1、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)狀
南京鋼鐵聯(lián)合有限公司(以下簡稱“南鋼”)第一煉鋼廠有3座150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,實際出鋼量約155t，年產(chǎn)量約450萬t，平均冶煉周期40min;配備激光測厚儀、副槍技術(shù)。冶煉鋼種有管線鋼、髙強船板、低溫容器板、儲罐板、超髙強、耐磨、鎳系鋼、特殊用鋼等，視鋼種要求可采用單渣法、雙渣法和雙聯(lián)法操作。轉(zhuǎn)爐冶煉輔料主要有石灰、石灰石、生白云石、返礦等，生料使用比例>70%。
目前全爐役過程平均碳氧濃度積為0.003%,超低碳鋼(轉(zhuǎn)爐冶煉終點碳含量<0.035%)終點氧含量過髙，降低了鐵水的收得率，增加了脫氧劑合金消耗，影響鋼水質(zhì)量;中碳鋼爐渣中氧化鐵含量過高，平均為18.93%，鋼水收得率低，同時惡化爐況。轉(zhuǎn)爐吹煉輔料、生料比例較高，爐渣難化，氧槍由于結(jié)瘤更換頻繁。
南鋼150t轉(zhuǎn)爐在爐底半徑0.3R(R為爐底半徑)、0.6R處布置了10塊底吹透氣磚，如圖1所示。相較于國、內(nèi)外其他鋼廠其底吹孔數(shù)較多，將導(dǎo)致底吹流股相互干擾，降低了對熔池的攪拌效果。根據(jù)生產(chǎn)的鋼種對氮含量的要求，底吹氣體可采用氮氬切換模式。為防止?fàn)t底厚度侵蝕過快，底吹供氣強度最大為0.03m3/(min•t),依據(jù)煉鋼原理采用“高一低一高”模式，爐齡在3000爐左右時，底吹風(fēng)口基本堵塞，無法實現(xiàn)復(fù)吹效果。
2、底吹優(yōu)化實踐
2.1底吹風(fēng)口布置及底吹熱換技術(shù)應(yīng)用
為了避免位于0.3R處的4個底吹風(fēng)口對頂吹形成擾流，弱化底吹效果，同時考慮底吹改造成本，保留位于0.6R處的6個底吹風(fēng)口，在其圓周均勻布置;開爐時先使用4個40°底吹風(fēng)口，另2個0°底吹風(fēng)口用盲板砌筑，作為備用風(fēng)口，后期可應(yīng)用底吹熱換技術(shù)進行快換。
底吹風(fēng)口的壽命受裝備、工藝以及實際生產(chǎn)中意外因素的影響•易熔損、堵塞，實現(xiàn)全爐役過程復(fù)吹難度很大。根據(jù)鞍鋼公司、寶鋼公司經(jīng)濟爐齡及爐底底吹效果的實際應(yīng)用情況，爐役全過程轉(zhuǎn)爐底吹必須“可視化”，才能確保良好的底吹效果。近年來底吹風(fēng)口磚熱換技術(shù)逐漸成熟，當(dāng)風(fēng)口底吹效果減弱或消失時使用鉆孔機對舊風(fēng)口進行更換，可實現(xiàn)全爐役髙效復(fù)吹。
南鋼第一煉鋼廠轉(zhuǎn)爐底吹透氣芯磚，由22根直徑為3mm的不銹鋼鋼管埋入，具有良好的抗侵蝕、抗熱震性能。
目前”轉(zhuǎn)爐已進行4次底吹快換，可實現(xiàn)1h取下殘磚，2h更換好新磚，同一位置能夠進行多次熱更換，確保全爐齡過程的復(fù)吹。該技術(shù)在轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用可解決生產(chǎn)過程中底吹風(fēng)口惡化、失效的問題，保證全爐役過程具備良好的熔池動力學(xué)條件，改善碳氧平衡，提髙冶煉效率。
2.2  底吹強度優(yōu)化
底吹氣體的供氣強度對攪拌的影響可以用熔池的均勻混合時間γ來評估。
由上式可知，隨著底吹氣體流量增加，對熔池的攪拌能增大，混勻時間隨之減小，因此適量增加底吹供氣強度有利于提高復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金效果。
南鋼轉(zhuǎn)爐設(shè)計底吹強度最大為0.1m3(min•t),實際生產(chǎn)中根據(jù)鋼種成分設(shè)計要求采取不同的底吹強度模式:對于低碳鋼，為保證去除碳的同時，碳氧積盡量低，底吹強度最大值為0.08?0.1m3/(min•t);冶煉髙碳鋼時，為避免終點碳含量過低，適當(dāng)降低底吹強度，最大值約0.04m3(min•t)。
冶煉過程底吹強度采用“高-低-高”模式:冶煉前期主要為生料分解、化渣過程，因此采用高底吹強度，可以促進生料快速均熱分解、化渣;中期由于碳氧反應(yīng)激烈，高底吹強度會使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)過快，渣中氧化鐵減少，爐渣熔點升高，從而導(dǎo)致“爐渣返干”;末期采用高底吹強度可以降低渣中氧化鐵含量，提高鋼水收得率，降低鋼中氧含量，減少脫氧劑、合金消耗，減少鋼中氧化物夾雜，均勻鋼水成分、溫度、提升鋼水質(zhì)量。
2.3  爐襯案例措施
2.3.1砌筑工藝改進
為適應(yīng)高底吹強度對耐火材料的影響，提高轉(zhuǎn)爐耐火材料的安全系數(shù)，改變了耐火材料的砌筑工藝:一方面保持爐底總厚度1200mm不變，將工作層鎂碳磚厚度從800mm提高至970mm，永久層燒鎂磚厚度從300mm降低至130mm;另一方面改變爐底與爐身返平部位的砌筑方式，減少爐底返平磚及搗打?qū)雍穸?，采用全弧形爐底與爐身過渡方式，防止?fàn)t底變薄后出現(xiàn)爐底滲鋼甚至漏鋼等惡性事故的發(fā)生。
2.3.2風(fēng)口流量控制
