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        高溫氧氣轉電爐煉鋼技術的進展
        作者:天津亞太恒通鋼鐵    來源:www.spangenberggroup.com    點擊數:   更新時間:2014年09月12 【字體: 】 

         高溫氧氣轉電爐煉鋼技術的進展,近10年,中國鋼鐵工業迅速發展,采用電阻爐等轉爐長壽復吹工藝,碳氧積波動在0.0023~0.0030,渣中TFe降低4%~6%,鋼中氧降低(100~250)×10-6。 

          1前言 

          近幾年,中國高溫轉爐鋼廠圍繞著“節能、降耗、提高生產效率、提高產品質量”的中心目標,推廣采用各種先進技術。在轉爐濺渣護爐、長壽復吹工藝、高效冶煉技術和純凈鋼生產等領域,取得顯著成績。

          2中國高溫氧氣轉爐煉鋼技術的進步 

          2.1長壽轉爐技術

          2.1.1濺渣工藝優化與完善

          1991年,美國LTV鋼公司首次實施濺渣護爐,至1995年創造了轉爐爐齡15658爐的世界爐齡紀錄。濺渣護爐技術介紹到中國,首先遇到的問題是如何適應中國的特點,全面推廣采用該項技術。和美國不同,中國轉爐呈多元化。全面推廣濺渣護爐技術,必須適應以下3種工況:

          (1)以生產板材為主的大型轉爐,其工藝特點是:終點鋼水碳含量低,終渣Fe0高;

          (2)以生產型材為主的中、小型轉爐,多采用高拉碳工藝,終點碳含量偏高,終渣Fe0含量低;

          (3)以含V、Ti鐵水生產的轉爐,采用提釩半鋼冶煉,終渣堿度高,Fe0含量更高。

          第一種工況與美國轉爐廠類似,可以借鑒國外經驗。而第二、三種工況,則須依靠國內自主開發相適應的濺渣護爐工藝。大量的研究證明,高Fe0爐渣與低Fe0爐渣的濺渣工藝不同,濺渣層與爐襯磚的結合機理不同,但都能達到保護爐襯、延長爐體壽命的功效。不同的鋼廠因生產不同的品種和采用不同的煉鋼工藝,故可分別采用不同的濺渣工藝。

          采用濺渣護爐工藝中保證爐膛不變形是一重大難題。研究發現,在濺渣過程中爐渣出現分熔現象,即高熔點爐渣凝固在爐壁上,而低熔點爐渣淌流回渣池。因此,嚴格控制終渣過熱度(約100~150℃),保證爐渣具有良好的流動性,是控制濺渣后轉爐爐型的重要方法。

          采用以下措施可保證良好的濺渣效果:

          (1)根據冶煉鋼種和吹煉工藝,正確選擇濺渣工藝:對于低TFe渣,一般控制渣中w(Mg0)在8%~11%;對于高TFe渣,控制渣中w(Mg0)在12%~14%。對于半鋼冶煉工藝,采用含碳Mg0球爐后調渣,控制渣中w(Mg0)≥14%;

          (2)爐渣過熱度嚴格控制在100~150℃,保證爐渣具有良好的流動性;

          (3)盡可能采用高氮氣壓進行濺渣,濺渣過程中采用恒流量變槍位操作;

          (4)保證濺渣時間在2~3min內;

          (5)經常觀察爐況,及時調整開始濺渣的時機和濺渣頻率(一爐一濺或多爐一濺);

          (6)及時檢測爐底高度,避免爐底上漲。

          2.1.2長壽轉爐工藝

          采用濺渣護爐工藝后發現:當爐襯殘磚厚度侵蝕到500mm左右時,爐壁的冷卻與爐內鋼渣對爐襯的導熱,基本達到動態平衡。此時,爐襯與濺渣層的結合層不易被進一步熔損。在濺渣條件下,爐襯基本為“零侵蝕”,即隨著爐齡的延長,爐襯厚度基本保持不變。根據這一現象,國內不少鋼廠研究開發了長壽轉爐工藝,進而使轉爐爐齡達到30000爐以上。

          長壽轉爐工藝的基本技術包括:

          (1)正確選擇開始濺渣的時機,完善濺渣工藝,實現爐襯“零侵蝕”;

