氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼幾個技術(shù)問題楊文遠(yuǎn)

1、國內(nèi)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的幾個技術(shù)問題鋼鐵研究總院工藝所楊文遠(yuǎn)2009-4-11 轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力及容量分布我國2008年底的煉鋼能力約為6.6億噸/年，其中轉(zhuǎn)爐煉鋼能力約為 5.6億 噸，電爐鋼1.0億噸（15%）,不同容量轉(zhuǎn)爐的分布如表1。表1國內(nèi)轉(zhuǎn)爐的容量分布轉(zhuǎn)爐類型座數(shù)%噸位%平均容量大型轉(zhuǎn)爐345.52891020.19262.1中型轉(zhuǎn)爐15124.511840041.69121.9小型轉(zhuǎn)爐43169.971683038.1239.0合計6161004414010071.7表2國內(nèi)大型轉(zhuǎn)爐（200300噸）的噸位及座數(shù)序號廠名噸位沃座數(shù)序號廠名噸位沢座數(shù)1寶鋼一煉鋼300漢37鞍鋼三煉軋250

2、32寶鋼二煉鋼250漢38馬鋼四煉軋30023武鋼三煉鋼250漢 39武鋼四煉鋼200漢 24首鋼二煉鋼210漢310鞍鋼鲅魚圈30035首鋼遷安210 漢 311邯鋼四煉鋼300漢 26包鋼二煉鋼210 漢 212曹妃甸（京唐）300漢 3共計12個煉鋼廠，34座轉(zhuǎn)爐，總計8910公稱噸。我國轉(zhuǎn)爐的總噸位及爐子總座數(shù)都是世界第一，但爐子的平均噸位為71.7噸/爐，遠(yuǎn)低于世界上工業(yè)發(fā)達國家。近年來我國新建了很多大、中型轉(zhuǎn)爐，但 同時新建了更多的小型轉(zhuǎn)爐，使得我國轉(zhuǎn)爐平均噸位近17年內(nèi)僅增加了 29.1噸 /爐（1992年轉(zhuǎn)爐148座，總?cè)萘?305噸，平均42.6噸/爐）。在我國小型轉(zhuǎn)爐中，

3、多數(shù)小于50噸。近幾年新建的轉(zhuǎn)爐多數(shù)在100噸以上，其中包括鞍鋼、武鋼、馬鋼、京唐等 大型轉(zhuǎn)爐廠，這部分鋼廠的裝備條件屬于當(dāng)前世界上的先進水平，在今后煉鋼生 產(chǎn)中將起到重要作用。我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的年產(chǎn)能力大約過剩1.4億噸，首先應(yīng)該關(guān)停小轉(zhuǎn)爐，大、中 型轉(zhuǎn)爐中的陳舊設(shè)備也應(yīng)部分關(guān)閉。近十幾年國外鋼鐵企業(yè)都在淘汰落后設(shè)備，爐子的平均容量加大，數(shù)目減少。 例如德國自 1970年以來轉(zhuǎn)爐由 45 座減少到 22座，電爐減少 60座，平爐全部淘 汰。法國的轉(zhuǎn)爐由 29座減少到 9 座，淘汰了全部平爐。日本改造了一些落后的 轉(zhuǎn)爐廠，如和歌山廠采用了新工藝由 6座轉(zhuǎn)爐減為 3 座轉(zhuǎn)爐，其鋼產(chǎn)量不變。 美 國的

4、轉(zhuǎn)爐數(shù)目減少部分原因是被電爐短流程代替。近十幾年來國外新建大型轉(zhuǎn)爐廠不多，主要是俄羅斯幾個鋼廠的平爐改成 200300噸的大型轉(zhuǎn)爐。巴西和印度新建了幾座中型轉(zhuǎn)爐。國外主要產(chǎn)鋼國家轉(zhuǎn) 爐平均噸位為 200 噸/座。我國轉(zhuǎn)爐平均噸位為發(fā)達國家的 1/3。 2轉(zhuǎn)爐高效吹氧技術(shù)采用轉(zhuǎn)爐高效吹氧技術(shù)的目的是提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率，降低成本和淘汰落后設(shè)備。自 1996 年以來鋼鐵研究總院在唐鋼、漣源鋼廠、海鑫鋼廠、太鋼、首鋼、 寶鋼、武鋼等 22 個鋼廠進行了強化轉(zhuǎn)爐供氧操作的研究。通過提高轉(zhuǎn)爐供氧強 度和優(yōu)化造渣操作，使轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹氧時間縮短 1.53 分/爐，鋼產(chǎn)量提高 815%。在進行轉(zhuǎn)爐強化供氧研究中，

5、通常進行以下工作： 測量氧氣管道壓力損失。 設(shè)計高供氧強化的噴頭。 測量噴頭射流流場特性和進行氧射流與熔池作用的 水模試驗。 制訂新的供氧、 造渣工藝制度， 并通過在轉(zhuǎn)爐上進行吹煉試驗加以 完善。在試驗當(dāng)中對于化渣、噴濺、脫磷、脫硫等項目都要研究。為了系統(tǒng)地了 解成渣過程與化渣狀況， 還對爐渣的流動溫度、 巖相進行了系統(tǒng)的檢測。 通過上 述研究，使轉(zhuǎn)爐煉鋼的供氧、造渣操作達到基本上合理。轉(zhuǎn)爐設(shè)備系統(tǒng)的改造通常包括加大氧槍直徑、 提高轉(zhuǎn)爐風(fēng)機的排煙能力和煙 氣凈化系統(tǒng)的能力。轉(zhuǎn)爐進行強化供氧的設(shè)備改造和工藝研究的同時， 還應(yīng)使鐵水、 氧氣、 石灰 等原料供應(yīng)、連鑄的生產(chǎn)能力等與轉(zhuǎn)爐的煉鋼能力的提

