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                150t轉爐改變底吹風口布置、優化底吹工藝

                發布時間:2021/01/16 行業新聞 標簽:耐火磚瀏覽次數:219

                1、復吹轉爐現狀
                南京鋼鐵聯合有限公司(以下簡稱“南鋼”)第一煉鋼廠有3座150t頂底復吹轉爐,實際出鋼量約155t,年產量約450萬t,平均冶煉周期40min;配備激光測厚儀、副槍技術。冶煉鋼種有管線鋼、髙強船板、低溫容器板、儲罐板、超髙強、耐磨、鎳系鋼、特殊用鋼等,視鋼種要求可采用單渣法、雙渣法和雙聯法操作。轉爐冶煉輔料主要有石灰、石灰石、生白云石、返礦等,生料使用比例>70%。
                目前全爐役過程平均碳氧濃度積為0.003%,超低碳鋼(轉爐冶煉終點碳含量<0.035%)終點氧含量過髙,降低了鐵水的收得率,增加了脫氧劑合金消耗,影響鋼水質量;中碳鋼爐渣中氧化鐵含量過高,平均為18.93%,鋼水收得率低,同時惡化爐況。轉爐吹煉輔料、生料比例較高,爐渣難化,氧槍由于結瘤更換頻繁。
                南鋼150t轉爐在爐底半徑0.3R(R為爐底半徑)、0.6R處布置了10塊底吹透氣磚,如圖1所示。相較于國、內外其他鋼廠其底吹孔數較多,將導致底吹流股相互干擾,降低了對熔池的攪拌效果。根據生產的鋼種對氮含量的要求,底吹氣體可采用氮氬切換模式。為防止爐底厚度侵蝕過快,底吹供氣強度最大為0.03m3/(min•t),依據煉鋼原理采用“高一低一高”模式,爐齡在3000爐左右時,底吹風口基本堵塞,無法實現復吹效果。
                2、底吹優化實踐
                2.1底吹風口布置及底吹熱換技術應用
                為了避免位于0.3R處的4個底吹風口對頂吹形成擾流,弱化底吹效果,同時考慮底吹改造成本,保留位于0.6R處的6個底吹風口,在其圓周均勻布置;開爐時先使用4個40°底吹風口,另2個0°底吹風口用盲板砌筑,作為備用風口,后期可應用底吹熱換技術進行快換。
                底吹風口的壽命受裝備、工藝以及實際生產中意外因素的影響•易熔損、堵塞,實現全爐役過程復吹難度很大。根據鞍鋼公司、寶鋼公司經濟爐齡及爐底底吹效果的實際應用情況,爐役全過程轉爐底吹必須“可視化”,才能確保良好的底吹效果。近年來底吹風口磚熱換技術逐漸成熟,當風口底吹效果減弱或消失時使用鉆孔機對舊風口進行更換,可實現全爐役髙效復吹。
                南鋼第一煉鋼廠轉爐底吹透氣芯磚,由22根直徑為3mm的不銹鋼鋼管埋入,具有良好的抗侵蝕、抗熱震性能。
                目前”轉爐已進行4次底吹快換,可實現1h取下殘磚,2h更換好新磚,同一位置能夠進行多次熱更換,確保全爐齡過程的復吹。該技術在轉爐的應用可解決生產過程中底吹風口惡化、失效的問題,保證全爐役過程具備良好的熔池動力學條件,改善碳氧平衡,提髙冶煉效率。
                2.2  底吹強度優化
                底吹氣體的供氣強度對攪拌的影響可以用熔池的均勻混合時間γ來評估。
                由上式可知,隨著底吹氣體流量增加,對熔池的攪拌能增大,混勻時間隨之減小,因此適量增加底吹供氣強度有利于提高復吹轉爐的冶金效果。
                南鋼轉爐設計底吹強度最大為0.1m3(min•t),實際生產中根據鋼種成分設計要求采取不同的底吹強度模式:對于低碳鋼,為保證去除碳的同時,碳氧積盡量低,底吹強度最大值為0.08?0.1m3/(min•t);冶煉髙碳鋼時,為避免終點碳含量過低,適當降低底吹強度,最大值約0.04m3(min•t)。
                冶煉過程底吹強度采用“高-低-高”模式:冶煉前期主要為生料分解、化渣過程,因此采用高底吹強度,可以促進生料快速均熱分解、化渣;中期由于碳氧反應激烈,高底吹強度會使爐內反應過快,渣中氧化鐵減少,爐渣熔點升高,從而導致“爐渣返干”;末期采用高底吹強度可以降低渣中氧化鐵含量,提高鋼水收得率,降低鋼中氧含量,減少脫氧劑、合金消耗,減少鋼中氧化物夾雜,均勻鋼水成分、溫度、提升鋼水質量。
                2.3  爐襯案例措施
                2.3.1砌筑工藝改進
