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150t转炉改变底吹风口布置、优化底吹工艺

发布时间:2021/01/16 行业新闻 标签:耐火砖浏览次数:184

1、复吹转炉现状
南京钢铁联合有限公司(以下简称“南钢”)第一炼钢厂有3座150t顶底复吹转炉,实际出钢量约155t,年产量约450万t,平均冶炼周期40min;配备激光测厚仪、副枪技术。冶炼钢种有管线钢、髙强船板、低温容器板、储罐板、超髙强、耐磨、镍系钢、特殊用钢等,视钢种要求可采用单渣法、双渣法和双联法操作。转炉冶炼辅料主要有石灰、石灰石、生白云石、返矿等,生料使用比例>70%。
目前全炉役过程平均碳氧浓度积为0.003%,超低碳钢(转炉冶炼终点碳含量<0.035%)终点氧含量过髙,降低了铁水的收得率,增加了脱氧剂合金消耗,影响钢水质量;中碳钢炉渣中氧化铁含量过高,平均为18.93%,钢水收得率低,同时恶化炉况。转炉吹炼辅料、生料比例较高,炉渣难化,氧枪由于结瘤更换频繁。
南钢150t转炉在炉底半径0.3R(R为炉底半径)、0.6R处布置了10块底吹透气砖,如图1所示。相较于国、内外其他钢厂其底吹孔数较多,将导致底吹流股相互干扰,降低了对熔池的搅拌效果。根据生产的钢种对氮含量的要求,底吹气体可采用氮氩切换模式。为防止炉底厚度侵蚀过快,底吹供气强度最大为0.03m3/(min•t),依据炼钢原理采用“高一低一高”模式,炉龄在3000炉左右时,底吹风口基本堵塞,无法实现复吹效果。
2、底吹优化实践
2.1底吹风口布置及底吹热换技术应用
为了避免位于0.3R处的4个底吹风口对顶吹形成扰流,弱化底吹效果,同时考虑底吹改造成本,保留位于0.6R处的6个底吹风口,在其圆周均匀布置;开炉时先使用4个40°底吹风口,另2个0°底吹风口用盲板砌筑,作为备用风口,后期可应用底吹热换技术进行快换。
底吹风口的寿命受装备、工艺以及实际生产中意外因素的影响•易熔损、堵塞,实现全炉役过程复吹难度很大。根据鞍钢公司、宝钢公司经济炉龄及炉底底吹效果的实际应用情况,炉役全过程转炉底吹必须“可视化”,才能确保良好的底吹效果。近年来底吹风口砖热换技术逐渐成熟,当风口底吹效果减弱或消失时使用钻孔机对旧风口进行更换,可实现全炉役髙效复吹。
南钢第一炼钢厂转炉底吹透气芯砖,由22根直径为3mm的不锈钢钢管埋入,具有良好的抗侵蚀、抗热震性能。
目前”转炉已进行4次底吹快换,可实现1h取下残砖,2h更换好新砖,同一位置能够进行多次热更换,确保全炉龄过程的复吹。该技术在转炉的应用可解决生产过程中底吹风口恶化、失效的问题,保证全炉役过程具备良好的熔池动力学条件,改善碳氧平衡,提髙冶炼效率。
2.2  底吹强度优化
底吹气体的供气强度对搅拌的影响可以用熔池的均匀混合时间γ来评估。
由上式可知,随着底吹气体流量增加,对熔池的搅拌能增大,混匀时间随之减小,因此适量增加底吹供气强度有利于提高复吹转炉的冶金效果。
南钢转炉设计底吹强度最大为0.1m3(min•t),实际生产中根据钢种成分设计要求采取不同的底吹强度模式:对于低碳钢,为保证去除碳的同时,碳氧积尽量低,底吹强度最大值为0.08〜0.1m3/(min•t);冶炼髙碳钢时,为避免终点碳含量过低,适当降低底吹强度,最大值约0.04m3(min•t)。
冶炼过程底吹强度采用“高-低-高”模式:冶炼前期主要为生料分解、化渣过程,因此采用高底吹强度,可以促进生料快速均热分解、化渣;中期由于碳氧反应激烈,高底吹强度会使炉内反应过快,渣中氧化铁减少,炉渣熔点升高,从而导致“炉渣返干”;末期采用高底吹强度可以降低渣中氧化铁含量,提高钢水收得率,降低钢中氧含量,减少脱氧剂、合金消耗,减少钢中氧化物夹杂,均匀钢水成分、温度、提升钢水质量。
2.3  炉衬案例措施
2.3.1砌筑工艺改进
