强底吹供气模式下转炉炉底和炉型维护技术

魏 哲

(山西工程职业学院,山西 太原 030009)

国内顶底复吹转炉多使用透气砖式底吹供气元件[1]，底吹供气强度较小，不易形成底吹蘑菇头保护底枪，且炉底容易上涨造成底枪堵塞或炉底蹿气侵蚀炉衬，造成炉衬侵蚀不均衡，转炉炉型变差，搅拌不均匀。本文采用“中心管+环管”强底吹供气模式，研究转炉炉底和炉型的维护技术，实现了转炉炉型的稳定控制。

1 底吹供气元件的布置

某钢厂拥有2座180 t转炉，曾使用弥散型透气砖底吹供气装置，供气强度小，易因炉底串气造成耳轴等部位炉衬侵蚀严重，炉龄缩短。为延长炉底底吹寿命，提高供气强度，维护好炉型，保证经济炉龄，采用“中心管+环管”强底吹供气模式，其中“中心管”内径7 mm，“环缝”宽度1 mm，6个底吹元件在距离炉底中心0.4D范围内不同位置布置，底吹强度由0.03 Nm3/(min·t)提高到0.17 Nm3/(min·t)，满足了转炉大流量底吹要求，大幅提高熔池钢水搅拌强度，有效促进了炼钢碳氧反应的进行[2]。

图1 底吹元件布置示意图

2 炉衬侵蚀和维护机理分析

2.1 使用透气砖供气元件时炉衬侵蚀机理

当使用透气砖供气元件时，由于供气压力小，气流以气泡的形式进入熔池，底吹部位产生“气锤效应”，气泡脱离透气砖端部的瞬间对其周围的耐火材料产生冲击，同时引起局部的钢水剧烈搅动，由于气体与钢水的共同冲刷，在透气砖周围形成凹坑，凹坑越深对流传热越差，越加剧透气砖的蚀损[3-4]。因上述原因，透气砖寿命缩短，再加上底吹供气强度小容易被渣层覆盖造成底吹堵塞，导致炉役中后期炉底实际没有底吹效果，并且炉底增高后，整个炉型结构变差，流场紊乱，炉衬整体侵蚀加快。

2.2 “中心管+环管”底吹供气模式炉衬维护机理

(1)快速成渣

使用“中心管+环管”底吹供气元件后，底吹强度大大增加，消除了底吹堵塞影响，同时使吹炼结束保持较大留渣量可行，使下炉转炉后快速成渣，并且前期渣具有一定碱度及MgO含量，避免了前期酸性渣对炉衬的侵蚀。

(2)炉底流动改善

使用透气砖时，熔池搅拌主要依靠顶枪氧气搅动，氧枪射流冲击液面形成凹坑，重力作用下凹坑边部钢液向下运动，周围钢水填补这部分钢水位置带动钢水运动。这种情况下熔池表面搅拌较好，但是熔池内部搅拌较差，透气砖供气强度小，炉底钢水流动较弱，容易形成积渣造成炉底上涨[3]-[4]。使用“中心管+环管”底吹供气元件后，底吹强度大大增加，底吹气体带动钢水向上的动能增强，在炉壁与底吹元件间形成较强的底部环流，能够避免渣子粘附，保持炉底高度。

(3)冷却效果加强

“中心管+环管”供气保证底吹元件有良好的冷却性能，实际使用中在底吹元件上面不会形成蘑菇头，但是以底吹眼为中心会形成直径接近20 cm的暗圈，表明这一区域温度较低，减少了耐火材料的侵蚀，“中心管+环管”底吹元件吹炼过程中温度变化范围要比使用透气砖时小。

(4)隆起保护

底吹供气强度提高后，炉壁与底吹元件间形成的底部环流变强，钢水沿炉壁向下运动冲击炉底部位移动，由透气砖供气时接近透气砖向炉壁方向移动，距离底吹元件有一定距离，使钢流在底吹元件之前上扬，非但不会形成凹坑，反而会在底吹元件周围形成一定高度的隆起，对底吹元件形成保护。

3 转炉强底吹供气制度

随着转炉底吹供气强度增加，熔池搅拌效果明显改善，由于转炉采用溅渣护炉技术，溅渣结束后炉底有一定渣层，这对有效底吹强度有一定的抵消作用[5]，在保证底吹寿命的前提下，要提高转炉熔池的动力学效果，选择将底吹供气强度提高到0.25 Nm3/(min·t)，提高供气强度是保证良好底吹效果的关键因素。

为此开展试验研究，确定冶炼过程各阶段转炉底吹供气强度如表1所示:

表1 180t转炉底吹元件改造后冶炼各阶段供气制度表

底吹供气强度提高后，可有效增强底吹搅拌效果，促进脱磷脱碳反应进行，加快熔池脱碳速度，降低钢液中溶解氧含量。采用新型供气元件后，优化调整了转炉底吹供气强度。对比180 t转炉工艺优化前后转炉冶炼过程中底吹供气强度曲线如图2所示。

图2 180 t转炉工艺优化后底吹供气强度

转炉底吹供气系统改造后，改变了原底部供气不足的状况，提高了熔池搅拌能力，增加了渣钢反应界面，促使碳-氧反应均衡进行，吹炼更加平稳，脱碳速度加快，供氧时间缩短。同时使熔池内钢水成分和温度分布更加均匀，有利于准确控制出钢温度和钢水成分，提高钢水质量[6]。