6、高相適應(yīng)。近兩年寶鋼與鋼鐵研究總院合作進行的 “大型轉(zhuǎn)爐低硅鐵水高效吹煉技術(shù)研 究”取得了良好效果。通過改進氧槍噴頭參數(shù)，加入合成渣等措施，解決了低硅 鐵水煉鋼化渣困難，脫磷率低，粘槍、粘煙罩等問題。同時，將轉(zhuǎn)爐的氧流量由 5萬Nm3/h提高到6萬Nm3/h,縮短了供氧時間，提高了生產(chǎn)率。2005年在寶鋼 一煉鋼進行的高效吹氧技術(shù)研究，將氧流量由6萬Nm3/h提高到6.9Nm3/h,供氧強度達到3.83Nm3/t鋼。使吹氧時間保持在14.5min/爐左右。而且化渣、脫磷 效果良好。使供氧強度達到國際先進水平。 圖 1 是轉(zhuǎn)爐高效吹氧的技術(shù)方案示意圖。圖1咼效吹氧技術(shù)方案示意圖表3是幾個大、中型

7、鋼廠采用高效吹氧技術(shù)的效果。表3采用轉(zhuǎn)爐高效吹氧技術(shù)的效果序 號廠名供氧強度3Nm /t.min縮短吹氧時間min/爐增加鋼產(chǎn)量（萬噸/年）經(jīng)濟效益 （萬元/年）1寶山鋼鐵股份有限公司一煉3.892.12寶山鋼鐵股份有限公司二煉3.331.5102.9511118.63太原鋼鐵（集團）有限公司4.14.020.534721.34湖南華菱漣源鋼鐵公司4.232.044.525620.85山西海鑫鋼鐵集團公司4.01.519.06232.76四川省川威集團有限公司4.131.331.04700.07萍鄉(xiāng)鋼鐵有限責(zé)任公司4.441.523.296234.8各轉(zhuǎn)爐鋼廠的其它技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)也得到了適當(dāng)改善

8、，如寶鋼二煉鋼金屬收得 率提高0.3%;太鋼二煉鋼脫磷率提高7.9%;首鋼三煉鋼金屬收得率提高0.26kg/t 鋼，石灰消耗減少1.23kg/t鋼。轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭參數(shù)的選擇：轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭參數(shù)的選擇是轉(zhuǎn)爐高效吹氧的關(guān)鍵技術(shù)，由于氧槍噴頭參數(shù)較多，各鋼廠的原材料、生產(chǎn)品種、操作習(xí)慣等方面都有較大的差別。所以對于不 同噸位的轉(zhuǎn)爐只能給出一個選擇噴頭參數(shù)的大致范圍， 在生產(chǎn)中試用，再逐步進 行參數(shù)優(yōu)化。表4的數(shù)據(jù)供參考。表4不同噸位轉(zhuǎn)爐噴頭參數(shù)范圍噴頭參數(shù)轉(zhuǎn)爐噸位200300100200100供氧強度(Nm3/t.min)3.24.03.44.33.84.6噴孔個數(shù)574534馬赫數(shù)1.92.31.82

9、.21.72.0噴孔傾角（度）11161015914噴孔布置方式交錯布置或冋圓周布置交錯布置或冋圓周布置冋圓周布置氧槍噴頭設(shè)計所需的公式是由熱力學(xué)和流體力學(xué)中一維可壓縮流推導(dǎo)出來的。對于氧氣可給出下列公式：T/To :2=(1 + M /5)-1(1)：/0 =(1 + M2/5)-5/2(2)P/PO :=(1 + M2/5)-7/2(3)A/A*=0.578/M (1+ M2/5) 3(4)qo2 =17.5丘人/打0（ 5）各式中T:絕對溫度，K，A:管道截面積，cm2，-：氣體密度，kg/m3，M : 馬赫數(shù)=氣體速度/音速，Q02：氧氣流量，Nm3/min， P:絕對壓力，kg/cm

10、2下標(biāo)符號：0指滯止?fàn)顟B(tài)，* 指音速喉道狀態(tài)，該處 M=1。供氧制度主要包括氧流量、工作氧壓及槍位曲線的制定。氧流量根據(jù)每爐鋼 的供氧時間而定。當(dāng)噴頭參數(shù)確定之后氧流量與氧壓是線性關(guān)系，在氧壓、流量 確定后，槍位高度決定氧射流對熔池的穿透深度。幾個鋼廠的穿透深度與熔池深度之比見表5。表5幾個鋼廠轉(zhuǎn)爐吹煉過程的L/Lo單位爐容量/t吹煉初期吹煉中期吹煉末期寶鋼一煉3000.560.600.600.700.720.76太鋼二煉800.700.750.650.700.750.82首鋼三煉800.620.700.650.740.750.78漣源鋼廠1000.650.730.680.730.750.76

11、海鑫鋼廠900.590.640.550.620.730.77川威鋼廠700.650.700.610.670.700.76萍鄉(xiāng)鋼廠600.750.800.520.550.730.78測量氧槍的管道壓力損失：鋼鐵研究總院已為20多個鋼廠進行管道壓力損失測定。部分測定結(jié)果見表6表6管道壓力損失測定值（MPa）及氧氣流速（m/s）單位轉(zhuǎn)爐噸位（t）管道壓力損失（MPa）氧氣流速（m/s）寶鋼一煉3000.040.0539.8太鋼二煉800.100.1258.6首鋼三煉800.080.1057漣源鋼廠1000.080.1060.5海鑫鋼廠950.060.1055.7威遠(yuǎn)鋼廠700.060.0751萍鄉(xiāng)鋼

