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）
摘要：針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠180 t 轉爐底槍與爐齡不同步、冶煉終點鋼水碳氧積高的問題，采取了優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)、底槍工藝、底吹工藝及賤渣工藝等措施后，實現(xiàn)了全爐役復吹，轉爐冶煉終點鋼水碳氧積降至 0.002 3。
關鍵詞：轉爐；復吹；碳氧積；底槍
氧氣轉爐頂?shù)讖痛凳?20 世紀 70 年代末世界煉鋼領域發(fā)展起來的一項新技術、新工藝，該技術克服了頂吹氧氣射流對熔池攪拌能力不足的弱點，可以使爐內(nèi)反應更接近平衡，鐵損失減少；同時又保留了氧槍頂吹法易于控制造渣過程的優(yōu)點，不但能夠保證鋼水質(zhì)量、 為連鑄提供可澆鋼水，同時達到了降低成本的目的[1]。采用復吹工藝，鋼水碳氧積波動范圍為 0.002 0~0.003 0， 冶煉終點渣中ω[Fe]可以降低 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)讖痛缔D爐，在原有的裝備和工藝條件下，轉爐爐齡達到約 4 500 爐時，底槍發(fā)生堵塞，冶金效果不好，轉爐冶煉終點鋼水碳氧積的波動范圍為 0.001 5~0.003 2，終點鋼水平均ω[O]超過 0.070 0%，終點渣中平均 ω[Te] 超過了18%。為了提高鋼水質(zhì)量，必須加強轉爐底吹熔池的攪拌，最大限度地發(fā)揮底吹冶金效果，實現(xiàn)全爐役復吹。本文對此展開研究，考慮到轉爐出鋼溫度對冶煉終點碳氧積的影響，出鋼溫度為 1 672℃。
1 轉爐主要工藝
參數(shù)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠 180 t 頂?shù)讖痛缔D爐的主要工藝參數(shù)見表 1。原復吹轉爐的底槍分布在轉爐爐底 0.6D 的位置上，底部氣體主要靠流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，底槍工藝分布示意圖見圖 1。
2 轉爐全爐役復吹存在的問題
2.1 轉爐爐底波動大
轉爐在生產(chǎn)過程中，由于各種原因造成轉爐爐底波動較大，嚴重影響底吹維護及碳氧積的合理控制。尤其是轉爐濺渣護爐工藝對爐底上漲影響更嚴重。為了避免爐底上漲過快，通常減少濺渣的頻率和濺渣的時間，但這又造成了轉爐爐體維護不及時，爐體工作層侵蝕較快。
2.2 復吹轉爐底槍壽命短
轉爐底槍位置采用盲磚砌筑，共預留8 支底槍位置，開工初期設計在轉爐加料側和出鋼側對稱分布兩支底槍。在新開 100~150 爐時通過鉆孔的方式將底槍投入使用，每次熱更換 2~4 支底槍。加入廢鋼時會對底槍造成沖擊，而且隨著轉爐廢鋼單耗要求的不斷提高， 為了適應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，這類重型廢鋼對底槍的沖擊更嚴重，導致底槍侵蝕損壞非?？臁＜恿蟼群统鲣搨鹊牡讟尵S護非常困難，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
轉爐底吹系統(tǒng)加壓機工作參數(shù)見表 2。
單臺氬氣加壓機容積流量為 5.8 m3/min（銘牌數(shù)據(jù)），當啟動 2 臺加壓時，公司管網(wǎng)壓力將由0.6~0.7 MPa 降低到 0.30~0.40 MPa （加壓站入口實際檢測值），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，通常會減少轉爐爐底的氬氣量，以保證連鑄和精煉工序的氬氣用量，結果造成轉爐底吹氬氣能力不足。
2.4 復吹轉爐濺渣的影響
轉爐濺渣護爐是通過高壓氮氣的吹濺，使爐襯表面形成一層高熔點的熔渣層，并與爐襯粘結附著袁起到保護爐襯和提高爐襯壽命的作用，但同時未濺起的爐渣粘結附著在爐底，引起爐底上漲，對底吹轉爐來說，這非常容易引起底槍原件的堵塞。由于濺渣頻率達到了 100%，對于復吹轉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
轉爐氧槍噴頭參數(shù)影響冶煉時氧氣射流對熔池的沖擊深度和沖擊面積，從而控制轉爐熔池內(nèi)碳氧反應的速度。因此，氧槍噴頭參數(shù)的合理選擇是氧氣轉爐合理供氧的基礎。通過實踐和理論分析袁決定對氧槍噴頭的參數(shù)進行優(yōu)化袁提高氧槍噴頭出口馬赫數(shù)，提高氧射流對熔池的沖擊能力[3]。
