強底吹供氣模式下轉爐爐底和爐型維護技術

魏 哲

(山西工程職業(yè)學院,山西 太原 030009)

國內(nèi)頂?shù)讖痛缔D爐多使用透氣磚式底吹供氣元件[1]，底吹供氣強度較小，不易形成底吹蘑菇頭保護底槍，且爐底容易上漲造成底槍堵塞或爐底躥氣侵蝕爐襯，造成爐襯侵蝕不均衡，轉爐爐型變差，攪拌不均勻。本文采用“中心管+環(huán)管”強底吹供氣模式，研究轉爐爐底和爐型的維護技術，實現(xiàn)了轉爐爐型的穩(wěn)定控制。

1 底吹供氣元件的布置

某鋼廠擁有2座180 t轉爐，曾使用彌散型透氣磚底吹供氣裝置，供氣強度小，易因爐底串氣造成耳軸等部位爐襯侵蝕嚴重，爐齡縮短。為延長爐底底吹壽命，提高供氣強度，維護好爐型，保證經(jīng)濟爐齡，采用“中心管+環(huán)管”強底吹供氣模式，其中“中心管”內(nèi)徑7 mm，“環(huán)縫”寬度1 mm，6個底吹元件在距離爐底中心0.4D范圍內(nèi)不同位置布置，底吹強度由0.03 Nm3/(min·t)提高到0.17 Nm3/(min·t)，滿足了轉爐大流量底吹要求，大幅提高熔池鋼水攪拌強度，有效促進了煉鋼碳氧反應的進行[2]。

圖1 底吹元件布置示意圖

2 爐襯侵蝕和維護機理分析

2.1 使用透氣磚供氣元件時爐襯侵蝕機理

當使用透氣磚供氣元件時，由于供氣壓力小，氣流以氣泡的形式進入熔池，底吹部位產(chǎn)生“氣錘效應”，氣泡脫離透氣磚端部的瞬間對其周圍的耐火材料產(chǎn)生沖擊，同時引起局部的鋼水劇烈攪動，由于氣體與鋼水的共同沖刷，在透氣磚周圍形成凹坑，凹坑越深對流傳熱越差，越加劇透氣磚的蝕損[3-4]。因上述原因，透氣磚壽命縮短，再加上底吹供氣強度小容易被渣層覆蓋造成底吹堵塞，導致爐役中后期爐底實際沒有底吹效果，并且爐底增高后，整個爐型結構變差，流場紊亂，爐襯整體侵蝕加快。

2.2 “中心管+環(huán)管”底吹供氣模式爐襯維護機理

(1)快速成渣

使用“中心管+環(huán)管”底吹供氣元件后，底吹強度大大增加，消除了底吹堵塞影響，同時使吹煉結束保持較大留渣量可行，使下爐轉爐后快速成渣，并且前期渣具有一定堿度及MgO含量，避免了前期酸性渣對爐襯的侵蝕。

(2)爐底流動改善

使用透氣磚時，熔池攪拌主要依靠頂槍氧氣攪動，氧槍射流沖擊液面形成凹坑，重力作用下凹坑邊部鋼液向下運動，周圍鋼水填補這部分鋼水位置帶動鋼水運動。這種情況下熔池表面攪拌較好，但是熔池內(nèi)部攪拌較差，透氣磚供氣強度小，爐底鋼水流動較弱，容易形成積渣造成爐底上漲[3]-[4]。使用“中心管+環(huán)管”底吹供氣元件后，底吹強度大大增加，底吹氣體帶動鋼水向上的動能增強，在爐壁與底吹元件間形成較強的底部環(huán)流，能夠避免渣子粘附，保持爐底高度。

(3)冷卻效果加強

“中心管+環(huán)管”供氣保證底吹元件有良好的冷卻性能，實際使用中在底吹元件上面不會形成蘑菇頭，但是以底吹眼為中心會形成直徑接近20 cm的暗圈，表明這一區(qū)域溫度較低，減少了耐火材料的侵蝕，“中心管+環(huán)管”底吹元件吹煉過程中溫度變化范圍要比使用透氣磚時小。

