天鋼頂底復吹轉爐底吹透氣元件維護實踐

鐘國慶 羅卓 劉曉明 （天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津 300301)

天鋼頂底復吹轉爐底吹透氣元件維護實踐

鐘國慶 羅卓 劉曉明 （天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津 300301)

介紹了天津鋼鐵集團有限公司120 t頂底復吹轉爐底吹透氣元件的維護方法。分析出底吹透氣元件失效的主要原因是透氣磚堵塞、透氣元件侵蝕。通過采取有效的措施，采用初期形成爐渣-金屬蘑菇頭、中后期控制爐底波動的手段，使整個爐役過程中復吹效果良好。

復吹轉爐 透氣元件 熔損 堵塞 防止

1 前言

自1996年我國轉爐鋼廠迅速推廣濺渣護爐技術以來，在提高轉爐爐齡方面取得了顯著的成效，但該技術容易引起轉爐爐底上漲，堵塞爐底透氣元件等情況，使頂底復吹轉爐復吹的冶金效果受到不良影響，致使轉爐爐齡與底吹使用壽命嚴重不協調。我國隨著“爐渣-金屬蘑菇頭”技術的出現，在一定程度上緩解了這一矛盾。天津鋼鐵集團有限公司結合自身的條件，在應用“爐渣-金屬蘑菇頭”技術的基礎上，做了多方面的工作，實現了復吹與轉爐爐齡同步。

2 天鋼情況簡介

2.1 設備情況

天鋼3座120 t頂底復吹轉爐，底吹元件是多孔定向鎂碳質透氣元件。如圖1所示，爐底分布6塊透氣磚，其中4塊布置在0.6D的圓周上，另外2塊布置在0.5D的圓周上。采用的供氣強度為0.03～0.08 Nm3/t·min，冶煉中可以在Ar與N2之間切換。圖2為底吹透氣元件結構示意圖，細金屬管用不銹鋼制作，直徑為3 mm，在透氣元件中排布了5×6根細管。

2.2 工藝情況

2009年天鋼轉爐平均爐齡在18 000爐左右，而有效復吹壽命為4 000爐左右。

圖1 轉爐透氣磚分布示意圖

圖2 底吹透氣元件示意圖

底吹元件失效的原因有透氣元件侵蝕嚴重、透氣磚堵塞、氣管漏氣等多種原因，其中有超過70%是因為透氣磚堵塞造成的失效。天鋼根據自己的狀況，做了有針對性的維護方案，在兼顧防止其它失效形式的情況下，重點對透氣元件堵塞做了預防。底吹元件失效與否直接影響轉爐冶煉的多項指標。碳氧積（[C]·[O])是衡量復吹效果的一個重要標志，它在有底吹攪拌和無底吹攪拌冶煉中存在很大的差異，特別是在低碳出鋼區域，差距更為明顯。如圖3所示，從圖3中可以看出，良好的復吹效果能夠有效降低鋼的氧化性。鋼中氧化性降低，鐵損也會降低，脫氧劑的加入量減少，鋼中的原始夾雜物減少。良好的復吹效果是冶煉高級品種鋼必不可少的工藝條件之一，因此，維護好透氣元件的透氣性，保證良好的復吹效果成為煉鋼過程中的一項重要任務。

圖3 有底吹和無底吹條件下鋼液中碳氧積的對比圖

3 底吹透氣元件失效原因分析和防治措施

轉爐底吹透氣元件失效通常是因為透氣元件熔損嚴重或透氣元件堵塞兩種情況所致。

3.1 透氣元件熔損破壞和防治措施

3.1.1 熔損機理

底吹透氣元件熔損是它失效的主要形式之一，一般發生在轉爐爐役的前期，熔損的機理如下：

（1) 氣泡反擊：吹入熔池的氣流以氣泡方式進入熔池，當氣泡脫離供氣元件瞬間沖擊元件;

（2) 水錘沖刷：氣泡脫離供氣元件時引起鋼水流動，沖刷供氣元件;

（3) 凹坑熔蝕：由于氣體與鋼水的沖刷，在供氣元件周圍形成凹坑，凹坑越深，對流傳熱越差，加劇侵蝕作用;

（4) 轉爐爐役初期，為了更好地控制爐型，一般不采用濺渣護爐，底吹元件直接接觸鋼水，通常會發生下列反應：

以上反應的進行使透氣元件很容易被侵蝕，再加上氣泡反擊、水錘沖刷、凹坑熔蝕等作用在底吹元件上，會很快侵蝕掉供氣元件，嚴重時會引起漏鋼[1]。

3.1.2 防治措施

針對轉爐爐役初期透氣元件侵蝕較重，天鋼制定了爐役初期透氣元件吹口處掛渣黏結修補和快速生成“爐渣-金屬蘑菇頭”的路線，來維護透氣元件。“爐渣-金屬蘑菇頭”可減少氣泡反擊、水錘沖刷、凹坑熔蝕等對透氣元件的不利作用。它的主要作用有：可顯著減輕鋼流、氣流對底部供氣元件的沖刷，減輕對底部供氣元件的熔損;嚴格避免形成沖擊凹坑;具有較高的熔點和抗氧化性能，不易在吹煉末期熔蝕;具有良好的透氣性能，可滿足煉鋼過程底部供氣靈活調整的需要;具有良好的防堵塞功能。