为适应高底吹强度对耐火材料的影响,提高转炉耐火材料的安全系数,改变了耐火材料的砌筑工艺:一方面保持炉底总厚度1200mm不变,将工作层镁碳砖厚度从800mm提高至970mm,永久层烧镁砖厚度从300mm降低至130mm;另一方面改变炉底与炉身返平部位的砌筑方式,减少炉底返平砖及捣打层厚度,采用全弧形炉底与炉身过渡方式,防止炉底变薄后出现炉底渗钢甚至漏钢等恶性事故的发生。
2.3.2风口流量控制
高强度、可视化底吹风口在实际运行过程中,4个风口所在炉衬部位存在不同的侵蚀速率,在开盲板更换新的透气砖之前,需要降低炉衬薄弱处风口支管流量以保证炉衬安全。
原有的设备是通过设定气体总管流量,然后均勻分配到4个支管,人工利用底吹阀门站手阀调小流量,会由于流量调节阀的反馈自动增加开度,以保证每个支管流量相同;如果将手阀调至最小或关闭,底吹风口会由于溅渣护炉的影响而堵塞,影响底吹效果。
因此,对底吹管路实施单独控制的改造和底吹流量阀控制的改进,同时在底吹控制画面上对每个支管增加一个气体流量调节比例窗口,依照激光测厚仪数据相应调整各个风口强度的百分比,设定值范围0〜100%,设定值为0时将完全关闭底吹风口,设定值为50%时,将通过程序控制对应支管流量为原始值的一半。底吹管路单独控制方法将使各个底吹风口所在的炉衬侵蚀程度一致,确保炉况安全和底吹效果。
3、经济技术指标的改善
通过实施底吹优化,底吹风口透气良好,倒炉时由于底吹气体在风口周围的冷却作用可见明显黑圈,即“底吹可视化”,如图4所示,为各项经济技术指标的提高提供了保证。
3.1直接经济效益
碳氧浓度积可从数字上直观体现底吹效果,碳氧积越低,在相同碳的含量下钢中的氧含量越低,底吹效果越好;底吹工艺优化后,碳氧浓度积平均值从0.0030%降低到0.0024%。另外通过试验底吹后搅效果,即在吹炼终点氧枪提起后,等待1〜2min再进行副枪测量,氧含量可下降50〜100*10-6,对于生产优质品种钢具有特别的意义。
钢中碳含量恒定时,钢水中氧含量越高,意味着脱氧剂消耗增加,同时钢中氧化物夹杂也增多。表1为吹炼终点一定碳含量范围区间的平均碳含量所对应的平均碳氧积,碳含量为化验所得的实际碳含量,氧含量为副枪测定氧。冶炼低碳铝镇静钢时,当终点碳含量为0.0336%时,终点氧为582*10-6;而底吹风口改造前的氧含量为950*10-6,脱氧剂铝消耗吨钢成本高出约6.45元,每炉钢水中约增加氧化铝夹杂物120kg以上,影响优质品种钢的成品质量。
通过对底吹风口改造前、后转炉炉渣的对比,生产普通中碳钢和低碳钢炉渣中氧化铁可分别下降2.41%,3.74%,可减少炉衬侵蚀,提高钢水收得率。在碱性转炉中,铁水中锰的氧化反应为放热反应,由于炉渣中存在大量的强碱性氧化物CaO,弱碱性的MnO大部分以自由的形式存在,在吹炼后期会随着熔池温度的升高和炉渣氧化性的降低而部分还原,通过对比,转炉终点残锰量平均提升0.021%。
3.2间接经济效益
南钢第一炼钢厂转炉冶炼所使用的辅料包括石灰、石灰石、白云石等,生料所占比例约75%。吹炼过程中,生料化渣较难,导致吹炼脱磷困难,氧枪易结瘤,影响钢水质量,增加劳动强度。相较于传统的转炉冶炼精料方式,生料在化渣前需首先分解成CaO,MgO等,强烈的搅拌将促使生料迅速均热分解,快速成渣,氧枪结瘤现象和吹炼终点磷高的炉次明显减少。
对于超低磷钢(P≤50*10-6)的冶炼,一般采取双联法,两座转炉分别承担脱磷和脱碳任务,成本髙、生产工序复杂,组织难度大,影响产能和钢水质量。南钢第一炼钢厂以底吹动力学为基础开发了单渣法生产超低磷钢的技术方法,可以稳定、连续生产超低磷钢。
4、结束语
(1)通过优化底吹风口布置、应用底吹快换技术,实现全炉役过程底吹“可视化”,复吹比例从30%提高至100%。
(2)通过新型炉衬砌筑技术的应用和底吹风口支管流量单独控制技术,保障了高强度底吹模式下炉况的安全。
(3)良好的底吹效果,分钢种不同流量模式的选择,使南钢转炉冶炼经济效益显著,为南钢产品结构的提升做出了重要的贡献。