武钢三炼钢复吹与炉龄同步技术的研究与实践
赵元 刘路长 杨建钢
(武汉钢铁(集团)公司第三炼钢厂)
摘要：本文介绍了大型转炉复吹与炉龄同步技术在武钢第三炼钢厂的实践和应用。通过液位控制、少渣溅渣工艺等手段，结合激光测厚仪的使用控制炉底厚度，使炉龄达10000炉时吹炼终点碳氧积控制在0．0029，保证了良好的复吹效果。
关键词：复吹碳氧积渣层厚度液位少渣溅渣
1前言
武钢第三炼钢厂有三座250t转炉，随着产量不断增加的需求，要求其年产量大于750万吨。为了达到高产的目标，就要减少炉役检修次数，提高转炉作业率，因此将目标炉龄定为10000炉。而在炉役过程中，如何在保证良好的复吹、得到良好的冶金效果的同时兼顾炉况安全，是一个难题。为此我们采取了液位控制、少渣溅渣工艺、激光测厚等手段，使炉底溅渣层厚度得到有效控制，将碳氧积控制在0．0030以下，保证了良好的冶金效果。
2工艺和设备特点
2．1底吹的工艺特点
要保证良好的复吹，其实就是保证底吹系统的良好透气性，不因溅渣而被堵塞。在此先介绍我厂的底吹工艺特点。
三炼钢厂250T转炉底吹属于LBE型，设计最大流量可达0．12Nm3／t．min。炉底共16块透气砖，在炉底直径2426mm和直径2790mm上各均匀分布8块(如图一所示)，可进行N2-Ar切换。每块透气砖上有单独的供气支管，能独自调节流量。当底吹供气方式为串级方式时，炉底有一块或几块透气砖堵塞，剩下另几块透气砖流量自动增补，以保证不同吹炼阶段的底吹总流量稳定。
2．2溅渣系统工艺参数
三炼钢厂溅渣枪与吹氧枪完全一样，为周边五孔，喷射角16度。溅渣工作气体压力大于2．0MPa，出口压力1．0MPa。溅渣气体流量控制在800Nm3／min～900Nm3／min。
3 溅渣层的侵蚀机理的研究
对于采用溅渣护炉的转炉来说，溅渣层的厚度与复吹效果有最密切的关系，因此溅渣层的侵蚀机理是我们研究的前提。
炉渣在升温过程中，炉渣中的低熔点相先行熔化，并以一定速度与高熔点相分离、从未熔化的炉渣中流出，并使未熔化渣体积收缩、物相组成发生变化，而留下的高熔点相使炉渣的熔化温度升高，使之能维持到转炉冶炼的后期，这一现象就是炉渣的分熔现象。因此，溅渣护炉中对炉衬起到很好保护作用的是分熔以后的高熔点相。
研究表明，在一定的碱度条件下，渣中TFe会显著降低炉渣的初始分熔温度，对分熔后熔化温度影响则不大。但TFe含量会严重影响炉渣的黏度TFe含量高时，炉渣极稀，需要加大调料量和溅渣时间，而因溅上的炉渣富含FeO，在第二炉冶炼时会迅速熔化，给吹炼带来不利影响。因此，TFe含量应尽量控制在较低的范围内，三炼钢厂实践生产中，终渣Tfe控制在12％～16％时，溅渣效果最好。
图2是炉渣在MgO含量为12％、碱度为2．8条件下，初始和分后熔化温度随Tfe含量变化图：
对于一定的Tfe含量和碱度在3．0～3．8条件下，MgO含量的提高只会提高炉渣的初始分熔温度而对分后熔化温度影响不大，而当渣中MgO含量不超过12％时，初始分熔温度最高不会超过1600℃，因此一味强调增加渣中MgO含量是没有太大的意义的，反而会增加成本。三炼钢厂生产实践中，控制渣中MgO在8％～12％之间，就能得到较好的溅渣效果。
图3是当渣中Tfe含量在18％、碱度在2．8时条件下，初始和分后熔化温度随MgO含量变化图：