(4)隆起保護

底吹供氣強度提高后，爐壁與底吹元件間形成的底部環(huán)流變強，鋼水沿爐壁向下運動沖擊爐底部位移動，由透氣磚供氣時接近透氣磚向爐壁方向移動，距離底吹元件有一定距離，使鋼流在底吹元件之前上揚，非但不會形成凹坑，反而會在底吹元件周圍形成一定高度的隆起，對底吹元件形成保護。

3 轉爐強底吹供氣制度

隨著轉爐底吹供氣強度增加，熔池攪拌效果明顯改善，由于轉爐采用濺渣護爐技術，濺渣結束后爐底有一定渣層，這對有效底吹強度有一定的抵消作用[5]，在保證底吹壽命的前提下，要提高轉爐熔池的動力學效果，選擇將底吹供氣強度提高到0.25 Nm3/(min·t)，提高供氣強度是保證良好底吹效果的關鍵因素。

為此開展試驗研究，確定冶煉過程各階段轉爐底吹供氣強度如表1所示:

表1 180t轉爐底吹元件改造后冶煉各階段供氣制度表

底吹供氣強度提高后，可有效增強底吹攪拌效果，促進脫磷脫碳反應進行，加快熔池脫碳速度，降低鋼液中溶解氧含量。采用新型供氣元件后，優(yōu)化調(diào)整了轉爐底吹供氣強度。對比180 t轉爐工藝優(yōu)化前后轉爐冶煉過程中底吹供氣強度曲線如圖2所示。

圖2 180 t轉爐工藝優(yōu)化后底吹供氣強度

轉爐底吹供氣系統(tǒng)改造后，改變了原底部供氣不足的狀況，提高了熔池攪拌能力，增加了渣鋼反應界面，促使碳-氧反應均衡進行，吹煉更加平穩(wěn)，脫碳速度加快，供氧時間縮短。同時使熔池內(nèi)鋼水成分和溫度分布更加均勻，有利于準確控制出鋼溫度和鋼水成分，提高鋼水質量[6]。

4 轉爐爐底和爐型維護

4.1 爐底厚度穩(wěn)定控制

180 t轉爐的爐底厚度為1 250 mm，冶煉過程定期采用測厚儀對轉爐爐型進行測定，依據(jù)測量數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)護。采用新型底吹供氣元件和高強度供氣制度后，針對新爐役初期，試驗確定新砌爐底以侵蝕250 mm為宜，原因是底槍耐火磚侵蝕250 mm時，上面覆蓋100～200 mm的渣層加以保護，正好與爐底厚度相仿，既能保證供氣元件的透氣效果，又能保證穩(wěn)定的爐容比，便于爐型穩(wěn)定控制。

通過不斷試驗實踐，確定爐底維護控制要點為：

(1)通過測量爐底，將爐底變化幅度控制在100～200 mm以內(nèi)；當爐底過薄，侵蝕厚度≥300 mm，應采取延長濺渣時間、加大濺渣頻率、粘渣掛渣等方法，促使爐底生長。

(2)根據(jù)底吹供氣元件的壓力-流量關系、爐底測量結果，若發(fā)現(xiàn)爐底上漲較高，采取如下措施:

①濺渣護爐采用“兩低、一高、一短”的方法，即“兩低”指濺渣槍位低，渣中(MgO)要低(8 %～10 %)?！耙桓摺敝笧R渣N2壓力要高。“一短”指濺渣時間要短，基本上≤3.5 min。

②采用提高底吹氣量的方法，增加復吹效果。

③采用出鋼后不調(diào)渣工藝，直接進行濺渣操作。

(3)轉爐冶煉各階段底吹供氣流量根據(jù)爐役不同階段進行調(diào)整，以保持底氣暢通為目標，同時對爐底濺渣層的厚度做出規(guī)定，爐役前期100 mm左右，爐役中期150～200 mm，爐役后期200～250 mm。

4.2 爐型的維護與穩(wěn)定控制

針對大流量轉爐底吹供氣工藝，進行了轉爐爐型的維護技術研究，實現(xiàn)了轉爐爐型的穩(wěn)定控制。主要技術措施如下：

(1)采用“中心管+環(huán)管”底吹供氣模式后，研究計算了底吹氣體不同的壓力、流量時，中心管氣體沖入鋼液受熱膨脹的高度，確定底吹供氣強度≥0.10 Nm3/(min·t)，底吹氣體形成的鋼水流動不會對爐底耐火材料造成侵蝕形成凹坑。