          (2)轉爐前后大面在兌鐵與出鋼過程中受鋼水劇烈沖刷而侵蝕嚴重,故可采用“自流砂”進行“干補”;

          (3)局部侵蝕嚴重的地方,可采用“半濕法”噴補,及時維護,并注意避免爐底“上漲”;

          (4)加強煙罩、水冷爐口的維護,延長其壽命;

          (5)解決好檢修時轉爐熱停工、冷態維護與重新開爐的工藝技術。

          武鋼第二煉鋼廠1號轉爐(80t)電阻爐,爐齡達到30368爐,采用濺渣工藝后,當爐齡達到30000爐以上的高爐齡時,整個爐膛爐型保持完好,爐襯厚度基本均勻:爐底厚約400mm,前后大面及耳軸兩側厚度約為150~250mm,爐口錐帽部分厚100~150mm;只有轉爐直筒段與爐底接縫處局部侵蝕較嚴重,達到50mm。這也說明,對高爐齡的轉爐應盡可能地避免爐體耐火材料存在正體接縫。

          隨著濺渣護爐技術的日益完善,轉爐爐齡不斷提高,而第一次濺渣、補大面和噴補的爐齡延長,耐火材料的成本逐步降低,噸鋼效益不斷增加。目前中國己有3個轉爐廠,爐齡超過30000爐。隨著爐齡的提高,爐役期內耐火材料的消耗量降低,生產成本或直接經濟效益提高;而爐役期間鋼產量大幅度增加。但爐齡提高的比例與產量增加的比例之比,3個廠平均為0.9992,說明爐齡大幅度提高后,鋼產量沒有降低。

          近10年,中國鋼鐵工業迅速發展,采用轉爐長壽復吹工藝,碳氧積波動在0.0023~0.0030,渣中TFe降低4%~6%,鋼中氧降低(100~250)×10-6。

          2.2長壽復吹轉爐冶煉工藝

          采用長壽轉爐煉鋼工藝后,轉爐爐齡普遍提高到10000爐,最高爐齡達到30000爐。如何進一步延長爐底噴嘴壽命,在高爐齡條件下實現100%復吹,是全世界鋼鐵廠亟待解決的重大技術難題。美國發明了濺渣護爐技術,但沒有解決延長爐底噴嘴壽命的技術難題。爐齡大幅度提高后,復吹比顯著降低,最終導致放棄復合吹煉工藝。日本和西歐各國為了保證復吹工藝效果,至今尚未采用濺渣護爐技術。

          爐底噴嘴長壽命的技術難題,使底吹噴槍的壽命與轉爐爐齡同步,復吹比達到100%。這是對國際鋼鐵生產技術發展的重大貢獻。

          2.2.1爐渣“蘑菇頭”保護底吹噴嘴

          采用“蘑菇頭”保護爐底噴嘴的思想最早由歐洲人提出,德國發明的KMS和K20BM工藝,用天然氣進行冷卻,在吹煉初期可在噴口端部生成“蘑菇頭”。這種“蘑菇頭”的主要成分為金屬鐵,碳的質量分數在110%~213%之間波動。由于金屬“蘑菇頭”熔點低、體積小、抗氧化能力弱,在吹煉后期往往被熔化,達不到保護底吹噴嘴的良好效果。受濺渣工藝的啟發,采用冶煉和濺渣過程中生成爐渣蘑菇頭代替金屬蘑菇頭保護底吹噴嘴,獲得良好的冶金效果。爐渣和金屬蘑菇頭對熔池攪拌效果的比較。爐渣蘑菇頭的巖相分析,證明了爐渣蘑菇頭具有良好的透氣性,其結構為:(1)金屬一氣囊帶:位于爐襯磚與蘑菇頭的交界面,說明在蘑菇頭的生成初期,由于氣流的冷卻而生成少量金屬蘑菇頭;在隨后的濺渣過程中,氣體迅速冷凝爐渣。因氣體具有可壓縮性,故破壞了氣流的連續而形成氣囊;

          (2)放射性氣泡帶:氣囊中氣體壓力升高,使氣體以微細射流的形式沖破熔融渣層,并進一步冷凝熔渣,形成放射性氣泡帶;

