強(qiáng)底吹供氣工藝對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳氧反應(yīng)的影響★

魏 哲

（山西工程職業(yè)學(xué)院， 山西 太原 030009）

目前，我國(guó)鋼鐵行業(yè)正處于產(chǎn)能產(chǎn)量雙重限制，原材料成本上漲[1-2]，節(jié)能增效是企業(yè)謀生存、求發(fā)展的重要舉措。目前長(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[3]。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)多采用彌撒式透氣磚作為底吹供氣元件，由于供氣強(qiáng)度小，雖然爐役前期底吹效果較好，但是爐役中后期透氣磚易堵塞，造成爐底高，底部串氣，既不利于熔池?cái)嚢杞档吞佳醴e，又容易加大對(duì)耳軸等部位的爐襯侵蝕，造成爐齡縮短，爐況變差，輔料消耗增加，復(fù)吹的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮。

為延長(zhǎng)爐底底吹壽命，降低碳氧積，降低鋼鐵料消耗，保證經(jīng)濟(jì)爐齡，某煉鋼廠針對(duì)轉(zhuǎn)爐爐底供氣模式進(jìn)行了自主創(chuàng)新，本文通過研究底吹元件供氣原理、分析不同供氣元件優(yōu)缺點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算和不斷試驗(yàn)研究，開發(fā)了一種新型180 t 轉(zhuǎn)爐用的“中心管+環(huán)管”強(qiáng)底吹供氣工藝，并將該工藝應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，碳氧積水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

1 底吹供氣元件設(shè)計(jì)

1.1 底吹供氣元件的設(shè)計(jì)方案

為了提高轉(zhuǎn)爐的脫碳效率，均勻熔池內(nèi)液態(tài)金屬的溫度，增加[P]、[S]等有害元素的脫除速度，目前，大多數(shù)轉(zhuǎn)爐均采用了底吹氣體攪拌的形式。常見底吹供氣元件一般采用狹縫、彌散透氣磚、環(huán)縫、中心管的形式，采用中心管時(shí)一般使用中心管內(nèi)填耐火材料的形式，不具備中心管通氣能力[4-6]。為提高轉(zhuǎn)爐供氣強(qiáng)度，使用的“中心管+環(huán)管”底吹供氣元件，設(shè)計(jì)了五種不同尺寸參數(shù)的BOF 轉(zhuǎn)爐底吹“中心管+環(huán)管”供氣元件，如表1 所示。

表1 五種不同“中心管+環(huán)管”方案的尺寸參數(shù)表

根據(jù)出口速度相當(dāng)?shù)那闆r下，流量、壓力及截面積之間的關(guān)系：

式中：P為壓力，MPa；A為截面積，mm2；Q為流量，m3/min。

根據(jù)該公式可以計(jì)算得出不同內(nèi)徑、外徑下的環(huán)截面積、內(nèi)截面積和總面積。其中現(xiàn)有的彌散式透氣磚總面積為282.6 mm2。

1.2 180 t 轉(zhuǎn)爐底吹供氣元件的工業(yè)試驗(yàn)方案

從上述底吹氣體元件的設(shè)計(jì)方案中，確定了中心管、環(huán)管的尺寸和合理的底吹布置結(jié)構(gòu)后，對(duì)某鋼廠現(xiàn)有的兩座180 t 轉(zhuǎn)爐強(qiáng)底吹供氣元件進(jìn)行了兩種不同方案的工業(yè)試驗(yàn)，具體改造方案如表2 所示。

表2 兩種不同方案的工業(yè)試驗(yàn)表

2 結(jié)果與分析

2.1 中心管與環(huán)管尺寸參數(shù)的確定

下頁(yè)圖1 和圖2 分別表示不同中心管內(nèi)徑下中心管與環(huán)管中流量與壓力的關(guān)系，從圖中的計(jì)算和實(shí)際結(jié)果看，不同的條件下的差異較大。根據(jù)圖中流量與壓力關(guān)系，達(dá)到相同壓力內(nèi)徑7 mm 中心管所需流量最小，現(xiàn)實(shí)際用180 t 轉(zhuǎn)爐底吹總管最大流量30 m3/min，能夠滿足內(nèi)徑7 mm 中心管壓力要求，綜合考慮選取1#方案中心管內(nèi)徑7 mm 所需流量與現(xiàn)有管路壓力和流量匹配，底吹供氣強(qiáng)度可由0.03 m3/（min·t）提高至0.17 m3/（min·t）。

