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转炉复合吹炼(LD—CB)技术分析

王喆，罗雍康，周耀宗

(上海宝山钢铁(集团)公司设计院)

内 容 摘 要：本文介绍了宝钢转炉采用LD—CB复吹技术的工艺特点、冶金效果，尤为详细地阐述了该底吹装置各部件的特点和功能，N2、Ar和(N2+O2)各种气体的选用工艺，以及保护风口和炉底寿命的设计和操作关键。

1 前言

1990年6月12日宝钢炼钢厂3号转炉复合吹炼正式投入运行，至今已达5年，冶炼正常、冶金效果明显、设备运行良好，最高转炉炉龄已达3264炉，且已明显地显示了复合吹炼的优越性。本文就有关技术内容作一简介。

2 LD—CB法复吹工艺

2．1 工艺特点

LD—CB复吹工艺有以下特点：

(1)底吹气体流量可调范围大，因而能适合冶炼从0．02%～0．80%含C量的各种钢种。

(2)吹气元件较其他复吹方式少，宝钢300t转炉只在火点区内设置2个透气元件。所以设备紧凑、投资少，操作也简单。

(3)可采用CO2作为底吹气体。由于有CO2+C=2CO的反应，因而在同样吹气量下搅拌力大，且CO2较Ar便宜得多。

2．2 LD—CB复吹工艺冶金效果

由于LD—CB法复吹工艺促进了渣钢反应和钢液搅拌，取得了如下冶金效果：

(1)停吹时钢水氧含量[O]降低值≥0．02%；

(2)渣中(T·Fe)含量降低值约为5%～6%；

(3)石灰单耗节约≥10%；

(4)轻烧白云石单耗节约≥10%；

(5)停吹时钢中[Mn]提高≥20%；

(6)钢水收得率约增加0．5%。此外，炉底寿命可达1500炉以上。

LD—CB复吹与LD顶吹冶炼的初步比较示于图1～图3。

2．3 LD—CB法不采用后搅拌(rinsing)工艺

在复合吹炼工艺中，许多国家冶炼终点时采用继续底吹后搅拌工艺以提高脱磷效率。LD—CB法复吹转炉也曾做过后搅拌试验，试验平均数据为：

冶炼终点时钢水温度1670℃，[P]0．02%；后搅拌后钢水温度1650℃，[P]0．018%。

如温度为1670℃[P]=0．02%，则在1650℃时，计算得[P]为0．017%。可以推论，后搅拌降[P]，主要是由于后搅拌产生温降所致，而不是增大反应界面的结果。

另外，由于后搅拌降温废钢比降低约1%，铁矿石单耗下降，即钢水收得率下降，转炉寿命缩短约300炉。

LD—CB法已可获得较高的脱磷效果，故不采用后搅拌工艺。

2．4 LD—CB法复合吹炼控制系统

宝钢LD—CB法复合吹炼控制用仪表集散系统与LD顶吹控制用计算机联成一个整体。利用计算机实现LD—CB法复合吹炼的动态控制，在功能上具有CPU、自动、手动三种操作方式。

2．5 LD—CB法复吹工艺参数

(1)底吹气体为N2、Ar或CO2、N2+O2(O2≤30%)。

(2)底吹气体流量(搅拌时)：常规吹炼最大0．09Nm3／t·min，特殊模式吹炼最大0．11Nm3／t·min。

(3)底吹风口数：2个上小下大的细径集管式透气塞，布置在火点区内。

(4)底吹气体模式(见表1)；前期吹N2，吹炼终点前一定时刻切换成Ar气进行搅拌，出完钢至排渣开始又切换成N2气。

(5)每个风口的气体流量可单独进行调节。

3 LD—CB法主要设备和功能特点

3．1 底吹透气元件和功能控制

3．1．1 透气元件

宝钢300t转炉LD—CB法复合吹炼采用2个细径集管式透气塞，具有风口少的特点。

每套透气元件由风口透气塞、座砖、套砖，内外底砖等组成，材质为镁碳砖。透气塞上小下大，内有39根φ4mm的不锈钢细管，纵向设有多点测温，以连续指示透气塞的残余厚度。

3．1．2 风口透气塞特性和底吹控制

风口透气塞要求底吹气体能在大的流量范围内稳定吹入，搅拌效果可得到控制。

风口透气塞设计是复合吹炼技术中最关键的技术之一。早期通常倾向于增多管数缩小管径，以保证在低压状态下底吹气体不堵塞或不产生漏钢事故，一般管径为0．1～3．0mm，管数10～150根。毛细管根数的增多使透气塞制作带来一定困难。而小的管径，使气体压损大大增加，造成风口前压力下降，气体温度上升，不易在风口端部形成蘑菇状(Mnshroom)保护层，导致风口性能变差，风口侵蚀速度在0．8mm／炉以上。对宝钢的LD—CB，宝钢设计院与新日铁在合作设计中进行了详细的理论计算，将管径加大至4mm，减少细管根数，强化风口前的冷却作用，以形成带有0．1～0．3mm微孔的蘑菇状保护层，使底吹气体通过它而形成弥散形气泡，大大加强了均匀搅拌能力。更重要的是蘑菇状保护层避免了钢液对风口的直接侵蚀，使风口寿命大幅度提高。

