轉(zhuǎn)爐低碳氧積復(fù)吹工藝實(shí)踐

栗斌，李偉東，曹祥，喬冠男

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

底吹供氣系統(tǒng)氣源穩(wěn)定，底吹模型更細(xì)化，不僅能夠節(jié)省氬氣消耗，還能保證底吹冶煉效果，同時(shí)爐底維護(hù)技術(shù)更完善，能夠有效保護(hù)風(fēng)口侵蝕，達(dá)到長(zhǎng)壽化。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡(jiǎn)稱“三分廠”）現(xiàn)有180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐兩座，生產(chǎn)的鋼種中70%以上是優(yōu)質(zhì)低碳深沖鋼，主要為汽車家電鋼和冷軋硅鋼，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%～0.05%，其中近40%鋼種磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求小于0.012%。三分廠冶煉優(yōu)質(zhì)低碳深沖鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐碳氧積達(dá)到0.001 89，渣中氧化鐵含量為18.6%，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平有差距，制約了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹效果。因此，分析了三分廠影響轉(zhuǎn)爐復(fù)吹效果的原因，采取相應(yīng)的措施后，降低了碳氧積，保證了轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹效果。

1 影響復(fù)吹效果的原因分析

對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)復(fù)吹效果較好的企業(yè)，如馬鋼頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐碳氧積最低能夠控制在0.001 8以下，該公司采用16支風(fēng)口布置方式，底吹強(qiáng)度最大達(dá)到 0.16 m3/（min·t），RH 鋼種出鋼溫度可控制在1 680℃以下。分析認(rèn)為，目前影響三分廠復(fù)吹效果的原因如下：

（1）風(fēng)口數(shù)量和布置不科學(xué)，冶金效果差；

（2）底吹供氣系統(tǒng)氣源不穩(wěn)定，底吹模型設(shè)計(jì)不合理，造成轉(zhuǎn)爐吹煉底吹強(qiáng)度低，攪拌能力弱；

（3）轉(zhuǎn)爐出鋼溫度偏高，仍有降低空間；

（4）轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼模型設(shè)計(jì)與底吹工藝未進(jìn)行有效的結(jié)合，加之副槍的作業(yè)率和測(cè)成率低，造成冶煉終點(diǎn)的命中率低，碳溫不穩(wěn)定，冶煉終點(diǎn)碳氧積高；

（5）風(fēng)口和爐底維護(hù)不好，爐底侵蝕快，難以保證爐役后期的供氣強(qiáng)度。

2 采取的措施

2.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐底吹工藝

（1）優(yōu)化風(fēng)口數(shù)量和布置

為了增強(qiáng)底吹攪拌效果，對(duì)比研究了不同風(fēng)口布置方式的效果后，將8支風(fēng)口增加至12支，采用“盤槍”形式砌筑。新布置方案可有效避免轉(zhuǎn)爐加廢鋼時(shí)對(duì)風(fēng)口的沖擊，避免加料堆積在風(fēng)口附近影響其透氣性，同時(shí)可減少倒?fàn)t和出鋼過(guò)程中鋼液浸泡風(fēng)口的時(shí)間。轉(zhuǎn)爐風(fēng)口布置優(yōu)化前后對(duì)比見圖1。

（2）優(yōu)化風(fēng)口類型

試驗(yàn)對(duì)比研究不同類型的風(fēng)口后，采用了集束管式風(fēng)口。采取三項(xiàng)措施：一是減少集束管數(shù)量，將單支風(fēng)口集束管數(shù)量由30減少至24；二是縮小集束管布置范圍，其中“盤槍”的4支風(fēng)口布置范圍為Φ90 mm，其余8支在原Φ148 mm的基礎(chǔ)上縮小至Φ112 mm；三是優(yōu)化集束管內(nèi)、外徑尺寸，不同位置的風(fēng)口采用不同的尺寸。風(fēng)口類型優(yōu)化后增加了底吹元件的透氣性，提高了可視率和復(fù)吹效果，并且減少了對(duì)風(fēng)口護(hù)磚的侵蝕。

（3）優(yōu)化供氣系統(tǒng)設(shè)備

為增加供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)供氣系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。將底氣的輸送管徑由20 mm縮小為15 mm，可以提高供氣壓力，降低風(fēng)口堵塞幾率；提高流量計(jì)檢測(cè)精度，檢測(cè)流量從2～30 m3/min改為0～15 m3/min，可以精確檢測(cè)0.5 m3/min以上的氮?dú)饧皻鍤饬髁?；還采用了高質(zhì)量氮?dú)饧皻鍤馇袛嚅y，提高供氣系統(tǒng)的靈敏度。