轉爐底吹供氣元件實現(xiàn)單獨供氣模式后，轉爐各支管底吹供氣流量根據(jù)不同吹煉階段、侵蝕情況動態(tài)調(diào)整，保持底氣暢通和爐底侵蝕均勻，避免了躥氣造成局部攪拌過大對耳軸爐襯等部位的侵蝕。

(2)轉爐底吹供氣強度增加后，消除了底吹元件的堵塞，轉爐濺渣后保持較大的留渣量，提高了下一爐轉爐前期成渣速度，避免了前期酸性渣對爐襯的侵蝕；

(3)在穩(wěn)定控制爐底厚度的同時，優(yōu)化了轉爐濺渣工藝，底吹氣體冷卻后的爐渣粘附力強，爐襯厚度控制穩(wěn)定。轉爐濺渣工藝參數(shù)見表2。

表2 轉爐大流量底吹供氣下濺渣工藝制度

(4)優(yōu)化轉爐裝料前鋪底石灰加入量及加入工藝。石灰、輕燒白云石等輔料加入量增大，石灰加入后搖爐使石灰鋪到加廢鋼沖擊區(qū)，減少廢鋼對爐襯的沖擊，規(guī)定廢鋼加入后再加鐵水操作，使鐵水沖擊到廢鋼上，避免鐵水流對爐襯侵蝕，保證轉爐爐型不變。

4.3 爐底爐型維護效果分析

采取爐底爐型維護技術后，分析對比1#BOF本爐役和2#爐上爐役(全部使用透氣磚)爐襯侵蝕情況，具體分析如下表所示：

表3 爐襯侵蝕情況比較

通過上表數(shù)據(jù)對比可知，1#轉爐的爐襯侵蝕(冶煉脫硅爐襯侵蝕厚度除外)明顯低于2#轉爐，說明目前1#轉爐使用的底吹供氣模式(中心管+環(huán)管)爐襯的侵蝕速度最慢，在耳軸部位體現(xiàn)的更為突出，這與1#轉爐底吹一直裸露有一定關系。

圖3 1#BOF本爐役爐況

圖4 2#BOF上爐役爐況

通過對比上圖可知:1#轉爐爐底維護的比較好，基本沒有出現(xiàn)爐底大的起伏，僅在冶煉完脫硅后特意將爐底維護起來；2#轉爐使用透氣磚時爐底維護的非常不好，長時間處于高爐底情況。上述情況間接表明了1#轉爐底吹供氣模式，即“中心管+環(huán)管”的底吹效果是最佳的。

圖5為180 t轉爐爐齡2 600次時使用不同底吹供氣元件爐型比較，可以看出使用透氣磚時爐型較差，爐底高低不平，造成耳軸部位侵蝕大；轉爐使用“中心管+環(huán)管”時，爐底高度均勻，整體爐型良好，爐襯侵蝕很小。

(a)使用“透氣磚”時爐型 (b)使用“中心管+環(huán)管”時爐型圖5 180 t轉爐使用不同底吹供氣元件時爐型比較

5 結論

通過分析使用透氣磚時爐襯侵蝕，探索了“中心管+環(huán)管”底吹供氣模式爐襯維護機理，開發(fā)了轉爐強底吹供氣制度，實施單獨供氣模式，設置冶煉各階段供氣強度，并根據(jù)爐役不同階段進行調(diào)整；在穩(wěn)定控制爐底厚度的同時，采取優(yōu)化轉爐濺渣工藝、濺渣后保持較大的留渣量、裝料前調(diào)整鋪底石灰加入量及加入工藝等措施，實現(xiàn)了爐底和爐型的穩(wěn)定控制。

在強底吹供氣模式下，濺渣護爐效果好，爐襯侵蝕小，解決了轉爐底吹元件供氣量小不易形成蘑菇頭、爐底上漲堵槍或躥氣侵蝕爐襯、

底吹元件不能單獨供氣、某一底吹管堵不能及時復通，造成偏流攪拌不均勻等問題。當前轉爐各部位爐襯侵蝕速度在0.5 mm/爐以下，整體爐型維護較好。此外，轉爐底吹壽命得到了較大提升，達到了保持底吹效果與爐底侵蝕間的平衡，實現(xiàn)了底吹與爐齡同步的目標。