世界钢铁装备技术研究报告-炼钢连铸卷

世界钢铁装备技术研究报告-炼钢连铸卷内容摘要：

9 第一章： 顶底侧吹转炉炼钢新技术工业实验 第一节：顶底侧吹转炉炼钢新技术现状 目前，大多数的转炉均采用顶底复吹的吹炼技术把铁液冶炼成为钢液。 在顶底复吹转炉炼钢中，当底枪畅通时或者底枪可见时，从底部吹入的气体能够有效地搅拌熔池，促进熔池的传质速率，改善渣金间的冶金反应动力学条件，提高渣金反应界面积和反应速度。 不仅可以提高转炉的脱磷能力和脱碳能力，而且还可以降低吹炼终点熔渣和钢液的氧化性。 顶底复吹转炉的熔池 搅拌能力可以通过优化底枪支数和底枪布置以及底吹供气强度来提高，但是当熔池的混匀时间缩短到一定的程度后，就难以再通过底吹工艺优化来进一步降低熔池的混匀时间。 另外，转炉采用溅渣护炉工艺，可以大幅度提高转炉炉龄。 但是，溅渣护炉会引起炉底上涨，造成底枪端部被炉渣覆盖，这时从底枪吹入的气体对熔池的搅拌能力下降，从而影响到转炉内的渣金反应和吹炼终点的氧化性，使复吹转炉的优越性未能充分发挥出来。 为了提高顶底复吹转炉熔池的搅拌能力，进一步缩短复吹转炉的熔池混匀时间，同时避免因转炉采用溅渣护炉工艺所造成熔池搅拌能力 下降的问题。 东北大学提出了在转炉上采用顶底侧吹技术的思想，首先在实验室进行实验研究，确定了 30t 转炉的顶底侧吹工艺，然后在福建三钢的 30t转炉进行工业实验。 通过研究开发出了顶底侧吹转炉炼钢新技术，取得了良好的冶金效果。 第二节： 实验设备与条件 福建三钢 1号 30t 转炉的炉底为平炉底，每炉装入铁水 23～ 25t、废钢 3～4t、生铁 5～ 6t，熔池深度在 900～ 1100mm 之间。 转炉吹炼采用的三孔氧枪喷头，喷孔夹角为 10． 5186。 ，吹炼时氧气流量为 7600～ 7800Nm3／ h，供氧时间为11～ 13min。 主要冶炼钢种为 HRB 系列和 Q235。 人炉的铁水条件如表 1所示。 表 1 入炉铁水成分和温度 % 组元 C Si Mn P S T/℃ 范围 ~ ~5 ~0 ~8 ~2 1271~131 10 2 平均值 1285 该转炉原来是顶底复吹转炉，有三支底枪。 在此基础上，通过实验室水模实验，确定侧吹枪支数、安装位置和测吹气体流量。 最 后确定在出钢侧熔池液面下一定位置安装一支侧吹枪，组成顶底侧吹转炉。 新炉役于 2020 年 5 月 12 日开炉，到 2020年 10月 6日侧吹枪停用，该转炉采用顶底侧吹技术共冶炼了 7776炉钢。 第三节： 实验结果与分析 由于铁水、废钢和生铁成分变化大的原因，为了使转炉采用顶底侧吹技术与顶底复吹技术的冶金效果的对比具有代表性，选择相同时间的顶底侧吹转炉和顶底复吹转炉炼钢的技术指标进行对比。 同车间的 3 号顶底复吹转炉与 1 号顶底侧吹转炉的炉龄相近，其冶金技术指标也较好，所以选择 3 号转炉与 1 号转炉的冶金效果进行对比。 在开新炉阶段，为了安全起见，采用较小的侧吹气量。 安全得到保证后，进行不同侧吹模式的实验，最后确定一个侧吹模式进行供气。 从 5月 28日至 9月 22日每周对 1 号、 3 号转炉，随机测定 10 炉出钢钢水的氧含量和分析炉渣成分，根据出钢钢水分析的碳含量，计算转炉吹炼终点出钢钢水的碳氧浓度积。 对每周的生产数据进行统计，对比 1 号、 3 号转炉冶炼技术指标。 钢铁料耗、石灰消耗 1 号 TBS 炉和 3 号炉在实验期间的总平均钢铁料消耗和总平均石灰单耗，可以看出， 1号炉的平均钢铁料消耗均低于 3号炉， 1 号炉总平均钢铁料消耗比3 号炉低 1． 01kg／ t。 在实验阶段， 1号 TBS 炉总平均石灰单耗也低于 3 号炉，总平均的石灰单耗 1 号炉为 50 83kg／ t，而 3号炉为 53． 36kg／ t。 由此可知，1 号炉的石灰单耗比 3 号炉低将近 3kg／ t。 1 号 TBS、 3 号炉总平均终渣碱度， 1 号炉的总平均终渣碱度为 3． 03， 3号炉的总平均终渣碱度为 2． 99。 由此可知， 1号炉和 3 号炉的终渣碱度相近。 由 11 于 1 号炉的石灰单耗比 3 号炉低，所以，有了侧吹的 1 号 TBS 炉，因为动力学条件的改善，使得石灰比 3 号炉更有利于溶解进入渣中。 