表l是我厂转炉终渣成分表：
4 溅渣层厚度与碳氧积的关系
为了减少炉底透气砖的侵蚀速度，必须要保证一定的溅渣层厚度，而溅渣层过厚又会导致复吹效果的降低。为得到最佳的溅渣层厚度，我们通过激光测厚，采集了大量的渣层厚度数据与碳氧积作对比，如图4所示。
从图中看出，当溅渣层控制在100mm时，碳氧积控制在0．0020左右，复吹效果很好，但此时炉底透气转侵蚀速度较快，炉况危险系数大。当溅渣层控制在150~250mm时，碳氧积在0．0026左右，复吹效果较好，同时炉况也有保证。因此将溅渣层厚度控制在150mm～250mm之间是我们的控制目标。
5 主要实践措施
在长寿炉龄的基础上保证全炉役良好复吹的关键就是控制好炉底透气砖本身的厚度和炉底溅渣层的厚度，这是因为只有保证透气砖厚度的前提条件下，才能将溅渣层控制在较簿的范围内，以保证良好的透气性，将碳氧积控制在最佳范围内。基于这一点，我们采取了以下措施。
5．1液位的控制
液位是指转炉实际熔池液面高度与原始设定高度的差值，三炼钢厂250t转炉开新炉的液位为25cm。通过一系列的论证和实践，我们订立了液位的控制目标，即转炉液位应控制在10cm～30cm之间，转炉液位在此范围内，操作平稳，复昀I隋况良好，碳氧积在0．0025左右波动，且炉况稳定安全。三炼钢液位的测量是通过吹炼终点副枪测温时自动得出，具有快速、及时、准确的特点，因此我们通过液位的变化来指导溅渣操作，针对不同的液位，采用不同的溅渣模式，使液位控制在l0cm～30cm的最佳范围内。
5．2采用少渣溅渣工艺
溅渣料加入量是由终渣氧化性、终点温度等因素来决定的，当溅渣料加入量过大时，需要延长溅渣时间使炉渣完全改性，而在生产中往往因为节奏和生产组织方面的原因，使溅渣时间不够，此时大量的生渣子堆积覆盖在炉底，造成透气堵塞，如果连续出现这种情况，还会造成炉底分层，在某一炉出现高温强氧化性时，可能出现炉底垮塌，造成严重的生产事故。因此，我们采用少渣溅渣技术，即通过降低终点温度和终渣Tfe含量、减少终渣量来控制溅渣料加入量，乃至不加溅渣料。
在实际生产中我们将终点温度控制在1660℃以下，终渣Tfe含量在12％～16％之间，对于温度高于1660℃或渣中Tfe≥18％的炉次采取到掉一部分渣的方法，溅渣料单耗控制在2．5Kg/t．s左右，炉衬挂渣效果良好，基本无炉底堆料现象。
图5是加入溅渣料量和渣层厚度的关系图，从图中我们可以看出随着溅渣料量的增加，渣层厚度在增加，当溅渣料超过3吨时，因这种情况下，一般终渣很稀，有一部分溅渣料不能被溅到炉壁上去，故渣层厚度增加的趋势不明显。
5．3操作模式的开发
针对不同的炉型和炉底厚度，我厂开发了不同的溅渣操作模式，以便动态控制炉底状况。
5．3．1涨炉底模式
通过测厚数据和液位相结合发现，当熔池液位在l0cm以下时，炉底平均厚度在500以下，此时复吹良好，碳氧积在0．0025以下，但溅渣层厚度在l00mm以下，透气砖侵蚀严重，此时采用涨炉底模式，采用先加入溅渣料再下枪，枪位控制在1．6m以上，流量从45000m3／h～48000m3／h逐渐增大，使炉渣能均匀覆盖炉底，溅渣层逐渐上涨到150mm。
5．3．2维持炉底模式
