近10年,中国钢铁工业迅速发展,采用转炉长寿复吹工艺,碳氧积波动在0.0023～0.0030,渣中TFe降低4%～6%,钢中氧降低(100～250)×10-6。
1前言
近几年,中国转炉钢厂围绕着“节能、降耗、提高生产效率、提高产品质量”的中心目标,推广采用各种先进技术。在转炉溅渣护炉、长寿复吹工艺、高效冶炼技术和纯净钢生产等领域,取得显著成绩。
2中国氧气转炉炼钢技术的进步
2.1长寿转炉技术
2.1.1溅渣工艺优化与完善
1991年,美国LTV钢公司首次实施溅渣护炉,至1995年创造了转炉炉龄15658炉的世界炉龄纪录。溅渣护炉技术介绍到中国,首先遇到的问题是如何适应中国的特点,全面推广采用该项技术。和美国不同,中国转炉呈多元化。全面推广溅渣护炉技术,必须适应以下3种工况:
(1)以生产板材为主的大型转炉,其工艺特点是:终点钢水碳含量低,终渣Fe0高;
(2)以生产型材为主的中、小型转炉,多采用高拉碳工艺,终点碳含量偏高,终渣Fe0含量低;
(3)以含V、Ti铁水生产的转炉,采用提钒半钢冶炼,终渣碱度高,Fe0含量更高。
第一种工况与美国转炉厂类似,可以借鉴国外经验。而第二、三种工况，则须依靠国内自主开发相适应的溅渣护炉工艺。大量的研究证明，高Fe0炉渣与低Fe0炉渣的溅渣工艺不同，溅渣层与炉衬砖的结合机理不同，但都能达到保护炉衬、延长炉体寿命的功效。不同的钢厂因生产不同的品种和采用不同的炼钢工艺，故可分别采用不同的溅渣工艺。
采用溅渣护炉工艺中保证炉膛不变形是一重大难题。研究发现，在溅渣过程中炉渣出现分熔现象，即高熔点炉渣凝固在炉壁上，而低熔点炉渣淌流回渣池。因此，严格控制终渣过热度(约100～150℃)，保证炉渣具有良好的流动性，是控制溅渣后转炉炉型的重要方法。
采用以下措施可保证良好的溅渣效果:
(1)根据冶炼钢种和吹炼工艺，正确选择溅渣工艺:对于低TFe渣，一般控制渣中w(Mg0)在8%～11%;对于高TFe渣，控制渣中w(Mg0)在12%～14%。对于半钢冶炼工艺，采用含碳Mg0球炉后调渣，控制渣中w(Mg0)≥14%;
(2)炉渣过热度严格控制在100～150℃，保证炉渣具有良好的流动性;
(3)尽可能采用高氮气压进行溅渣，溅渣过程中采用恒流量变枪位操作;
(4)保证溅渣时间在2～3min内;
(5)经常观察炉况,及时调整开始溅渣的时机和溅渣频率(一炉一溅或多炉一溅);
(6)及时检测炉底高度,避免炉底上涨。
2.1.2长寿转炉工艺
采用溅渣护炉工艺后发现:当炉衬残砖厚度侵蚀到500mm左右时,炉壁的冷却与炉内钢渣对炉衬的导热,基本达到动态平衡。此时,炉衬与溅渣层的结合层不易被进一步熔损。在溅渣条件下,炉衬基本为“零侵蚀”，即随着炉龄的延长,炉衬厚度基本保持不变。根据这一现象,国内不少钢厂研究开发了长寿转炉工艺,进而使转炉炉龄达到30000炉以上。
长寿转炉工艺的基本技术包括:
(1)正确选择开始溅渣的时机,完善溅渣工艺,实现炉衬“零侵蚀”;
(2)转炉前后大面在兑铁与出钢过程中受钢水剧烈冲刷而侵蚀严重,故可采用“自流砂”进行“干补”;
(3)局部侵蚀严重的地方,可采用“半湿法”喷补,及时维护,并注意避免炉底“上涨”;
(4)加强烟罩、水冷炉口的维护，延长其寿命;
(5)解决好检修时转炉热停工、冷态维护与重新开炉的工艺技术。
武钢第二炼钢厂1号转炉(80t)炉龄达到30368炉,采用溅渣工艺后,当炉龄达到30000炉以上的高炉龄时,整个炉膛炉型保持完好,炉衬厚度基本均匀:炉底厚约400mm,前后大面及耳轴两侧厚度约为150～250mm,炉口锥帽部分厚100～150mm;只有转炉直筒段与炉底接缝处局部侵蚀较严重,达到50mm。这也说明,对高炉龄的转炉应尽可能地避免炉体耐火材料存在正体接缝。
随着溅渣护炉技术的日益完善,转炉炉龄不断提高,而第一次溅渣、补大面和喷补的炉龄延长,耐火材料的成本逐步降低,吨钢效益不断增加。目前中国己有3个转炉厂,炉龄超过30000炉。随着炉龄的提高,炉役期内耐火材料的消耗量降低,生产成本或直接经济效益提高;而炉役期间钢产量大幅度增加。但炉龄提高的比例与产量增加的比例之比,3个厂平均为0.9992,说明炉龄大幅度提高后,钢产量没有降低。
近10年,中国钢铁工业迅速发展,采用转炉长寿复吹工艺,碳氧积波动在0.0023～0.0030,渣中TFe降低4%～6%,钢中氧降低(100～250)×10-6。
2.2长寿复吹转炉冶炼工艺