12、廠650.100.1260美國規(guī)定氧槍內(nèi)管氧氣的M值0.2。法國、德國規(guī)定氧槍內(nèi)管的氧氣安全流速 60m/s。圖2氧氣管道壓力損失測定系統(tǒng)圖目前轉(zhuǎn)爐槍位控制有以下幾種方式：（1）靜態(tài)模型+副槍動態(tài)控制吹煉前期和中期，槍位高度和渣料加入量按靜態(tài)模型所設(shè)定的方式進行。吹 煉到總供氧量85%時用副槍測量鋼水溫度和含碳量，用動態(tài)模型修正吹氧量和冷 卻劑加入量。目前國內(nèi)、外大型轉(zhuǎn)爐多用這種方法控制槍位。圖3是寶鋼一煉鋼 的槍位及加料圖示。335ONma舶甜險J+I377&C13fi6CM31C叱1I533PCI232（）f4i3 13840Nm3+- - 1159&0Nnia嚴(yán)二 2.5a槍位副材O “

13、 30 * 0I.OCQtO 3.9lore |一 I tCafiI. OtCaD55000Nm3/hQFl 2.2tCaO4M tCaO6. 3102-刖t生白Q 246 B 1D 12 XA 161820吹煉吋間（min.）圖3典型操作過程（2）用爐氣定碳法控制吹煉槍位當(dāng)轉(zhuǎn)爐鋼廠的原料條件好，計量裝置精度高，計算機容量足夠時，可以根據(jù) 爐氣定碳法所測得的數(shù)據(jù)結(jié)合物料平衡計算，來控制渣中氧所蓄積的體積（與渣中氧化鐵含量相對應(yīng)）使其維護在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，這時可以防止噴濺和爐渣返干。 當(dāng)爐渣中蓄積的氧氣體積超出預(yù)定值時， 應(yīng)降低槍位，以減少渣中氧化鐵。反之, 則應(yīng)提高槍位。這是轉(zhuǎn)爐吹氧操作的動態(tài)控制

14、技術(shù)，稱為Oxymetrie。渣中蓄積氧氣體積的控制范圍是根據(jù)吹煉過程氧平衡計算和現(xiàn)場觀察相結(jié)合而制定的。圖4是法國Solmer廠300噸轉(zhuǎn)爐槍位控制曲線。（3）用聲納儀、氧槍振動儀控制槍位開始吹煉吹氧槍噴出的超音速射流產(chǎn)生的噪音強度很高，當(dāng)渣層厚度增加，一部分氧氣流股浸入渣層之后噪音強度下降。當(dāng)噴頭完全埋入渣層之后，渣層厚 度與噪音強度之間的關(guān)系就不明顯了。 聲納儀最早應(yīng)用于歐洲。柳州鋼廠由盧森 堡阿爾貝德公司引進了這種設(shè)備。 上海工大也成功開發(fā)了聲納儀，并在國內(nèi)一些 鋼廠加以推廣。聲納儀用于控制轉(zhuǎn)爐吹煉初期的成渣過程效果明顯。日本川崎公司開發(fā)的氧槍振動儀用于渣層已高于氧槍噴頭時防止噴濺較為

15、有效。法國蒙德威勒鋼廠把它和聲納儀結(jié)合起來應(yīng)用取得了良好效果。一般講， 氧槍加速計用于渣量大的轉(zhuǎn)爐效果更為明顯。圖5是蒙德威勒廠應(yīng)用聲納儀與氧槍振動儀結(jié)合控制氧槍高度的記錄。（4）人工經(jīng)驗控制槍位1500005250050007500100001250Q15000吹入氧吒童Qm(Nm3J *圖5聲納-氧槍振動儀控制氧操作示意圖熔池脫碳速度：熔池脫碳速度快是轉(zhuǎn)爐高效吹氧的特點，吹煉過程中熔池脫碳速度在不同階段相差很大。圖6是300噸轉(zhuǎn)爐實測的熔池脫碳曲線。吹煉前期由于熔池中Si、Mn氧化，脫碳速度很低（0.130.20%C/min）;吹煉中期可達0.33%C/min。曲線 中個別階段脫碳速度達到

16、0.4%C/min。這是往爐內(nèi)加入礦石所致。Solmer廠的脫 碳速度曲線是用爐氣定碳法測定的。 寶鋼的脫碳曲線是用副槍取樣測定的。這是大型轉(zhuǎn)爐有代表性的脫碳曲線。圖 7和圖8是用倒?fàn)t取樣的方法由80噸轉(zhuǎn)爐所 測定的熔池脫碳速度曲線。兩爐的曲線形狀相近。這兩爐吹煉中期平均脫碳速度 分別為0.43%C/min和0.48%C/min。這是中、小型轉(zhuǎn)爐采用高效吹氧時都能達到 的脫碳速度（比一般吹煉時脫碳速度提高約 0.10.12%C/min）。轉(zhuǎn)爐脫碳速度加 快，使脫碳期爐口的氣體平均速度由 25.7m/s增加到35.0m/s。當(dāng)吹煉平穩(wěn)，這 種脫碳速度并不會造成噴濺。噴濺往往是由于槍位高，渣中蓄積