          (3)迷宮式彌散氣泡帶:氣流經放射性氣泡帶,動能消耗殆盡。氣體只能以微小氣泡的方式從熔渣中逸出,爐渣冷凝后生成迷宮式彌散氣泡帶。其特點是:氣孔不連通,隨機形成,但有較好的透氣性;

          (4)爐渣蘑菇頭并非一次形成。新生成的蘑菇頭完全覆蓋了原有的蘑菇頭,但其結構基本相似。透氣良好的蘑菇頭應具有發達的放射性氣泡帶和一定厚度的迷宮式彌散氣泡帶。如果迷宮式氣泡帶過于發達,就有可能會造成噴嘴堵塞。結構良好的蘑菇頭,生產中可根據工藝要求.通過調整供氣壓力,靈活調整底部供氣強度。

          武鋼第二煉鋼廠2004年3月7日爐齡達到30368爐(最后一爐)時,爐厚度約400mm,4只底吹噴嘴清晰可見,完好無缺。說明爐渣蘑菇頭對底吹噴嘴的保護效果極佳。

          2.2.2底吹噴嘴的維護

          長壽復吹轉爐底部噴嘴的維護,主要是控制爐渣蘑菇頭頂部迷宮式彌散氣泡帶的厚度,避免噴嘴堵塞。方法主要是嚴格控制蘑菇頭的高度,具體措施為:

          (1)經常觀測爐底高度,防止爐底上漲;

          (2)爐底嚴重上漲時,應用氧氣及時處理;

          (3)采用低槍位濺渣,可抑制蘑菇頭生長;

          (4)提高吹煉后期底部供氣強度可抑制蘑菇頭生長;

          (5)一旦發生噴嘴堵塞,可采用“復通”技術,即噴吹氧化性氣體,及時疏通噴嘴。

          采用上述底吹噴嘴的維護技術,可保證全爐役期內底吹噴嘴正常工作,獲得良好的冶金效果。通常,采用測定吹煉終點時碳氧濃度積,衡量底吹噴嘴的工作狀態。武鋼第二煉鋼廠1號轉爐(爐齡30368爐)整個爐役期內熔池碳氧積的測定結果。整個爐役期內,熔池碳氧積基本保持在010028以下,說明底吹噴嘴始終工作正常。

          2.3長壽復吹轉爐的冶金效果

          目前,中國己有近30座大中型轉爐采用長壽復吹轉爐冶煉工藝,獲得良好的冶金效果,采用長壽復吹工藝后,各轉爐平均爐齡達到9929爐,復吹比100%。平均出鋼w(C)為0.061%,平均碳氧積為0.00266,平均終點w(P)=0.0135%,w(N)=0.0021%,終渣w(TFe)平均為12.5%,鋼水質量明顯改善。采用長壽復吹工藝,可以得到以下經濟效益:

          (1)降低終點鋼水氧的質量分數(100~250)×10-6

          (2)降低終渣TFe的質量分數4%~6%;

          (3)噸鋼可降低生產成本3.5~15元。

          3結論 

          (1)市場需求是中國鋼鐵工業迅速發展的推動力,中國鋼產量迅速增加,始終不能完全滿足國內的需求。

          (2)技術進步是中國鋼鐵工業飛速發展的保障。通過技術進步,中國鋼鐵廠的各項技術經濟指標己經達到國際先進水平。

          (3)中國轉爐鋼廠進一步發展和完善了濺渣護爐工藝技術。國內95%以上的轉爐鋼廠采用濺渣護爐工藝,最高爐齡超過30000爐。隨著爐齡的提高,生產成本進一步降低。

          (4)中國轉爐鋼廠發明的長壽復吹轉爐冶煉工藝,利用爐渣蘑菇頭保護爐底噴嘴。爐齡達到30368爐時,底吹噴嘴完好,仍能保證復吹的冶金效果。

          (5)目前,中國己有10家鋼廠30余座轉爐采用了長壽復吹工藝,平均爐齡達到9929爐。在平均終點w(c)=0.1061%時,鋼中碳氧積平均為0.00266,終渣w(TFe)平均為12.15%,經濟效益明顯。


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