采用长寿转炉炼钢工艺后，转炉炉龄普遍提高到10000炉，最高炉龄达到30000炉。如何进一步延长炉底喷嘴寿命，在高炉龄条件下实现100%复吹，是全世界钢铁厂亟待解决的重大技术难题。美国发明了溅渣护炉技术，但没有解决延长炉底喷嘴寿命的技术难题。炉龄大幅度提高后，复吹比显著降低，最终导致放弃复合吹炼工艺。日本和西欧各国为了保证复吹工艺效果，至今尚未采用溅渣护炉技术。
炉底喷嘴长寿命的技术难题，使底吹喷枪的寿命与转炉炉龄同步，复吹比达到100%。这是对国际钢铁生产技术发展的重大贡献。
2.2.1炉渣“蘑菇头”保护底吹喷嘴
采用“蘑菇头”保护炉底喷嘴的思想最早由欧洲人提出，德国发明的KMS和K20BM工艺，用天然气进行冷却，在吹炼初期可在喷口端部生成“蘑菇头”。这种“蘑菇头”的主要成分为金属铁，碳的质量分数在110%～213%之间波动。由于金属“蘑菇头”熔点低、体积小、抗氧化能力弱，在吹炼后期往往被熔化，达不到保护底吹喷嘴的良好效果。受溅渣工艺的启发，采用冶炼和溅渣过程中生成炉渣蘑菇头代替金属蘑菇头保护底吹喷嘴，获得良好的冶金效果。炉渣和金属蘑菇头对熔池搅拌效果的比较。炉渣蘑菇头的岩相分析，证明了炉渣蘑菇头具有良好的透气性，其结构为:(1)金属一气囊带:位于炉衬砖与蘑菇头的交界面，说明在蘑菇头的生成初期，由于气流的冷却而生成少量金属蘑菇头;在随后的溅渣过程中，气体迅速冷凝炉渣。因气体具有可压缩性，故破坏了气流的连续而形成气囊;
(2)放射性气泡带:气囊中气体压力升高，使气体以微细射流的形式冲破熔融渣层，并进一步冷凝熔渣，形成放射性气泡带;
(3)迷宫式弥散气泡带:气流经放射性气泡带，动能消耗殆尽。气体只能以微小气泡的方式从熔渣中逸出，炉渣冷凝后生成迷宫式弥散气泡带。其特点是:气孔不连通，随机形成，但有较好的透气性;
(4)炉渣蘑菇头并非一次形成。新生成的蘑菇头完全覆盖了原有的蘑菇头，但其结构基本相似。透气良好的蘑菇头应具有发达的放射性气泡带和一定厚度的迷宫式弥散气泡带。如果迷宫式气泡带过于发达,就有可能会造成喷嘴堵塞。结构良好的蘑菇头,生产中可根据工艺要求.通过调整供气压力,灵活调整底部供气强度。
武钢第二炼钢厂2004年3月7日炉龄达到30368炉(最后一炉)时,炉厚度约400mm,4只底吹喷嘴清晰可见,完好无缺。说明炉渣蘑菇头对底吹喷嘴的保护效果极佳。
2.2.2底吹喷嘴的维护
长寿复吹转炉底部喷嘴的维护,主要是控制炉渣蘑菇头顶部迷宫式弥散气泡带的厚度,避免喷嘴堵塞。方法主要是严格控制蘑菇头的高度,具体措施为:
(1)经常观测炉底高度,防止炉底上涨;
(2)炉底严重上涨时,应用氧气及时处理;
(3)采用低枪位溅渣,可抑制蘑菇头生长;
(4)提高吹炼后期底部供气强度可抑制蘑菇头生长;
(5)一旦发生喷嘴堵塞,可采用“复通”技术,即喷吹氧化性气体,及时疏通喷嘴。
采用上述底吹喷嘴的维护技术,可保证全炉役期内底吹喷嘴正常工作,获得良好的冶金效果。通常,采用测定吹炼终点时碳氧浓度积,衡量底吹喷嘴的工作状态。武钢第二炼钢厂1号转炉(炉龄30368炉)整个炉役期内熔池碳氧积的测定结果。整个炉役期内,熔池碳氧积基本保持在010028以下,说明底吹喷嘴始终工作正常。
2.3长寿复吹转炉的冶金效果
目前,中国己有近30座大中型转炉采用长寿复吹转炉冶炼工艺,获得良好的冶金效果,采用长寿复吹工艺后,各转炉平均炉龄达到9929炉,复吹比100%。平均出钢w（C）为0.061%,平均碳氧积为0.00266,平均终点w(P)=0.0135%，w(N)=0.0021%,终渣w(TFe)平均为12.5%,钢水质量明显改善。采用长寿复吹工艺,可以得到以下经济效益:
(1)降低终点钢水氧的质量分数(100～250)×10-6
(2)降低终渣TFe的质量分数4%～6%;
(3)吨钢可降低生产成本3.5～15元。
3结论
(1)市场需求是中国钢铁工业迅速发展的推动力,中国钢产量迅速增加,始终不能完全满足国内的需求。
(2)技术进步是中国钢铁工业飞速发展的保障。通过技术进步,中国钢铁厂的各项技术经济指标己经达到国际先进水平。
(3)中国转炉钢厂进一步发展和完善了溅渣护炉工艺技术。国内95%以上的转炉钢厂采用溅渣护炉工艺,最高炉龄超过30000炉。随着炉龄的提高,生产成本进一步降低。
(4)中国转炉钢厂发明的长寿复吹转炉冶炼工艺,利用炉渣蘑菇头保护炉底喷嘴。炉龄达到30368炉时,底吹喷嘴完好,仍能保证复吹的冶金效果。
(5)目前,中国己有10家钢厂30余座转炉采用了长寿复吹工艺,平均炉龄达到9929炉。在平均终点w(c)=0.1061%时,钢中碳氧积平均为0.00266，终渣w(TFe)平均为12.15%,经济效益明显。