17、了超過平衡值的 大量氧化鐵。當(dāng)條件具備時，渣中過量的氧化鐵與熔池中碳發(fā)生激烈的脫碳作用， 形成爆發(fā)式噴濺。其脫碳速度至少超過正常脫碳速度的3倍。托馬斯轉(zhuǎn)爐用空氣吹煉，每爐鋼的吹煉時間與LD轉(zhuǎn)爐相近。其爐口氣體速度可以達到 80m/s （高 溫狀態(tài)），達到LD轉(zhuǎn)爐正常吹煉爐口煙氣3.2倍，正常情況下吹煉過程中并不發(fā) 生大的噴濺。02460101214161820a1.61.61.41.20.60.40.20.0吹煤時間(min.)圖6吹煉過程中脫碳速度的變化表7轉(zhuǎn)爐熔池脫碳速度(C/min)爐號取樣時間(min)C%平均脫碳速度%C/rnin2026104.3053,0620.2476!00.9

18、10.430412.90.0720.2889655172026204.305340.232100,740.4813,40.0320,2082352940. 50.450. 40.350,30.250.20. (5 山L0.0502468101214吹煉時何(flin)圖7 20261平均脫碳速度0.6 r0.50.40.3 0+ I 02468101214吹煉時何缶5)圖8 20262平均脫碳速度表8鋼鐵研究總院完成的轉(zhuǎn)爐煉鋼用氧技術(shù)項目序號合作單位廠名轉(zhuǎn)爐容量達到的供氧強度3（Nm3/t.mi n）轉(zhuǎn)爐供氧時間（mi n/爐）吹氧時間縮短（mi n/ 爐）增產(chǎn)鋼量（萬 t/ 年）研究年份備注

19、1太鋼二煉鋼804.1133.030200120022長治鋼廠204.911.34.225200120023上鋼一廠（三轉(zhuǎn)爐）304.312.43.630200020014三明鋼廠204.313.23.425199820005南京鋼廠204.411.22.525199819996唐鋼二煉404.6511.42金部科技進步二等獎發(fā)明專利579827萊鋼 上鋼三廠30304.23.7研究新、舊噴頭射流 變化及對冶煉的影響19911992冶金部科技進步二等獎發(fā)明專利422798濟鋼304.312.63.619939上鋼一廠（三轉(zhuǎn)爐）30中磷鐵水煉鋼的供氧造渣工藝研究1999

20、10攀鋼，鞍山熱能院1202.8516.75.0二次燃燒率提高8.74%19871988冶金部科技進步三等獎 發(fā)明專利11水城鋼廠30優(yōu)化轉(zhuǎn)爐供氧、造渣操作，縮短供氧時間，提咼轉(zhuǎn)爐供氧強度2003200412首鋼三煉鋼80優(yōu)化轉(zhuǎn)爐供氧、造渣操作，降低氧槍內(nèi)管氧氣流速，噴頭壽命提高 1倍以上20032004已完成合同指標(biāo)13寶鋼二煉鋼250出鋼量達到300噸，吹氧量由5.2萬Nm3/h提高到6.0萬Nm3/h, 吹氧時間縮短1.5min，周邊5孔噴頭壽命穩(wěn)定在200爐，提高噴頭 壽命60%。20032004已完成合同指標(biāo)序號合作單位廠名轉(zhuǎn)爐容量達到的供氧強度3（Nm3/t.mi n）轉(zhuǎn)爐供氧時間

21、（mi n/爐）吹氧時間縮短（mi n/ 爐）增產(chǎn)鋼量（萬 t/ 年）研究年份備注14威遠(yuǎn)鋼廠704.31324020032004已達到合同指標(biāo)15漣源鋼廠90,1054.23 LJIi 1L 上I 】_% 1O2 03.04*0 5.0 &0化OO/SiOi羅訓(xùn)嫁比圖 9 CaO-SiO2-FeO-MgO 渣系中 MgO 的溶解度（1600C）吹煉過程中爐渣的堿度氧化鐵變化很大，渣中氧化鎂的熔解度變化也很大。圖10是根據(jù)吹煉過程中用副槍所取渣樣的化渣成分， 渣量得出的渣中MgO量的 變化曲線。渣中MgO未熔量是根據(jù)加入MgO總量減去渣中MgO熔解量而得出 的（此數(shù)據(jù)取自寶鋼300噸轉(zhuǎn)爐）。D

22、.Q 024G810121450O 53.2.O5O.3曲05託廿擔(dān)3.5圖10吹煉過程爐渣中MgO重量變化吹煉3min取樣爐渣堿度0.92, FeO=19.3%,渣中MgO熔解度高達25%;吹 煉7min爐渣堿度1.43, MgO熔解度約15%；吹煉10min時爐渣堿度1.79,渣中 MgO熔解度約11%；終渣堿度3.02,渣中FeO=27%，渣中MgO熔解度約8.1%。 根據(jù)渣中氧化鎂熔解度的情況，吹煉初期的酸性渣MgO熔解度很高，隨著渣中堿度升高，MgO熔解度下降，到吹煉終點時 MgO的熔解度降到8%左右。濺渣 護爐的MgO材料在吹煉開始時全部加入，在渣中存在著過剩的MgO，這MgO有減

23、少爐渣對爐襯MgO熔解的作用。濺渣護爐的噴吹動力來自氧槍噴出的氮氣射流， 通常氮氣流量與煉鋼用氧的 流量相同或稍高一些。槍位在濺渣過程中有一定幅度的變化，使?fàn)t襯各部分濺渣 層厚度更均勻。濺渣時間一般在 3min左右，時間過長爐渣溫度過低，容易凝結(jié) 在爐底上造成上漲。時間過短濺渣層厚度不夠，濺渣層厚度1520mm即可。正常情況下轉(zhuǎn)爐終渣成分（T、TFe、MgO ）應(yīng)可以直接濺渣而不需要進行 調(diào)整，這樣可以減少調(diào)渣材料和縮短濺渣時間，如果爐渣過稀可加些輕燒白云石。在正常情況下，轉(zhuǎn)爐爐襯每年更換一次，與設(shè)備檢修同時進行。對于小型轉(zhuǎn) 爐，爐齡約為1500020000爐；對于大、中型轉(zhuǎn)爐約為 70001