（4）優(yōu)化復(fù)吹模型

考慮到氮?dú)寮訅赫灸芰娃D(zhuǎn)爐不同冶煉階段差異化的功能需求，對(duì)復(fù)吹模型進(jìn)行優(yōu)化。復(fù)吹模型優(yōu)化前后用氣量對(duì)比見表1。

在階段性提高底吹供氣強(qiáng)度的同時(shí)，將每爐模型用氣量減少75 m3。增加底吹事故供氣模型，在底吹系統(tǒng)不正常時(shí)全程采用最小流量吹氮，增強(qiáng)爐底長(zhǎng)期穩(wěn)定的供氣能力，防止底槍堵塞。試驗(yàn)研究了轉(zhuǎn)爐冶煉前期吹氮時(shí)間和鋼水氮含量的關(guān)系，吹氮延長(zhǎng)3 min，減少氬氣消耗，解決了氬氣不足的問(wèn)題。

2.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝

（1）降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度

降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度能夠提高碳氧反應(yīng)平衡常數(shù)，降低碳氧積。為了降低出鋼溫度，采取了鋼包和中間包蓄熱式或富氧式烘烤工藝，改進(jìn)保溫層砌筑工藝，提高鋼包日周轉(zhuǎn)頻次，降低其熱損失[1]。開發(fā)鋼包定位管理系統(tǒng)，提高專線化生產(chǎn)能力，保證鋼包運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)率，縮短了轉(zhuǎn)爐出鋼至連鑄開澆的間隔時(shí)間近5 min。采用鋼包頂渣改質(zhì)、包蓋密封等工藝、應(yīng)用保溫劑或覆蓋劑后，有效地減少了鋼水的輻射散熱。采取上述措施后，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低了4℃，為低碳氧積的控制創(chuàng)造了條件。

（2）提高副槍作業(yè)率和測(cè)成率

提高副槍作業(yè)率和測(cè)成率有利于穩(wěn)定控制冶煉終點(diǎn)鋼水溫度和成分，給降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和出鋼氧含量提供了保障。首先進(jìn)行副槍系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)化調(diào)整，提高機(jī)械手設(shè)備的基本功能精度，優(yōu)化易損件、副槍測(cè)溫連接部件（插接件、螺旋導(dǎo)線、變徑管、夾持管等）的周期更換制度。其次是優(yōu)化槍體吹掃氮?dú)饬髁浚诒ＷC測(cè)溫件內(nèi)部冷卻前提下降低氣體量，降低接觸信號(hào)差、測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確的發(fā)生頻率。同時(shí)開發(fā)副槍自動(dòng)測(cè)量液面功能，隨時(shí)修正熔池液面設(shè)定值，提高測(cè)量精度。采取上述措施后，副槍作業(yè)率達(dá)到97.2%，測(cè)成率達(dá)到98.7%。

（3）穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)

穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)對(duì)提高碳氧積的穩(wěn)定性至關(guān)重要，同時(shí)能夠有效減少出鋼溫度和出鋼氧含量過(guò)高的發(fā)生頻次。首先對(duì)吹氧過(guò)程槍位與鋼液速度衰減規(guī)律及氧氣與鋼液兩相分布規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)合音頻化渣技術(shù)，優(yōu)化氧槍自動(dòng)控制工藝，配合干法除塵工藝控制卸爆，減少冶煉過(guò)程噴濺和返干。其次是根據(jù)大數(shù)據(jù)回歸不同鋼種最佳終點(diǎn)控制模型，開展各項(xiàng)碳氧積影響因素實(shí)驗(yàn)，總結(jié)最佳拉碳和后攪工藝參數(shù)，優(yōu)化自動(dòng)化煉鋼模型，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)穩(wěn)定控制，達(dá)到出鋼溫度和氧含量的準(zhǔn)確控制。

2.3 開發(fā)風(fēng)口和爐底維護(hù)技術(shù)

