng)度控制，是影響轉(zhuǎn)爐底吹的主要因素， 通過長(zhǎng)時(shí)間的維護(hù)實(shí)踐，能夠?qū)崿F(xiàn)底吹供氣元件的壽命與爐齡同步。