圖1 不同中心管內(nèi)徑下中心管流量與壓力關(guān)系

圖2 不同中心管內(nèi)徑下環(huán)管流量與壓力關(guān)系

對(duì)“中心管+環(huán)管”底吹供氣元件進(jìn)行測(cè)試，環(huán)管、中心管的流量與壓力均呈線性關(guān)系如圖3、圖4所示，環(huán)管流量壓力回歸方程式為y=1.067x+0.096 5；從中心管的壓力與總流量看，總流量最大為23m3/min，回歸方程式為：y=11.166x+1.345 3。根據(jù)測(cè)試結(jié)果和回歸方程式，環(huán)管及中心管的流量與壓力的最大值與最小值如表3 所示。

圖3 環(huán)管流量與壓力的關(guān)系

圖4 中心管流量與壓力的關(guān)系

表3 中心管、環(huán)管流量壓力值

復(fù)吹轉(zhuǎn)爐溶池混勻時(shí)間不僅與頂槍供氣強(qiáng)度、槍位以及底吹氣體供氣強(qiáng)度有關(guān)，更重要地是與底槍布置位置有關(guān)系。底槍在爐底的0.4D～0.6D圓周上以偏心布置或非對(duì)稱集中布置，有利于縮短溶池混勻時(shí)間。因此，選取爐底0.4D～0.6D范圍內(nèi)不同位置布置底吹元件。

2.2 工業(yè)試驗(yàn)強(qiáng)底吹供氣模式吹煉終點(diǎn)碳氧積比較

強(qiáng)底吹供氣模式下，采用轉(zhuǎn)爐前期脫磷技術(shù)后，對(duì)2 個(gè)180 t 轉(zhuǎn)爐爐座終點(diǎn)碳氧積進(jìn)行了比較。圖5和圖6 分別代表1#BOF 和2#BOF 轉(zhuǎn)爐工業(yè)試驗(yàn)后碳氧積情況。

圖5、圖6 中對(duì)比了1#轉(zhuǎn)爐每次冶煉碳鋼階段的碳氧積，碳氧積過程有所波動(dòng)，但整體控制水平比較好，1#BOF 轉(zhuǎn)爐爐齡3 500 次，使用透氣磚時(shí)，碳氧積平均為0.002 789，使用新型“中心管+環(huán)管”強(qiáng)底吹供氣模式后碳氧積平均為0.001 858，下降到原來的66.6%；2#BOF 轉(zhuǎn)爐爐齡1 000 次，原底吹使用透氣磚時(shí)碳氧積平均為0.002 437，底吹供氣模式采用中心管+環(huán)管方式后，平均碳氧積為0.001 772，下降到原來的72.7%，因此，工業(yè)試驗(yàn)的方案一要好于方案二。兩種方案中碳氧積均低于0.002 0，這與國(guó)內(nèi)其它鋼鐵企業(yè)相比，碳氧積標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，這說明該改造方案行之有效[7-8]。

圖5 1#BOF 改造前后碳氧積

圖6 2#BOF 改造后碳氧積

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目在2020 年2 月至9 月在煉鋼現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定應(yīng)用，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。2020 年終點(diǎn)氧降低后鋁耗下降，具體情況如下表4，其中鋁單價(jià)11 元/kg，脫氧鋁耗0.33 kg/（×10-6），爐產(chǎn)量190 t。

表4 鋁耗降低量對(duì)比表

1）鋁耗降低效益。產(chǎn)量/爐產(chǎn)量×終點(diǎn)氧降低量×鋁單價(jià)×脫氧鋁耗=（0.11×547493.2+0.33×889 57.4+0.28×114 504.5+0.27×874 82.3）×11 =211.84萬(wàn)元。

2）鋼鐵料消耗降低效益。鋼鐵料消耗降低值×產(chǎn)量×鋼水價(jià)格=（1068.2-106 6.58）kg/t×254.9 萬(wàn)t×2.3 元/kg=949.76 萬(wàn)元。

合計(jì)效益=211.84+949.76=1161.6 萬(wàn)元。

故本研究從2020 年2 月到9 月，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造的效益1161.6 萬(wàn)元。

3 結(jié)論

1）本文創(chuàng)新性的開發(fā)出具有單獨(dú)供氣的“中心管+環(huán)管”底吹供氣元件，通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定“中心管”內(nèi)徑7 mm，“環(huán)管”縫隙1 mm，確定了合理的底吹布置結(jié)構(gòu)。

2）通過試驗(yàn)研究確定180 t 轉(zhuǎn)爐合理的底吹元件為6 個(gè)，選取爐底0.4D～0.6D范圍內(nèi)不同位置布置，滿足了轉(zhuǎn)爐大流量底吹要求，底吹強(qiáng)度由0.03 m3/（min·t）提高到0.25 m3/（min·t）。

3）大幅提高熔池鋼水?dāng)嚢鑿?qiáng)度，有效地促進(jìn)煉鋼碳氧反應(yīng)的進(jìn)行，碳氧積明顯下降，均小于達(dá)到0.002 0，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，同時(shí)，減少輔料消耗，創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。