LD—CB法采用的底吹气体为Ar或CO2，由于气体的冷却效果，在底吹过程中，通过控制气体的流量、压力来调节风口端部的热平衡，使端面有粘结物形成，经反复生长熔损，逐步在风口表面形成蘑菇状保护层。蘑菇状保护层断面X射线照片见图4。

为提高炉龄，在实际生产中采用涂渣工艺。当底吹风口被淹埋堵塞时，可采用(N2+O2)底吹气体来调整风口端部的开孔状态，即可恢复到最大流量状态，因此，采用(N2+O2)防堵开孔，操作简便，且气体流量恢复迅速。

LD—CB复吹法中形成蘑菇保护层操作是关键技术，由此才能实现大幅度流量调节，保证安全运行，延长风口寿命。

3．2 多通道气水旋转密封接头

在不影响原顶吹用气水通路旋转密封的基础上，增加底吹所需的二路气体通路。原气水通路与新增底吹气体所用的供气通路，相互独立，互不干扰。旋转密封接头安装在转炉非驱动侧。

其结构为多重管结构，内侧通路为炉体空冷用气体通路，中间通路为炉体冷却水的排水通路和给水通路，外侧通路为底吹气体用通路，以O型胶圈作旋转密封垫圈。

3．3 阀门站

复吹转炉每炉座各设一个控制底吹气体的阀门站。阀门站引出二根DN50管道接至旋转密封接头附近，用金属软管与旋转密封接头连结。

3．3．1 常态吹炼N2、Ar控制系统

正常状态吹炼，前期吹N2，后期吹Ar。控制功能：(1)N2↔Ar自动切换；(2)分两路独立流量调节。

3．3．2 非常事故吹Ar控制系统

在复合吹炼供气出现非常事故时，自动切换到非常用Ar状态(使用钢厂原有Ar气)。

3．3．3 吹(N2+O2)控制系统

设置吹(N2+O2)控制系统，其目的在于防止风口堵塞和调整蘑菇形状，以满足底吹工艺的要求。

3．4 风口更换装置

由于炼钢工艺和耐火材料的改进，转炉寿命越来越长。目前，复吹透气塞尚无法与炉龄同步。为确保转炉炉龄指标，要求在转炉使用过程中拆换透气塞。

风口更换设备有风口穿孔机和风口插入机。风口更换方式为：穿孔捣碎旧透气塞→孔形修正→插入新透气塞→炉底喷补。穿孔捣碎旧透气塞和孔形修正由风口穿孔机完成，插入新透气塞由风口插入机完成，炉底喷补由喷补机完成。

3．5 炉底配管和风口保护罩

为了减少来自渣罐、钢包及上部烟罩的热辐射影响，防止转炉出钢、倒渣时，烟罩里掉下来的渣块砸坏透气塞，对风口及炉底配管设置保护装置，见图5。

3．6 N2升压装置

3．6．1 N2升压机

根据底吹供气模式，在三吹二时，平均小时N2用量为380～700m3，选用单机容量720m3／h的氮气压缩机2台，其中1台备用。L型活塞式压缩机为二级压缩，水冷，进口压力0．4～0．7MPa，出口压力1．8MPa。

3．6．2 N2贮罐

容积为28m3N2贮罐1个，工作压力为1．6～1．8MPa。

3．7 Ar升装置

3．7．1 Ar升压机

根据底吹供气模式，在三吹二时，平均小时Ar用量为620m3，选用单机容量为830m3／h压缩机3台，其中1台备用。也是L型活塞式压缩机，进口压力为1．2MPa，出口压力2．8MPa。

3．7．2 Ar贮罐

容积28m3Ar贮罐2个，工作压力2．6～2．8MPa，以保证当气源出现故障时，在三吹二情况下，两炉钢仍能正常吹炼完毕。

4 结束语

如前所述，LD—CB复吹工艺采用了以下新技术：

(1)LD—CB法能实现大范围的底吹气体流量调节，且采用稳压供气，各系统分别调节，可以根据风口的不同状况进行最佳调节，从而取得最佳的冶金效果。

(2)LD—CB采用高压底吹气体，实践证明具有风口不易堵的优点，且采用N2中加O2方法，来调整风口蘑菇形状和吹堵。

(3)风口数量少，且布置在火点区内，炉内钢液流动状态好。

(4)风口采用外装式，炉役中期可更换。

(5)风口带有多点测温残厚预报装置来反映风口的实际残厚，直观简易。

(6)与顶吹控制系统联成一个整体，利用计算机实现转炉复合吹炼动态控制。

LD—CB工艺的采用，使钢中[O]大幅度下降，(T·Fe)明显降低，不仅使钢铁收得率提高，而且节约铝、铁合金及石灰等副原料，出钢口、炉口水箱、转炉的寿命也都有不同程度的改善，估计可节约成本2．5元／t以上。