24、0000爐。爐齡過 長在爐役后期噴補料消耗大，爐襯過薄熱損失大，爐殼易變形。 轉(zhuǎn)爐的機電設(shè)備 也需定期檢修，過分地延長爐齡并不合理。濺渣操作結(jié)束后爐內(nèi)剩余的粘渣有的倒入渣罐后運到渣場處理，有的留在爐內(nèi)，開始一下爐的裝料操作。這種留渣操作在安全上并無問題，這時爐渣很粘， 加入廢鋼后其表層已凝固，兌入鐵水也不會產(chǎn)生激烈反應(yīng)。吹氧開始后熔池溫度 升高，爐渣逐漸熔化，有加速石灰溶解的作用，對于下一爐成渣有好處。目前轉(zhuǎn)爐鋼廠采用的爐渣滾筒法處理過程中， 希望爐渣有較好的流動性，使 爐渣順利地流入滾筒中。在轉(zhuǎn)爐濺渣之前， 先把終渣倒出一部分，留在爐內(nèi)的渣 量應(yīng)滿足濺渣的要求，這時的爐渣過熱度高，有利于渣的

25、?；幚?。轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)：轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉是上世紀(jì)7080年代開發(fā)并廣泛應(yīng)用的一項新技術(shù)。復(fù)合 吹煉技術(shù)可使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低碳鋼時降低渣中氧化鐵和鋼中熔解氧，減少渣-鋼反應(yīng)，偏離平衡的程度，使轉(zhuǎn)爐煉鋼的金屬收得率提高，鐵合金消耗降低和提高鋼的潔 凈度。轉(zhuǎn)爐復(fù)吹所用的底吹氣體有氮、氬、C02、02+油保護、空氣等。供氣元件有單管、套管和毛細(xì)管多微孔透氣磚。底吹供氣強度差別也很大，從30.060.20Nm /t.min。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中頂吹氧槍的攪拌能可用公式（6）計算。6.32 10 =CosQt3 Mn2 D3 H(6)式中svt:頂吹射流攪拌能量（W/m3），Vl:金屬體積（m3）Qt:氧流量（N

26、m3/min）， n：噴孔個數(shù)，M :氧分子量（kg）De：噴孔出口直徑（m）,日：噴孔傾角（度），H:槍位高度（m） 底吹攪拌能用公式（7）計算。% =6.18竽.|21303lg1拿（7）Vl -I P丿I嘰丄式中Svb :底吹氣體攪拌能量（W/m3），Tl :熔池金屬溫度（X）Ta：吹入惰性氣體溫度（X）， P：金屬密度（kg/m3）P:爐膛壓力（kg/m2），h：熔池深度（m） 熔池混勻時間用公式（8）計算。2/31/30 c=（L0/0.125）（ 7/1）540 （ 0.1 ；vt + ；vB）（ 8）熔池混勻時間（秒），Lo:熔池深度（m）各種不同方法的轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉熔池混勻時

27、間與底部供氣強度之間的關(guān)系如圖11所示。120coLD寒屜砂100CD-OTB4020LD-KG（扌巾NK-CB解蚪初IL1_0 0+01 0.02.-丄0.1 0.2WSTB由味LDOB LD-HCL BE住卩仙LD-ABBSCBAP 一 K -BOP此如丄25100.05底吹電悻渝量M折）* O圖11熔池混勻時間與底部供氣強度之間的關(guān)系由圖11可見，底吹氣體流量低時熔池混勻時間的縮短受底吹氣體流量影響 較大，當(dāng)供氣強度超過0.2Nm3/t.min時，底吹流量增加對于混勻時間縮短的影響 作用變得不明顯。上世紀(jì)80年代原冶金部曾組織了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉多方面的研究工作，如 供氣元件的開發(fā)，復(fù)吹水

28、模和熱模試驗，復(fù)吹冶金效果，復(fù)吹爐襯和供氣元件的 侵蝕及維護等。對于復(fù)吹的理論知識也有較為廣泛的普及。當(dāng)時由于我國大型轉(zhuǎn) 爐冶煉低碳深沖鋼還很少，對于復(fù)吹技術(shù)深入研究還不夠。近十幾年我國新建了一大批大型轉(zhuǎn)爐（見表1），冶煉鋼種增加，其中包括批量生產(chǎn)低碳、低磷的深沖鋼、硅鋼等，通過生產(chǎn)實踐對于復(fù)吹技術(shù)的了解深度 有很大提高，可以根據(jù)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題提出有效地解決措施，目前這個過程仍在進行中。對于轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)中幾個工藝參數(shù)提出以下建議：（1）底吹供氣強度和氣源吹煉前期、中期0.04Nm%min，吹煉后期0.060.12%。根據(jù)我國目前的情 況，吹煉前期、中期噴吹氮氣，吹煉后期切換為氬氣，全程吹氮的