高強度、可視化底吹風(fēng)口在實際運行過程中，4個風(fēng)口所在爐襯部位存在不同的侵蝕速率，在開盲板更換新的透氣磚之前，需要降低爐襯薄弱處風(fēng)口支管流量以保證爐襯安全。
原有的設(shè)備是通過設(shè)定氣體總管流量，然后均勻分配到4個支管，人工利用底吹閥門站手閥調(diào)小流量，會由于流量調(diào)節(jié)閥的反饋自動增加開度，以保證每個支管流量相同;如果將手閥調(diào)至最小或關(guān)閉，底吹風(fēng)口會由于濺渣護爐的影響而堵塞，影響底吹效果。
因此，對底吹管路實施單獨控制的改造和底吹流量閥控制的改進，同時在底吹控制畫面上對每個支管增加一個氣體流量調(diào)節(jié)比例窗口，依照激光測厚儀數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整各個風(fēng)口強度的百分比，設(shè)定值范圍0?100%，設(shè)定值為0時將完全關(guān)閉底吹風(fēng)口，設(shè)定值為50%時，將通過程序控制對應(yīng)支管流量為原始值的一半。底吹管路單獨控制方法將使各個底吹風(fēng)口所在的爐襯侵蝕程度一致，確保爐況安全和底吹效果。
3、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的改善
通過實施底吹優(yōu)化，底吹風(fēng)口透氣良好,倒?fàn)t時由于底吹氣體在風(fēng)口周圍的冷卻作用可見明顯黑圈，即“底吹可視化”，如圖4所示，為各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的提高提供了保證。
3.1直接經(jīng)濟效益
碳氧濃度積可從數(shù)字上直觀體現(xiàn)底吹效果，碳氧積越低，在相同碳的含量下鋼中的氧含量越低，底吹效果越好;底吹工藝優(yōu)化后，碳氧濃度積平均值從0.0030%降低到0.0024%。另外通過試驗底吹后攪效果，即在吹煉終點氧槍提起后，等待1?2min再進行副槍測量，氧含量可下降50?100*10-6,對于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種鋼具有特別的意義。
鋼中碳含量恒定時，鋼水中氧含量越高，意味著脫氧劑消耗增加，同時鋼中氧化物夾雜也增多。表1為吹煉終點一定碳含量范圍區(qū)間的平均碳含量所對應(yīng)的平均碳氧積，碳含量為化驗所得的實際碳含量，氧含量為副槍測定氧。冶煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時，當(dāng)終點碳含量為0.0336%時，終點氧為582*10-6;而底吹風(fēng)口改造前的氧含量為950*10-6，脫氧劑鋁消耗噸鋼成本高出約6.45元，每爐鋼水中約增加氧化鋁夾雜物120kg以上，影響優(yōu)質(zhì)品種鋼的成品質(zhì)量。
通過對底吹風(fēng)口改造前、后轉(zhuǎn)爐爐渣的對比，生產(chǎn)普通中碳鋼和低碳鋼爐渣中氧化鐵可分別下降2.41%,3.74%，可減少爐襯侵蝕，提高鋼水收得率。在堿性轉(zhuǎn)爐中，鐵水中錳的氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于爐渣中存在大量的強堿性氧化物CaO，弱堿性的MnO大部分以自由的形式存在，在吹煉后期會隨著熔池溫度的升高和爐渣氧化性的降低而部分還原，通過對比，轉(zhuǎn)爐終點殘錳量平均提升0.021%。
3.2間接經(jīng)濟效益
南鋼第一煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉所使用的輔料包括石灰、石灰石、白云石等，生料所占比例約75%。吹煉過程中，生料化渣較難，導(dǎo)致吹煉脫磷困難，氧槍易結(jié)瘤，影響鋼水質(zhì)量，增加勞動強度。相較于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐冶煉精料方式，生料在化渣前需首先分解成CaO,MgO等，強烈的攪拌將促使生料迅速均熱分解，快速成渣，氧槍結(jié)瘤現(xiàn)象和吹煉終點磷高的爐次明顯減少。
對于超低磷鋼(P≤50*10-6)的冶煉，一般采取雙聯(lián)法，兩座轉(zhuǎn)爐分別承擔(dān)脫磷和脫碳任務(wù)，成本髙、生產(chǎn)工序復(fù)雜，組織難度大，影響產(chǎn)能和鋼水質(zhì)量。南鋼第一煉鋼廠以底吹動力學(xué)為基礎(chǔ)開發(fā)了單渣法生產(chǎn)超低磷鋼的技術(shù)方法，可以穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)超低磷鋼。
4、結(jié)束語
(1)通過優(yōu)化底吹風(fēng)口布置、應(yīng)用底吹快換技術(shù)，實現(xiàn)全爐役過程底吹“可視化”，復(fù)吹比例從30%提高至100%。
(2)通過新型爐襯砌筑技術(shù)的應(yīng)用和底吹風(fēng)口支管流量單獨控制技術(shù)，保障了高強度底吹模式下爐況的安全。
(3)良好的底吹效果，分鋼種不同流量模式的選擇，使南鋼轉(zhuǎn)爐冶煉經(jīng)濟效益顯著，為南鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的提升做出了重要的貢獻。