当液位在l0cm～30cm时，炉底厚度在600mm～700mm之间，溅渣层厚度在150mm左右，此时复吹良好，碳氧积在0．0028左右，透气砖侵蚀小，侵蚀速度一般小于0．05mm／炉，此时采用维护炉底模式，采用开启顶吹氮气时加入溅渣料，枪位控制在1．2m～1．6m，流量从48000m3／h～52000m3／h逐渐增大，将炉低渣子尽量溅到熔池和耳轴部位，以维持炉底状况，并保证溅渣层厚度在150mm左右。
5．3．3降炉底模式
当液位在30cm以上时，炉底厚度在800mm以上，渣层厚度一般超过200mm，此时底吹弱，有透气砖堵塞现象，碳氧积在0．0032以上，此时采用降炉底模式，采用先下枪开氮气空吹，以洗去一部分炉底溅渣层，渣稍干后，加入少量或不加溅渣料，枪位控制在1．2m以下，流量直接开启到52000m3／h以上，将溅渣料吹开，使之附着在炉膛而不是附着在炉底，以达到降炉底但不降熔池和耳轴的目的。
三种溅渣模式图如图6：
5．4计算机溅渣模型的开发
为了严格控制溅渣料加入量和溅渣操作的规范性，减少人为因素，我厂已开发了溅渣料加入的计算机模型。通过输入吹炼炉次石灰、轻烧、矿石加入量、副枪第一次测量时熔池温度和碳含量、终点温度和碳含量等数据，计算出当炉应加入的溅渣料量，该模型在实际生产中计算量的命中率达90％以上，为操作工加料提供了良好的依据。
6取得的效果
在生产中采取上述措施后，从炉龄、复吹效果以及各项技术经济指标都取得了良好的效果。
6．1近年来各炉役平均碳氧积变化如图7：
2号炉第6炉役与第8炉役碳氧积对比如图8：
6．2三炼钢2号炉第8炉役碳氧积变化如图9：
从图中可以看出在前3个月约2000炉期间，碳氧积在0．0025以下，然后随着炉龄的增加，碳氧积总体成上升趋势，图中碳氧积的上下波动，就是通过不同的溅渣模式动态调整炉底厚度，使碳氧积在动态的过程中受控，在炉役后期，碳氧积较高，尤其是到11000炉以后，因透气砖较薄，故将溅渣层控制在300以上，碳氧积高达0．0033；到在炉役的尾期，临拆炉前的半个月，为便于拆炉，将炉底溅渣层控制在较薄范围，故碳氧积有所降低。全炉役碳氧积平均值为0．002919。
7结语
(1)在三炼钢250t转炉的生产实践中，当炉龄达10000炉左右时，透气砖厚度一般在300mm～400mm之间，溅渣层厚度在300mm～400mm之间，此时碳氧积在0．0032左右。全炉役透气砖平均侵蚀速度为0．035mm／炉，当炉龄超过10000炉后，随着透气砖的进一步侵蚀以及透气砖本身强度的减弱，在实际生产中为了避免炉底漏钢的事故，会继续增加溅渣层厚度，如2号炉第8炉役在11000炉以后碳氧积达到0．0033，此时的冶金效果和钢材质量都会受到一定影响。因此，炉龄控制在10000炉时能在保证良好的冶金效果的同时最大限度地满足产量、效益的要求。
(2)要达到全炉役保持有良好的复吹的目的，前提条件是：
a．透气砖本身具有较高的耐侵蚀能力；
b．控制的关键是控制好炉底透气砖本身的厚度和炉底溅渣层的厚度。
参考文献：
【l】余志祥刘万善．250吨转炉计算机控制炼钢，2000年
【2】戴云阁主编．现代转炉炼钢．东北大学出版社，1999年
【3】朱英雄．转炉溅渣护炉技术．炼钢，2003年
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