国内氧气转炉炼钢的几个技术问题-杨文远

国内氧气转炉炼钢的几个技术问题 钢铁探讨总院工艺所 杨文远 2009-4-1 1．转炉的生产实力及容量分布 我国2008年底的炼钢实力约为6.6亿吨/年，其中转炉炼钢实力约为5.6亿吨，电炉钢1.0亿吨（15），不同容量转炉的分布如表1。 表1 国内转炉的容量分布 转炉类型 座数 吨位 平均容量 大型转炉 34 5.52 8910 20.19 262.1 中型转炉 151 24.51 18400 41.69 121.9 小型转炉 431 69.97 16830 38.12 39.0 合计 616 100 44140 100 71.7 表2 国内大型转炉（200300吨）的吨位及座数 序号 厂 名 吨位座数 序号 厂 名 吨位座数 1 宝钢一炼钢 3003 7 鞍钢三炼轧 2503 2 宝钢二炼钢 2503 8 马钢四炼轧 3002 3 武钢三炼钢 2503 9 武钢四炼钢 2002 4 首钢二炼钢 2103 10 鞍钢鲅鱼圈 3003 5 首钢迁安 2103 11 邯钢四炼钢 3002 6 包钢二炼钢 2102 12 曹妃甸京唐 3003 共计12个炼钢厂，34座转炉，总计8910公称吨。 我国转炉的总吨位及炉子总座数都是世界第一，但炉子的平均吨位为71.7吨/炉，远低于世界上工业发达国家。近年来我国新建了许多大、中型转炉，但同时新建了更多的小型转炉，使得我国转炉平均吨位近17年内仅增加了29.1吨/炉（1992年转炉148座，总容量6305吨，平均42.6吨/炉）。在我国小型转炉中，多数小于50吨。 近几年新建的转炉多数在100吨以上，其中包括鞍钢、武钢、马钢、京唐等大型转炉厂，这部分钢厂的装备条件属于当前世界上的先进水平，在今后炼钢生产中将起到重要作用。 我国转炉炼钢的年产实力大约过剩1.4亿吨，首先应当关停小转炉，大、中型转炉中的陈旧设备也应部分关闭。 近十几年国外钢铁企业都在淘汰落后设备，炉子的平均容量加大，数目削减。例如德国自1970年以来转炉由45座削减到22座，电炉削减60座，平炉全部淘汰。法国的转炉由29座削减到9座，淘汰了全部平炉。日本改造了一些落后的转炉厂，如和歌山厂采纳了新工艺由6座转炉减为3座转炉，其钢产量不变。美国的转炉数目削减部分缘由是被电炉短流程代替。 近十几年来国外新建大型转炉厂不多，主要是俄罗斯几个钢厂的平炉改成200300吨的大型转炉。巴西和印度新建了几座中型转炉。国外主要产钢国家转炉平均吨位为200吨/座。我国转炉平均吨位为发达国家的1/3。 2．转炉高效吹氧技术 采纳转炉高效吹氧技术的目的是提高转炉生产率，降低成本和淘汰落后设备。 自1996年以来钢铁探讨总院在唐钢、涟源钢厂、海鑫钢厂、太钢、首钢、宝钢、武钢等22个钢厂进行了强化转炉供氧操作的探讨。通过提高转炉供氧强度和优化造渣操作，使转炉炼钢的吹氧时间缩短1.53分/炉，钢产量提高815。 在进行转炉强化供氧探讨中，通常进行以下工作①测量氧气管道压力损失。②设计高供氧强化的喷头。③测量喷头射流流场特性和进行氧射流与熔池作用的水模试验。④制订新的供氧、造渣工艺制度，并通过在转炉上进行吹炼试验加以完善。在试验当中对于化渣、喷溅、脱磷、脱硫等项目都要探讨。为了系统地了解成渣过程与化渣状况，还对炉渣的流淌温度、岩相进行了系统的检测。通过上述探讨，使转炉炼钢的供氧、造渣操作达到基本上合理。 转炉设备系统的改造通常包括加大氧枪直径、提高转炉风机的排烟实力和烟气净化系统的实力。 转炉进行强化供氧的设备改造和工艺探讨的同时，还应使铁水、氧气、石灰等原料供应、连铸的生产实力等与转炉的炼钢实力的提高相适应。 近两年宝钢与钢铁探讨总院合作进行的“大型转炉低硅铁水高效吹炼技术探讨”取得了良好效果。通过改进氧枪喷头参数，加入合成渣等措施，解决了低硅铁水炼钢化渣困难，脱磷率低，粘枪、粘烟罩等问题。同时，将转炉的氧流量由5万Nm3/h提高到6万Nm3/h，缩短了供氧时间，提高了生产率。2005年在宝钢一炼钢进行的高效吹氧技术探讨，将氧流量由6万Nm3/h提高到6.9Nm3/h，供氧强度达到3.83Nm3/t钢。使吹氧时间保持在14.5min/炉左右。而且化渣、脱磷效果良好。使供氧强度达到国际先进水平。图1是转炉高效吹氧的技术方案示意图。 图1 高效吹氧技术方案示意图 表3是几个大、中型钢厂采纳高效吹氧技术的效果。 表3 采纳转炉高效吹氧技术的效果 序号 厂 名 供氧强度 Nm3/t.min 缩短吹氧时间 min/炉 增加钢产量万吨/年 经济效益 万元/年 1 宝山钢铁股份有限公司一炼 3.89 2.1 2 宝山钢铁股份有限公司二炼 3.33 1.5 102.95 11118.6 3 太原钢铁（集团）有限公司 4.1 4.0 20.53 4721.3 4 湖南华菱涟源钢铁公司 4.23 2.0 44.52 5620.8 5 山西海鑫钢铁集团公司 4.0 1.5 19.0 6232.7 6 四川省川威集团有限公司 4.13 1.3 31.0 4700.0 7 萍乡钢铁有限责任公司 4.44 1.5 23.29 6234.8 各转炉钢厂的其它技术经济指标也得到了适当改善，如宝钢二炼钢金属收得率提高0.3；太钢二炼钢脱磷率提高7.9；首钢三炼钢金属收得率提高0.26kg/t钢，石灰消耗削减1.23kg/t钢。 转炉氧枪喷头参数的选择 转炉氧枪喷头参数的选择是转炉高效吹氧的关键技术，由于氧枪喷头参数较多，各钢厂的原材料、生产品种、操作习惯等方面都有较大的差别。所以对于不同吨位的转炉只能给出一个选择喷头参数的大致范围，在生产中试用，再逐步进行参数优化。表4的数据供参考。 表4 不同吨位转炉喷头参数范围 喷头参数 转炉吨位t 200300 100200 100 供氧强度Nm3/t.min 3.24.0 3.44.3 3.84.6 喷孔个数 57 45 34 马赫数 1.92.3 1.82.2 1.72.0 喷孔倾角度 1116 1015 914 喷孔布置方式 交织布置或同圆周布置 交织布置或同圆周布置 同圆周布置 氧枪喷头设计所需的公式是由热力学和流体力学中一维可压缩流推导出来的。对于氧气可给出下列公式 T/TO （1 M2/5）-1 （1） r/rO （1 M2/5）-5/2 （2） P/PO