29、供氣方式不應(yīng) 提倡。全程吹氮鋼中不增氮的報導(dǎo)不可靠。底部噴吹CO2,對供氣元件侵蝕較快。底吹噴吹轉(zhuǎn)爐煤氣的主要問題是不安全， 有很多人做過研究工作，其冶金效果良 好，來源也無問題，價格也不貴，但至今未有工業(yè)性應(yīng)用。氧氣-蒸汽用于冶煉不銹鋼，太鋼和泰山鋼廠冶煉不銹鋼由國外引進了這種工藝。氧氣-油（天然氣）噴嘴用于生產(chǎn)低碳鋼的鋼廠（Solmer），這種噴嘴不易堵塞，噴嘴數(shù)量少（2個）， 供氣系統(tǒng)簡單。底吹氣體的選擇要根據(jù)冶煉鋼種、氣體來源、操作習(xí)慣和價格而 具體決定。（2）供氣元件的數(shù)目供氣元件的數(shù)目一般情況下隨著轉(zhuǎn)爐噸位加大而增加，表9給出的數(shù)據(jù)供參考。表9供氣元件數(shù)目與轉(zhuǎn)爐噸位關(guān)系轉(zhuǎn)爐噸位/噸

30、Ot)57%Jl5 -山;io1平宵）攪拌前51 = 0,0034% S0.0029K .| r_ P iIS 鼻jS（4）復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的爐齡我國大、 中型轉(zhuǎn)爐和部分小型轉(zhuǎn)爐都安裝復(fù)吹系統(tǒng)。 復(fù)吹技術(shù)的實際應(yīng)用情 況可分為三種。寶鋼、武鋼、鞍鋼、馬鋼等大型轉(zhuǎn)爐鋼廠生產(chǎn)深沖鋼板、硅鋼等低碳、低磷 品種，每爐鋼都需要有效地進行復(fù)吹。 這些轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼中碳在 0.0400.050%， 磷0.0030% , 復(fù)吹效果微弱，接近頂吹轉(zhuǎn)爐 CO=0.00320.0035。臺灣中鋼 250噸轉(zhuǎn)爐復(fù)吹爐齡約 5000爐（中鋼冶煉工程師在座談會上提供 資料），日本轉(zhuǎn)爐采用優(yōu)質(zhì)鎂碳磚的一些鋼廠在爐役中期更換一次透氣

31、磚，復(fù)吹 爐齡可達 8000爐。歐洲轉(zhuǎn)爐爐齡一般不大于 4000爐，爐襯材質(zhì)為普通鎂碳磚。 歐洲轉(zhuǎn)爐廠不采用濺渣護爐工藝。日本轉(zhuǎn)爐鋼廠（新日鐵）采用濺渣護爐技術(shù)， 其目的是節(jié)省噴補料，底部供氣元件仍保持正常工作狀況，其壽命約為 4000 次 左右。美國轉(zhuǎn)爐廠采用濺渣護爐技術(shù)較多，他們對復(fù)吹作用并不特別強調(diào)，這可 能和美國轉(zhuǎn)爐所用鐵水含磷低（0.040.06%）有關(guān)。采用P0.06%的低磷鐵水煉 鋼，轉(zhuǎn)爐終渣氧化鐵比采用0.10%P鐵水煉鋼（生產(chǎn)相同含磷量的鋼水）終渣氧 化鐵可以低 46%，鋼中氧含量也相應(yīng)降低。我國大型轉(zhuǎn)爐的復(fù)吹供氣強度偏低， 對提高鋼的清潔度是不利的， 特別是在 生產(chǎn)低碳、低

32、磷、低氧鋼方面還存在困難。產(chǎn)品質(zhì)量與國外先進鋼廠還有差距。 重點是增加底吹供氣強度，延長透氣磚壽命和提高復(fù)吹冶金效果。中、小型鋼廠的復(fù)吹應(yīng)用狀況： 這些鋼廠主要生產(chǎn)條形鋼材和部分板材。 板材鋼吹煉終點時碳低（C0.0030。 這些鋼廠的生產(chǎn)人員對于提高復(fù)吹冶金效果、透氣磚的合理使用及維護知識也很 不足。在這種情況下復(fù)吹技術(shù)不起作用，其復(fù)吹壽命也無實際意義。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐復(fù)吹壽命見表10。表10國內(nèi)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐壽命情況國家、地區(qū)復(fù)吹爐數(shù)備注日本20008000中間更換一次，4000爐時更換一次透氣磚西歐30004000不更換俄羅斯3000不更換臺灣中鋼40005000不更換，5000爐后停爐美國10000

33、30000濺渣護爐，不太重視復(fù)吹中國大型 轉(zhuǎn)爐3000100003000爐前冶金效果良好，5000爐效果降低，7000 爐后近于LD轉(zhuǎn)爐中、小型轉(zhuǎn)卜.1000025000開爐200爐后爐底蓋渣200mm，冶金效果較差爐B. 1000025000部分爐次復(fù)吹4 轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷、脫硫除非采用低磷鐵水(PW 0.06%)煉鋼，脫磷仍然是當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼中難度較大的技術(shù)問題。到目前為止對于煉鋼過程的脫磷反應(yīng)仍然是以早期Chipma n和Win kier的著作為基礎(chǔ)，通常把脫磷反應(yīng)寫成以下公式：2P + 5 ( FeO) + 4 (CaO) = Ca4P2O9 + 5Fe(9) G -204450 + 83

34、.55T平衡常數(shù)：K : 一于5 5(10)P2 叱a。暉eO44700igK =- 18.26(11)上面的熱力學(xué)理論公式應(yīng)用于平衡狀態(tài)，其結(jié)果是正確的。有的學(xué)者對 Chipman等人的工作進行驗證，認(rèn)為其結(jié)果是正確的。在工業(yè)生產(chǎn)中的爐渣是非 平衡狀態(tài)，把化學(xué)成分分析結(jié)果直接用上述公式進行計算經(jīng)常出現(xiàn)較大的偏差。 對于工業(yè)爐渣很多研究者提出了一些半經(jīng)驗公式來估算磷在渣-鋼之間的分配。GW.Healy以Chipman的工作為基礎(chǔ)，應(yīng)用爐渣離子理論，結(jié)合 Ward、Turkdogan等人的研究成果提出下面估算磷在渣-鋼之間的分配公式:(%P)lg %P22350T-16.0 + 0.08(%Ca