采取兩個方案分別進行氧槍噴頭參數(shù)的優(yōu)化試驗，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)量優(yōu)化
為了減少廢鋼加入時對底槍元件的沖擊，將轉爐加廢鋼角度增加 7°~10°。通過加料側轉爐傾動角度的調(diào)整，加料側底槍壽命得到了一定延長，但仍比其它部位底槍的壽命短。為了持續(xù)提高底槍壽命，在轉爐年修時對底槍布局進行了優(yōu)化，取消了原來加料側和出鋼側的底槍，優(yōu)化后的底槍分布見圖 2。
由圖 2 看出，優(yōu)化后底槍主要分布在耳軸兩側，底槍位置避開了轉爐加料時的沖擊區(qū)域和出鋼時的鋼水沖涮區(qū)域。優(yōu)化底吹流量控制在 10~24 m3/min，對金屬集束管的數(shù)量進行了優(yōu)化袁 在原來的基礎上分別增加 5 支、10 支和 15 支進行試驗。試驗中發(fā)現(xiàn)，增加 15 支金屬管時，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，由于底槍部位局部侵蝕過快，造成底槍壽命短，不能與轉爐爐襯壽命同步；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
針對底吹氬氣量不足的情況，對轉爐底吹N2/Ar 的切換時機進行了跟蹤分析。采取優(yōu)化措施為轉爐吹煉開始后，從氧步第 3 步N2/Ar 切換改為第 7 步切換。優(yōu)化前后的轉爐底吹切換系統(tǒng)見表 4。
對轉爐底吹切換系統(tǒng)優(yōu)化后，吹煉第 7 步前底吹使用氮氣，吹煉第 7 步后切換為氬氣。跟蹤了優(yōu)化后的 7 爐鋼水數(shù)據(jù)，轉爐冶煉終點鋼水情況見表5。
從表5 看出，底吹強度為 0.04~0.13 m3/（min.t）時，冶煉開始后第 7 步完成底吹 N2/Ar 切換能將終點鋼水中的 N 含量控制在 0.001 6%~0.002 0%，這與文獻[4]所述野在吹煉 70%時底吹 N2/Ar 切換袁冶煉終點 N 含量小于 0.002 0%冶的結論一致，說明切換時機后移沒有對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
出鋼結束后，立即選擇“濺渣”冶模式濺渣。濺渣過程中，從兩側匯總斗各加入 150~250 kg 濺渣劑，間隔時間大于 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，濺渣時間 2~4 min。濺渣結束后，先向爐前傾動至+60°~70°，再向后傾動至-60°~-70°，最后從爐前倒渣遙倒渣結束后，馬上從兩側匯總斗各加入白灰鋪大面，先向爐前傾動至+100°~110°，然后將轉爐傾動至兌鐵位置，準備加廢鋼兌鐵水。
3.5 廢鋼結構的優(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)域補加坯頭時，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)定了轉爐爐底的高度，有效的控制了轉爐爐底上漲，且將轉爐爐底的變化控制在了合理的波動范圍內(nèi)，轉爐液面波動控制在（180±15） cm。為復吹工藝的推進、 轉爐操作指標的提升以及鋼水潔凈度的提高奠定了基礎。轉爐全爐役（6 439 爐）爐底高度變化情況見圖 3。
從圖 3 中可以看出，整個爐役轉爐爐底平穩(wěn)且呈現(xiàn)逐步下降趨勢，說明爐底侵蝕均勻，實測爐底磚的侵蝕速度為 0.048 mm/爐。整個爐役期間沒有因為爐底上漲而進行化爐底操作。
4.2 底槍壽命提高
轉爐爐底穩(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野爐渣-金屬蘑菇頭冶具有較高的熔點和抗氧化能力，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 日期間轉爐碳氧積變化情況。
從圖 4 看出袁轉爐平均出鋼溫度在1 670 ℃的條件下，轉爐碳氧積能夠在合理的區(qū)間內(nèi)波動，為轉爐鋼水的潔凈化生產(chǎn)奠定了良好的基礎。
5 結語
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、轉爐冶煉開始后從吹煉第 3 步氮氬切換優(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；有效控制了轉爐爐底的上漲，實現(xiàn)了底槍壽命與轉爐爐齡6 439 爐同步， 終點鋼水碳氧積由 0.002 5 降至 0.002 3。
參考文獻
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