在爐役初期，采用透氣元件吹口處掛渣技術來減緩透氣元件的侵蝕，該技術實施時確保爐渣的性能，使爐渣具有較好的抗高溫侵蝕能力和較強的黏結能力。資料顯示[2]，爐渣中MgO含量控制在8%～10%較為理想。未形成“爐渣-金屬蘑菇頭”時采用大壓力吹氬模式，為供氣金屬管出口形成蘑菇體形核提供良好的動力學條件。因此，終渣MgO含量控制在8%～10%，保證合適的爐渣的熔化溫度，使爐渣具有較高的抗高溫能力。

3.2 透氣元件堵塞和防治措施

3.2.1 堵塞原因

透氣元件堵塞是透氣元件失效的另一主要形式，也是天鋼重點防范的失效形式。造成透氣元件堵塞的原因，一方面是由于爐底上漲嚴重后造成底部供氣元件吹口上部被熔渣堵塞;另一方面是由于管道異物或管道內壁銹蝕產生異物堵塞供氣管，而爐底上漲嚴重是造成天鋼轉爐底吹透氣元件堵塞的主要原因。

3.2.2 防治措施

爐役中后期采用濺渣工藝往往會造成爐底上漲，容易堵塞供氣元件，因此必須控制“爐渣-金屬蘑菇頭”的生長高度，并保證“爐渣-金屬蘑菇頭”的透氣性，在實際操作中主要是控制爐底高度穩定。采用的方法如下。

（1) 控制爐渣的黏度。終渣過黏、過稀都容易黏附在爐底，引起爐底上漲。

（2) 終渣必須化透。終渣化不透，終渣中必然會有大顆粒未熔化的渣料，濺渣時N2的沖擊力不足以使這些未化透的渣料濺起，引起爐底上漲。

（3) 使用激光測厚儀定期測量爐底的高度，當爐底高度產生異常變化時，采用調節冶煉槍位或調節冶煉鋼種等手段。資料顯示[3]，使爐底高度波動控制在100 mm～200mm之間，可有效地保護透氣磚的透氣性。因此，將爐底高度波動控制在100 mm～200 mm之間。

（4) 控制好合適的濺渣時間。隨著濺渣的進行，爐渣不斷變黏，到了后期，N2的沖擊力不足以使黏度變大的爐渣濺起，爐渣將黏附在爐底，使爐底上漲。

（5)及時倒掉剩余爐渣。管道異物或管道銹蝕引起堵塞的防止措施主要是保證供氣設備的質量，要求在砌爐前后都要做好嚴格的檢查。方法是供氣管道使用前必須經過酸洗并干燥，防止銹蝕;砌前、砌后都要進行試氣，試氣正常才能使用;必須保證砌筑時透氣磚位置正確。

另外，當底吹透氣元件出現壓力升高，氣流變小等堵塞征兆時，采用向透氣元件通入壓縮空氣使其復通的技術。通入壓縮空氣時，認真觀察透氣元件的參數，參數正常后馬上換為Ar或N2，以免造成爐底燒穿事故。

4 結束語

天鋼轉爐采用開爐初期促使爐底形成“爐渣-金屬蘑菇頭”，中后期嚴格控制爐底上漲高度結合復通技術以來，底吹透氣元件工作良好，基本杜絕了底吹元件堵塞及其它形式對底吹元件造成的失效，保持良好的復吹效果。2010年2月，倒爐大修的3#轉爐停爐時透氣元件仍保持著較好的透氣效果。可見天鋼目前的維護技術比較成功，能完成使底吹透氣元件工作壽命與爐齡匹配的任務。

[1]王雅幀，李承祚.煉鋼知識問答[M].北京:冶金工業出版社,2003：190-191.

[2]張曉兵,曹兆民,李洪利.頂底復吹轉爐底吹噴嘴端部蘑菇體的冷模擬研究[J].鋼鐵，1992，27（8)：22-25.

[3]張彩軍,張大勇.轉爐復吹與爐齡同步技術的優化與實踐[J].河南冶金，2007，15（3)：41-43.

Maintenance Practice of Porous Plug for TISCO Top and Bottom Blowing Converter

Zhong Guoqing,Luo Zhuo,Liu Xiaoming

The maintenance method for porous plug for TISCO 120 t Top&Bottom Blowing Converter is introduced.Analysis shows the main reasons of its failure are plug clogging and erosion.Effective measures were taken so that a metal mushroom of slag could form at early phase and bottom fluctuation was controlled at intermediate and late phase,which gave good blowing effect during the entire campaign.

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（收稿 2011-07-13 責編 趙實鳴)

鐘國慶，男，2008年畢業于河北理工大學冶金與能源學院冶金工程專業，現在天津鋼鐵集團有限公司技術中心煉鋼研究室從事產品開發和煉鋼工作。