35、O) + 2.51g(%TFe)（這個公式計算簡便，計算結(jié)果很直觀，應(yīng)用較廣。其缺點是準(zhǔn)確度稍低，修 正的巴拉耶瓦公式的表達形式如下（用日本人水渡的數(shù)據(jù)進行修正）lgK=8.42lg（%CaO）+O.3（%MgO）-O.O5（%FeO）+2274O/T-28.O（ 13）法國鋼鐵研究院H.Gaye、J.Grosjean等人根據(jù)相圖理論計算出給定溫度下爐 渣中液相和固相的成分及數(shù)量。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用熱力學(xué)平衡公式計算出鋼中的實 際含磷量。這個程序的計算結(jié)果比 W.Healy公式與實際狀況符合程度更高。鋼鐵 研究總院在上世紀(jì)80年代引進了這套程序。本課題組在研究轉(zhuǎn)爐渣-鋼反應(yīng)中多 年應(yīng)用此程序，其效

36、果較好。寶鋼300噸大型轉(zhuǎn)爐吹煉過程中鋼中磷含量的情況見圖14。圖14中的數(shù)據(jù)是用副槍取樣得出的。由圖14可見吹煉過程中基本上沒有回 磷現(xiàn)象。僅HT60爐在吹煉到13min時鋼中磷稍有回升。如吹煉中槍位控制不當(dāng), 渣中氧化鐵含量低（8.0%）,爐渣返干就會產(chǎn)生回磷現(xiàn)象。為了防止出鋼時鋼 中含磷高在吹煉后期要采用較高的槍位提高渣中氧化鐵，這將帶來鋼中氧含量pjr/%圖15吹煉終點P的平衡狀況項目PrPePr / Pem0.0130.00452.89CF0.0060.0016/n212121表11終點渣-鋼間磷的分配值高，鐵的氧化損失大。吹煉終點磷在渣-鋼之 間的分配狀況如表11及圖15。表中Pr

37、是鋼中實際含磷量，Pe是鋼中含磷的平衡值，由R、（TFe）、溫度等決定。Pr / Pe是鋼中磷含量實際值與平衡值的偏離程度。由化渣早晚、終點 前降槍狀況等決定。它表明爐渣脫磷能力的利用程度。根據(jù)最近的研究情況，減小Pr / Pe值主要措施是提高底吹供氣量，改善渣-鋼反應(yīng)的動力學(xué)條件。因為 目前頂吹降槍已接近極限，槍位再低將縮短噴頭壽命，頂吹氧流量已達 68000Nm3/h（3.78Nm3/t.min），提高頂吹供氧強度增加熔池攪拌能的幅度也不大。 提高底吹供氣強度與透氣磚的壽命有矛盾，這是今后要解決的技術(shù)問題。吹煉終點鋼中磷含量受 R、（TFe）、溫度、渣量多種因素的影響，任何一個 工藝參數(shù)對

38、終點P的影響都難以定量表達。通常采用多元回歸分析的方法來處 理此種問題。吹煉低硅鐵水（Si=0.150.30%）時終點P與各工藝參數(shù)的關(guān)系如下:Pj = -1.16436+0.34972 log(t)+0.007223(1/PO5)+0.03404( R )+0.054518(1/Wsc)(14)Pj：終點鋼中磷含量計算值（%）0. COB5T4o0160.0Q5 Q. 01 丄嘰$ o. 022實際伯圖16回歸計算值與鋼中實際含磷關(guān)系+0.212625PIron + 0.48706(1/WSlag) + 0.030953C（P2O5）：終渣 P2O5含量（%）Wsc:廢鋼裝入量（t/爐）WS

39、lag：渣量（t/爐）t：終點鋼水溫度（C）R:終渣堿度（CaO/SiO2）Plron :鐵水含磷量（%）C:終點鋼水碳含量（%）R=0.731n=110轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷預(yù)處理+轉(zhuǎn)爐脫碳的雙聯(lián)方法適用于生產(chǎn)低磷鋼（出鋼前鋼中磷低于0.08%）。這種工藝是由日本和歌山鋼廠開發(fā)的。如生產(chǎn)一般鋼種，其生產(chǎn)成本增加。其優(yōu)點是可以保證低磷鋼的煉成率，鋼的質(zhì)量也較好。出鋼前鋼中氧含量由700ppm降低到600ppm,成品磷平均0.010%,成品S平均0.005%。這 種方法的缺點是熱損失和金屬噴濺大，調(diào)度復(fù)雜。雙聯(lián)法煉鋼廠的布置如圖17。33圖中的脫磷爐氧流量21000Nm/h,脫碳爐80000 Nm/h。兩

40、種爐子的供氧和除塵 系統(tǒng)分別設(shè)計。和歌山鋼廠有 1座脫磷轉(zhuǎn)爐，2座脫碳爐，2座RH，有板坯和 大方坯連鑄機各一臺。脫磷爐底吹氣體流量0.4Nm%min。爐渣堿度1.82.8,以2.02.2為好。為減少金屬噴濺，采用不等徑多孔交錯脫碳噴頭，見圖18。這種氧槍在國內(nèi)已開發(fā)成功。圖17和歌山煉鋼廠布置圖圖18和歌山廠兩種氧槍示意圖我國高磷礦資源利用是一個未解決的問題。 湖北鄂西長陽一帶有17億噸（目 前查明儲量）高磷鐵，含鐵 3550%, P 0.81.1%,脈石有SiO2和CaO,可配成 自熔礦，這部分礦石目前仍未開采。其主要原因是我國高磷生鐵煉鋼技術(shù)未掌握。 西歐采用噴石灰粉法冶煉高磷生鐵很成功