出钢【 C】、【 Mn】 1 号炉的总平均出钢【 C】、【 Mn】含量高于 3号炉。 1号炉总平均的出钢【 C】为 6． 85179。 102％、总平均出钢【 Mn】为 19． 00179。 102％， 3 号炉总平均的出钢【 C】、为 6． 41179。 102％、总平均出钢【 Mn】为 18 45179。 102％。 、 一倒和出钢【 P】 从 5 月 28 日至 9月 22 日期间 1号炉和 3号炉总平均的一倒【 C】和【 P】看出，在 1 号炉的总平均一倒【 C】与 3号炉的相近的前提下， 1号炉总平均的一倒【 P】比 3号炉低 0 0035％。 因此，顶底侧吹转炉，由于增加了侧吹气体对熔池的搅拌，改善了 反应动力学条件，有利于提高脱磷效果。 不同时间段 1 号、 3 号炉一倒【 P】和出钢【 P】。 除 6 月 23～ 30 日外， 1号炉的一倒【 P】均低于 3 号炉，但在 6月 16 日～ 7 月 6目期间， 1 号炉的出钢【 P】含量高于 3号炉。 这种情况，与操作工对顶底侧吹转炉炼钢新技术还不熟悉有关。 因为增加侧吹后，转炉脱碳速度加快，补吹时枪位控制不好，影响补吹阶段的脱磷。 从 7 月 14 日开始，由于操作水平提高， 1号炉的脱磷效果明显好于 3 号炉，该阶段总平均的出钢【 P】比 3 号炉低 0． 0025％。 一倒和出钢炉渣 T． Fe 1 号炉的 平均一倒炉渣 T Fe 低于 3 号炉， 1 号炉总平均的一倒炉渣 T． Fe为 12 15％， 3 号炉总平均的一倒炉渣 T Fe 为 13． 35％，从分析得到的一倒炉渣成分计算一倒的炉渣碱度可知， 1 号炉总平均的一倒炉渣碱度为 2． 85，而 3号炉的为 2． 78。 1 号炉的平均一倒炉渣 T． Fe 比 3号炉的低，而一倒炉渣碱度比 3 号炉略高，在这样的一倒炉渣成分下， 1 号炉的一倒钢水【 P】含量比 3 号炉低 0． 0035％，说明 1 号顶底侧吹转炉比 3 号炉具有更好的脱磷能力。 1 号炉出钢炉渣总平均 T． Fe 比 3 号炉低， 1 号炉总平均出钢炉渣 T Fe 为16． 45％， 3号炉的为 17． 84％。 由于 1 号炉一倒和出钢炉渣 T． Fe 比 3 号炉低，因此， 1 号炉的钢铁料消耗比 3 号炉低。 12 出钢碳氧浓度积． 转炉炼钢钢水的碳氧浓度积是反映转炉熔池搅拌效果好坏的一个重要指标。 熔池搅拌效果好，钢水的碳氧反应接近热力学平衡，吹炼终点钢水的碳氧浓度积低。 若熔池搅拌能力差，钢水的碳氧反应远离热力学平衡，吹炼终点钢水的碳氧浓度积高。 侧吹枪是否堵塞，可以通过观察，在出钢时侧吹枪吹出的气体是否对钢水有搅拌作用判断出来。 当侧吹枪堵塞时，由于熔池搅拌能力下降，测定的 6 炉出钢碳氧浓度积 中有 5 炉的出钢碳氧积偏离热力学平衡线大，碳氧浓度积高，侧吹枪堵塞时测定的碳氧浓度积平均为 0． 0036。 当侧吹枪畅通时， l 号炉的出钢碳氧积与碳氧反应 (Pco=0． 1MPa)热力学平衡线很接近，平均值为 0． 0022，说明这时熔池的搅拌效果很好。 在该时间段， 3 号炉的碳氧浓度积多数也偏离热力学平衡，平均为 0． 0029。 合金元素收得率 根据铁合金成分和出钢钢水成分以及合金化后钢水成分，对 1号、 3 号炉钢水的锰、硅元素收得率进行计算。 结果表明，由于 1 号炉冶炼的钢水的氧化性比 3 号炉低，所以 1号炉的锰、硅元素收得 率高于 3 号炉。 1号炉总平均 Mn 的收得率为 94 50％，总平均 Si 的收得率为 91． 25％。 3号炉总平均 Mn 的收得率为 91． 52％，总平均 Si 的收得率为 87． 52％。 侧吹枪形貌 从 1 号炉在 5542 炉和 6290 炉时侧吹枪的形貌可见，在侧吹枪端部有蘑菇头形成，蘑菇头的存在有利于保护侧吹枪，在蘑菇头上可以看到气体流过的孔洞。 在 1 号炉有侧吹的 7776 炉中，侧吹枪始终是裸露可见的，倒炉出钢时能观察到侧吹气体搅拌钢水的现象。 因此，侧吹气体对转炉熔池一直具有良好的搅拌作用。 (1)顶底侧吹转炉 熔池搅拌能力得到提高，可以降低出钢碳氧积，平均出钢碳氧积为 0． 0025，比 3 号炉的平均出钢碳氧积低 0． 0006。 (2)顶底侧吹转炉改善了渣金间的反应，脱磷能力高，在一倒和出钢炉渣 13 T． Fe 含量比 3 号炉低的条件下，平均一倒磷、平均出钢磷分别比 3 号炉低0 .0035％、 0． 0025％。 (3)顶底侧吹转炉有利于石灰溶解，石灰单耗比 3 号炉低将近 3kg／ t 钢。 (4)顶底侧吹转炉由于出钢钢水和炉渣氧化性降低，钢铁料消耗比 3 号炉降低 1． 01kg／ t 钢，合金元素收得率增加。 (5)在侧吹枪端部有 蘑菇头形成，有利于保护侧吹枪， 1 号炉在有侧吹的 7776炉中，侧吹抢始终裸露可见。 第二章： 大型转炉高效吹炼技术开发及应用 提高转炉供氧强度能大幅度缩短吹炼时间，是炼钢增产的有效手段。 1990～1994 年，宝钢 300t 转炉供氧流量由 50000m3／ h 提高到 60000m3／ h，供氧强度由 2． 8m3／ (tcmin)提高到 ／ (t． min)，平均吹炼时间缩短为 16． 6min，有效提高了炼钢产能。 为了应对 4 号高炉投产以及高炉扩容后炼钢能力不足的矛盾，必须进一步提高炼钢的生产能力。 为充分发挥公司产能 效益，对宝钢 300t转炉进行了更高供氧强度、提高炼钢产能的研究。 第一节： 管道压力损失测定 在氧气顶吹转炉炼钢中，当氧枪喷头喉口面积确定之后，氧流量由炉前操作室的压力 P1控制。 氧气流经输氧软管，氧枪内管到喷头喷出。 在这段输氧过程中，因气体与管壁的摩擦及氧流方向和管道断面的改变，造成氧气压力损失。 压力损失的大小与氧气在管中的流速有关。 喷头前的滞止压力 P。 是氧抢喷头设计的重要参数，决定了氧气射流的初始状态。 在实际生产条件下，喷头前的滞止压力很难直接测定，必须通过管道压力损失测定来确定控制室操作压力与喷头 前滞止压力的关系。 为正确设计氧枪喷头及确定氧枪操作压力提供依据。 通过氧枪管道压力损失测定，可以判定现用枪体尺寸是否能满足提高供氧强度的要求。 为了安全，在测试过程中用氮气作为流体介质，将所得到的测试结果用氮、氧重度比进行修正，可得到氧气的管道压力损失。 经过测定及计算，宝钢 300t转炉供氧系统管道压力损失与工作氧压的关系为： △ P=+ (1) 14 式中为△ P 压力损失， MPa； P1为工作氧压， Mpa 当氧气流量在 60000～ 69000m3／ h 范围内，氧气管道的压力损失为 0 04～0． 05MPa，氧气流速为 39． 8m／ s。 氧枪内管的氧气流速低于安全值 60m／ s。 提高供氧强度后，氧枪内管氧流速仍处于安全流速范围之内。 第二节： 氧枪喷头设计 喷头主要参数选择 根据宝钢 300t 转炉 OG 系统的能力，供氧流量不能超过 70000m3／ h。 按照 6 孔交错喷头计算的射流性质，并参考宝钢原 5 孔喷头使用情况设计了 6 孔交错喷头。 为使氧气流量由 60000m3／ h 增加到 68000m3／ h，重新计算了喷孔的喉口直径。 6 孔喷头喉口面积较原 5 孔喷头增加了 %。 6 孔交错喷头与 5孔喷头参数对比见表 1。 表 1 6 孔喷头与 5 孔喷头参数对比 喷头类型 dt,mm de,mm α，度 n M 喷孔位置 内外孔流量比 % V02， M/S 6 孔 51 3 内孔 13 3 外孔 5 孔 0 1 中心孔 12 4 周边孔 6 孔喷头与原 5 孔喷头的射流性质及其与熔池作用情况见表 2。 表 2 中 L 为氧射流对熔池的穿 透深度，用 Flinn A 公式计算； L。 为熔池深度；氧射流对熔池搅拌能量和熔池的混匀时间是根据 Tsuyoshi Kai 公式计算。 表 2 射流与熔池作用数据表 项目 射流出口动量，L/L0 搅拌能量， W/ m3 混匀时间，S 6 孔喷头 13377 ～ 29456 72～ 80 5 孔喷头 11496 ～ 29592 72～ 80 6 孔交错喷头的正常工作氧流量为 68000M3／ h，较原 5孔喷头高 13． 3％；射流出口速度高 3． 15％；射流出口总动量 13377kg178。 m／ s，比原 5 孔喷头高16． 4％。 射流出口总动量增加，主要是由于工作．氧流量加大，喷孔出口马赫数提高的作用较小。 6 孔喷头的搅拌能量比原 5 孔喷头减少约 0． 5％，熔池的 15 混匀时间变化不大。 氧射流与熔池作用的水模试验 为了比较 6 孔。