有效控制爐底渣層厚度是實(shí)現(xiàn)高效復(fù)吹的關(guān)鍵，渣層過(guò)薄不利于風(fēng)口磚的保護(hù)，渣層過(guò)厚復(fù)吹效果將受到影響[2]。實(shí)踐表明，控制爐底渣層厚度在80～100 mm時(shí)最適宜，不僅能夠保證風(fēng)口長(zhǎng)壽化，實(shí)現(xiàn)全爐役復(fù)吹，而且能夠保證底吹氣體具備較高的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)高效化。實(shí)際轉(zhuǎn)爐冶煉通過(guò)濺渣護(hù)爐技術(shù)能夠使風(fēng)口磚表面盡快凝固一層爐渣，即爐渣-金屬蘑菇頭，起到保護(hù)風(fēng)口磚的作用。為穩(wěn)定控制爐底渣層厚度，開發(fā)了自動(dòng)濺渣技術(shù)，避免人為因素對(duì)濺渣效果的影響，為風(fēng)口全爐役可視操作提供了有利保障。實(shí)際操作中，開新爐后的第一爐就要進(jìn)行濺渣護(hù)爐操作。根據(jù)爐底情況采用不同的濺渣操作，使?fàn)t底穩(wěn)定在一個(gè)合理水平，延長(zhǎng)風(fēng)口磚壽命。開發(fā)了爐底渣層厚度控制技術(shù)，主要通過(guò)激光測(cè)厚實(shí)時(shí)掌握爐底渣層厚度，渣層過(guò)薄時(shí)采取增加濺渣渣量、濺渣稠渣、終渣做粘等措施；渣層過(guò)厚時(shí)采取減少濺渣渣量、終渣做稀、空吹爐底等方式?？沾禒t底是在出鋼結(jié)束后，不留渣，氧槍降到下極限值空吹氧氣30～90 s。

3 取得的效果

采取上述措施后，經(jīng)過(guò)三個(gè)爐役的生產(chǎn)實(shí)踐，取得如下效果。

（1）轉(zhuǎn)爐出鋼碳氧積降低

優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐爐役指標(biāo)對(duì)比見表2。

表2 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐爐役指標(biāo)對(duì)比Table 2 Comparison of Service Life Indexes for Converter before and after Optimization

由表2看出，優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐平均出鋼溫度由1 669℃降至1 665℃,降低了4℃；轉(zhuǎn)爐平均出鋼碳含量無(wú)變化；轉(zhuǎn)爐平均出鋼氧含量由0.055 3%降至0.051 7%，降低了0.003 6%；碳氧積由0.001 89降至0.001 76，實(shí)現(xiàn)了全爐役碳氧積小于0.001 8的目標(biāo)，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

（2）轉(zhuǎn)爐終渣氧化鐵含量降低

優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低磷超低碳鋼時(shí)，終點(diǎn)渣中氧化鐵含量由18.6%降至17.4%，降低了1.20%，轉(zhuǎn)爐鋼鐵料單耗降低了1.46 kg/t鋼，脫氧用鋁系合金單耗降低了0.15 kg/t鋼。

（3）轉(zhuǎn)爐脫磷率提高

優(yōu)化后轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低磷超低碳鋼時(shí)，轉(zhuǎn)爐出鋼磷含量降低了0.002%，脫磷率提高2.04%。優(yōu)化前后脫磷率對(duì)比見表3。

表3 優(yōu)化前后脫磷率對(duì)比Table 3 Comparison of Dephosphorization Rates before and after Optimization %

（4）轉(zhuǎn)爐耐材消耗降低

爐襯維護(hù)用耐材消耗量為0.66 kg/t鋼，比優(yōu)化前降低0.30 kg/t鋼。爐襯耐材每爐侵蝕速率為0.96 mm，比優(yōu)化前（1.30 mm）降低了約26%。由于受公司鐵鋼平衡的影響，調(diào)整了轉(zhuǎn)爐年修計(jì)劃，提前停爐，所以實(shí)際爐齡為5 316爐。根據(jù)停爐測(cè)厚數(shù)據(jù)并結(jié)合侵蝕速率分析得出，本爐役爐齡理論可達(dá)到7 500爐，比優(yōu)化前預(yù)計(jì)提升1 500爐。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐碳氧積高影響復(fù)吹效果的問(wèn)題，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐底吹工藝，包括優(yōu)化風(fēng)口數(shù)量和布置、風(fēng)口類型、供氣系統(tǒng)及復(fù)吹模型；優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐冶煉工藝，包括降低出鋼溫度、提高副槍作業(yè)率及穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)；開發(fā)了風(fēng)口和爐底維護(hù)技術(shù)，結(jié)合濺渣護(hù)爐工藝后，可穩(wěn)定控制爐底渣層厚度。采取上述措施后，轉(zhuǎn)爐全爐役碳氧積由0.001 89降至0.001 76，終點(diǎn)渣中氧化鐵含量由18.6%降至17.4%，轉(zhuǎn)爐鋼鐵料單耗降低了1.46 kg/t鋼，脫氧用鋁系合金單耗降低了0.15 kg/t鋼。