41、（LD-AC法和OLP法），在上一世紀(jì) 70年代用高磷鐵水煉鋼年產(chǎn)量越過 5000萬噸，所生成鋼種和用普通鐵水相同。 每噸鋼可生產(chǎn)180kg磷肥（P2O5 1720%），其成本比用普通鐵水高5%,由政府 給予補貼。法國gandrang鋼廠的頂吹OLP法轉(zhuǎn)爐容量達260噸，Sollac廠底吹 噴粉轉(zhuǎn)爐容量達240噸，2座轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)量300萬噸鋼，他們的產(chǎn)品如重軌、馬口 鐵在全世界都有名。大型轉(zhuǎn)爐冶煉高磷生鐵的噴粉設(shè)備， 冶煉工技術(shù)可從國外引進。噴石灰粉法 脫磷很有效。日本為用高拉碳法生產(chǎn)汽車零件，就從阿爾貝德公司引進了 LD-AC 設(shè)備，使用效果良好。我國目前探明含中、高磷鐵礦石約 35億噸。建議

42、國家重視這部分資源的利 用，減少對國外鐵礦石的依賴程度。冶金部以往曾對高磷礦利用組織過有關(guān)單位 進行研究，并制定了開發(fā)計劃，但未執(zhí)行。京唐鋼廠有2座脫磷爐，3座脫碳爐，5個爐子都是按煉鋼轉(zhuǎn)爐設(shè)計的。如 果雙聯(lián)法不能正常應(yīng)用，5座轉(zhuǎn)爐都可煉鋼。這個鋼廠已投產(chǎn)，其效果還待今后 評定。近代轉(zhuǎn)爐鋼廠都有鐵水脫硫設(shè)備，根據(jù)所煉鋼種要求脫硫后鐵水含硫量在 0.0010.01%范圍內(nèi)變化。如生產(chǎn)低硫鋼，應(yīng)用本廠返回廢鋼。外購廢鋼硫含量 高，難于控制。圖19是寶鋼300噸轉(zhuǎn)爐冶煉過程中鋼中硫含量的變化曲線，圖 20是脫硫率變化曲線。吹煉時間t価訶，50303齬當(dāng)D 246810121 斗 IB 佃 20吹煉時

43、間t佃仏圖20吹煉過程中脫硫率的變化由圖19可見，三爐的硫含量曲線變化規(guī)律基本相同。吹煉前期、中期金屬中硫含量一直在增加，這主要是廢鋼熔化和加入渣料中的硫進入鐵水中。吹煉后期由于爐渣堿度提高和渣量加大，鋼中硫含量有所降低。但吹煉終點時鋼中硫但 仍高于脫硫鐵水的硫含量。根據(jù) 31爐的統(tǒng)計，吹煉過程中脫硫率約 31%。由圖 20可見這三爐的脫硫率變化趨勢也相近。轉(zhuǎn)爐脫硫主要在吹煉后期，吹煉終點 用Belaf程序計算的渣-鋼間硫的分配比數(shù)據(jù)見表12及圖21。表12吹煉終點渣-鋼間硫的平衡狀況項目SrSeSr / Sem0.0110.0061.85a0.00470.0030.62n656565由表12

44、可見吹煉終點渣-鋼反應(yīng)未達到平衡，鋼中實際含硫量與平衡偏離的 程度低于脫磷反應(yīng)。吹煉終點硫的平衡如表 13。表13 HT26爐硫的物料平衡項目硫收入項目硫支出重量kg/爐%重量kg/爐%鐵水中S12.9426.38鐵水中S32.6966.65廢鋼中S21.1443.10爐渣中S14.2429.03鐵塊中S2.805.71氣化及其它2.124.32渣料中S2.575.24脫S渣帶入S9.6019.57總計49.05100總計49.05100由表13可知在生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少脫硫渣進入轉(zhuǎn)爐和使用含硫高的廢鋼。在所研究的煉鋼條件下，爐渣脫硫是主要的，氣化脫硫所占比例很小(5.0%)吹煉終渣鋼中硫含量與各

45、工藝參數(shù)的關(guān)系如式(15)所示。_2_3_4_4_5Sr=8.137 102-4.186 103t+0.282S i+1.457 104(TFe)-7.33 104R-9.663 10 5(Ws)+4.732 10-2(S)( 15)式中：t:鋼水溫度C) , (Ws):渣量，(S):渣中硫含量，Si：鐵水含硫。5.轉(zhuǎn)爐除塵轉(zhuǎn)爐未燃燒法除塵可分濕法和干法。濕法除塵使用較早，也很普遍。我國只是近幾年才從國外引進干法除塵。5.1未燃法濕法除塵我國未燃法濕法除塵是1965年在上鋼一廠5噸轉(zhuǎn)爐上開始進行試驗的。對 于濕法除塵中的重要問題都分別進行了專題研究。如微差壓的應(yīng)用，氮幕與微差壓的比較，對于灰塵量、成分、粒度、煤氣成分變化都進行了測定。對于有關(guān)未 燃法的安全問題也進行了研究。5噸轉(zhuǎn)爐的試驗為上鋼一廠 30噸轉(zhuǎn)爐的工業(yè)試 驗提供了依據(jù)。通過30噸轉(zhuǎn)爐的工