4 转炉炉底和炉型维护

4.1 炉底厚度稳定控制

180 t转炉的炉底厚度为1 250 mm，冶炼过程定期采用测厚仪对转炉炉型进行测定，依据测量数据进行动态监护。采用新型底吹供气元件和高强度供气制度后，针对新炉役初期，试验确定新砌炉底以侵蚀250 mm为宜，原因是底枪耐火砖侵蚀250 mm时，上面覆盖100～200 mm的渣层加以保护，正好与炉底厚度相仿，既能保证供气元件的透气效果，又能保证稳定的炉容比，便于炉型稳定控制。

通过不断试验实践，确定炉底维护控制要点为：

(1)通过测量炉底，将炉底变化幅度控制在100～200 mm以内；当炉底过薄，侵蚀厚度≥300 mm，应采取延长溅渣时间、加大溅渣频率、粘渣挂渣等方法，促使炉底生长。

(2)根据底吹供气元件的压力-流量关系、炉底测量结果，若发现炉底上涨较高，采取如下措施:

①溅渣护炉采用“两低、一高、一短”的方法，即“两低”指溅渣枪位低，渣中(MgO)要低(8 %～10 %)。“一高”指溅渣N2压力要高。“一短”指溅渣时间要短，基本上≤3.5 min。

②采用提高底吹气量的方法，增加复吹效果。

③采用出钢后不调渣工艺，直接进行溅渣操作。

(3)转炉冶炼各阶段底吹供气流量根据炉役不同阶段进行调整，以保持底气畅通为目标，同时对炉底溅渣层的厚度做出规定，炉役前期100 mm左右，炉役中期150～200 mm，炉役后期200～250 mm。

4.2 炉型的维护与稳定控制

针对大流量转炉底吹供气工艺，进行了转炉炉型的维护技术研究，实现了转炉炉型的稳定控制。主要技术措施如下：

(1)采用“中心管+环管”底吹供气模式后，研究计算了底吹气体不同的压力、流量时，中心管气体冲入钢液受热膨胀的高度，确定底吹供气强度≥0.10 Nm3/(min·t)，底吹气体形成的钢水流动不会对炉底耐火材料造成侵蚀形成凹坑。

转炉底吹供气元件实现单独供气模式后，转炉各支管底吹供气流量根据不同吹炼阶段、侵蚀情况动态调整，保持底气畅通和炉底侵蚀均匀，避免了蹿气造成局部搅拌过大对耳轴炉衬等部位的侵蚀。

(2)转炉底吹供气强度增加后，消除了底吹元件的堵塞，转炉溅渣后保持较大的留渣量，提高了下一炉转炉前期成渣速度，避免了前期酸性渣对炉衬的侵蚀；

(3)在稳定控制炉底厚度的同时，优化了转炉溅渣工艺，底吹气体冷却后的炉渣粘附力强，炉衬厚度控制稳定。转炉溅渣工艺参数见表2。

表2 转炉大流量底吹供气下溅渣工艺制度

(4)优化转炉装料前铺底石灰加入量及加入工艺。石灰、轻烧白云石等辅料加入量增大，石灰加入后摇炉使石灰铺到加废钢冲击区，减少废钢对炉衬的冲击，规定废钢加入后再加铁水操作，使铁水冲击到废钢上，避免铁水流对炉衬侵蚀，保证转炉炉型不变。

4.3 炉底炉型维护效果分析

采取炉底炉型维护技术后，分析对比1#BOF本炉役和2#炉上炉役(全部使用透气砖)炉衬侵蚀情况，具体分析如下表所示：

表3 炉衬侵蚀情况比较

通过上表数据对比可知，1#转炉的炉衬侵蚀(冶炼脱硅炉衬侵蚀厚度除外)明显低于2#转炉，说明目前1#转炉使用的底吹供气模式(中心管+环管)炉衬的侵蚀速度最慢，在耳轴部位体现的更为突出，这与1#转炉底吹一直裸露有一定关系。

图3 1#BOF本炉役炉况

图4 2#BOF上炉役炉况

通过对比上图可知:1#转炉炉底维护的比较好，基本没有出现炉底大的起伏，仅在冶炼完脱硅后特意将炉底维护起来；2#转炉使用透气砖时炉底维护的非常不好，长时间处于高炉底情况。上述情况间接表明了1#转炉底吹供气模式，即“中心管+环管”的底吹效果是最佳的。

图5为180 t转炉炉龄2 600次时使用不同底吹供气元件炉型比较，可以看出使用透气砖时炉型较差，炉底高低不平，造成耳轴部位侵蚀大；转炉使用“中心管+环管”时，炉底高度均匀，整体炉型良好，炉衬侵蚀很小。

(a)使用“透气砖”时炉型 (b)使用“中心管+环管”时炉型图5 180 t转炉使用不同底吹供气元件时炉型比较

5 结论

通过分析使用透气砖时炉衬侵蚀，探索了“中心管+环管”底吹供气模式炉衬维护机理，开发了转炉强底吹供气制度，实施单独供气模式，设置冶炼各阶段供气强度，并根据炉役不同阶段进行调整；在稳定控制炉底厚度的同时，采取优化转炉溅渣工艺、溅渣后保持较大的留渣量、装料前调整铺底石灰加入量及加入工艺等措施，实现了炉底和炉型的稳定控制。

在强底吹供气模式下，溅渣护炉效果好，炉衬侵蚀小，解决了转炉底吹元件供气量小不易形成蘑菇头、炉底上涨堵枪或蹿气侵蚀炉衬、

底吹元件不能单独供气、某一底吹管堵不能及时复通，造成偏流搅拌不均匀等问题。当前转炉各部位炉衬侵蚀速度在0.5 mm/炉以下，整体炉型维护较好。此外，转炉底吹寿命得到了较大提升，达到了保持底吹效果与炉底侵蚀间的平衡，实现了底吹与炉龄同步的目标。