                為適應高底吹強度對耐火材料的影響,提高轉爐耐火材料的安全系數,改變了耐火材料的砌筑工藝:一方面保持爐底總厚度1200mm不變,將工作層鎂碳磚厚度從800mm提高至970mm,永久層燒鎂磚厚度從300mm降低至130mm;另一方面改變爐底與爐身返平部位的砌筑方式,減少爐底返平磚及搗打層厚度,采用全弧形爐底與爐身過渡方式,防止爐底變薄后出現爐底滲鋼甚至漏鋼等惡性事故的發生。
                2.3.2風口流量控制
                高強度、可視化底吹風口在實際運行過程中,4個風口所在爐襯部位存在不同的侵蝕速率,在開盲板更換新的透氣磚之前,需要降低爐襯薄弱處風口支管流量以保證爐襯安全。
                原有的設備是通過設定氣體總管流量,然后均勻分配到4個支管,人工利用底吹閥門站手閥調小流量,會由于流量調節閥的反饋自動增加開度,以保證每個支管流量相同;如果將手閥調至最小或關閉,底吹風口會由于濺渣護爐的影響而堵塞,影響底吹效果。
                因此,對底吹管路實施單獨控制的改造和底吹流量閥控制的改進,同時在底吹控制畫面上對每個支管增加一個氣體流量調節比例窗口,依照激光測厚儀數據相應調整各個風口強度的百分比,設定值范圍0?100%,設定值為0時將完全關閉底吹風口,設定值為50%時,將通過程序控制對應支管流量為原始值的一半。底吹管路單獨控制方法將使各個底吹風口所在的爐襯侵蝕程度一致,確保爐況安全和底吹效果。
                3、經濟技術指標的改善
                通過實施底吹優化,底吹風口透氣良好,倒爐時由于底吹氣體在風口周圍的冷卻作用可見明顯黑圈,即“底吹可視化”,如圖4所示,為各項經濟技術指標的提高提供了保證。
                3.1直接經濟效益
                碳氧濃度積可從數字上直觀體現底吹效果,碳氧積越低,在相同碳的含量下鋼中的氧含量越低,底吹效果越好;底吹工藝優化后,碳氧濃度積平均值從0.0030%降低到0.0024%。另外通過試驗底吹后攪效果,即在吹煉終點氧槍提起后,等待1?2min再進行副槍測量,氧含量可下降50?100*10-6,對于生產優質品種鋼具有特別的意義。
                鋼中碳含量恒定時,鋼水中氧含量越高,意味著脫氧劑消耗增加,同時鋼中氧化物夾雜也增多。表1為吹煉終點一定碳含量范圍區間的平均碳含量所對應的平均碳氧積,碳含量為化驗所得的實際碳含量,氧含量為副槍測定氧。冶煉低碳鋁鎮靜鋼時,當終點碳含量為0.0336%時,終點氧為582*10-6;而底吹風口改造前的氧含量為950*10-6,脫氧劑鋁消耗噸鋼成本高出約6.45元,每爐鋼水中約增加氧化鋁夾雜物120kg以上,影響優質品種鋼的成品質量。
                通過對底吹風口改造前、后轉爐爐渣的對比,生產普通中碳鋼和低碳鋼爐渣中氧化鐵可分別下降2.41%,3.74%,可減少爐襯侵蝕,提高鋼水收得率。在堿性轉爐中,鐵水中錳的氧化反應為放熱反應,由于爐渣中存在大量的強堿性氧化物CaO,弱堿性的MnO大部分以自由的形式存在,在吹煉后期會隨著熔池溫度的升高和爐渣氧化性的降低而部分還原,通過對比,轉爐終點殘錳量平均提升0.021%。
                3.2間接經濟效益
                南鋼第一煉鋼廠轉爐冶煉所使用的輔料包括石灰、石灰石、白云石等,生料所占比例約75%。吹煉過程中,生料化渣較難,導致吹煉脫磷困難,氧槍易結瘤,影響鋼水質量,增加勞動強度。相較于傳統的轉爐冶煉精料方式,生料在化渣前需首先分解成CaO,MgO等,強烈的攪拌將促使生料迅速均熱分解,快速成渣,氧槍結瘤現象和吹煉終點磷高的爐次明顯減少。
                對于超低磷鋼(P≤50*10-6)的冶煉,一般采取雙聯法,兩座轉爐分別承擔脫磷和脫碳任務,成本髙、生產工序復雜,組織難度大,影響產能和鋼水質量。南鋼第一煉鋼廠以底吹動力學為基礎開發了單渣法生產超低磷鋼的技術方法,可以穩定、連續生產超低磷鋼。
                4、結束語
                (1)通過優化底吹風口布置、應用底吹快換技術,實現全爐役過程底吹“可視化”,復吹比例從30%提高至100%。
                (2)通過新型爐襯砌筑技術的應用和底吹風口支管流量單獨控制技術,保障了高強度底吹模式下爐況的安全。
                (3)良好的底吹效果,分鋼種不同流量模式的選擇,使南鋼轉爐冶煉經濟效益顯著,為南鋼產品結構的提升做出了重要的貢獻。

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