强底吹供气工艺对转炉终点碳氧反应的影响

强底吹供气工艺对转炉终点碳氧反应的影响

王万星,张秦岭,姚永青

陕西龙门钢铁有限责任公司， 陕西 渭南 715405

摘要：为了解决转炉透气砖供气强度小和炉役后期溅渣护炉易堵塞的问题，我们根据某钢厂的实际情况，开发了一种全新的底吹供气元件，采用了“中心管+环管”的设计。经过详细的计算和设计，我们确定了中心管的内径为7mm，环管的缝隙为1mm，并制定了合理的底吹布置结构。通过试验研究，我们发现对于180吨转炉，最佳的底吹元件数量为6个，并将它们布置在炉底的0.4D～0.6D范围内的不同位置。这样的布置能够满足转炉大流量底吹的要求，将底吹强度从0.03立方米/（分钟·吨）提高到0.17立方米/（分钟·吨），显著增强了熔池中钢水的搅拌强度。此外，碳氧积降低至小于0.0020，有效地促进了炼钢过程中的碳氧反应。我们的研究为复吹转炉生产高质量钢种的冶金工艺提供了重要的参考依据。通过引入新型的“中心管+环管”底吹供气元件，并通过优化布置结构和数量，我们成功地解决了转炉透气砖供气强度小和炉役后期溅渣护炉易堵塞的问题，从而提升了钢水的质量和炼钢效果。这一技术创新对于钢铁行业的发展具有积极的意义，并为其他钢厂在类似问题上提供了有益的经验和借鉴。

关键词：中心管+环管；供气元件；转炉；碳氧反应

0 引言
当前，我国钢铁行业面临产能和产量双重限制，同时原材料成本上涨。为了应对这一挑战，节能增效成为钢铁企业谋求生存和发展的重要举措。在现代炼钢中，长寿命转炉复吹冶炼工艺是必不可少的先进技术。在顶底复吹工艺实践中，底吹供气系统扮演着关键的技术角色，这项创新技术的应用为延长炉底底吹的寿命、降低碳氧积、减少钢铁原料消耗、保证经济炉龄提供了重要参考。它不仅能够提高钢铁行业的技术水平，还能够为其他钢铁厂提供有益的经验和借鉴。

1 底吹供气元件设计

1.1 底吹供气元件的设计方案

为了提高转炉的脱碳效率，确保熔池内液态金属的均匀温度分布，并增加对有害元素（如[P]、[S]）的脱除速度，目前大多数转炉采用底吹气体搅拌的方法。常见的底吹供气元件包括狭缝式、弥散透气砖、环缝式和中心管等形式。然而，使用传统的中心管时，通常需要在其中填充耐火材料，而无法实现中心管的通气功能。为了提高转炉的供气强度，我们开发了一种新型的底吹供气元件，即“中心管+环管”，并设计了五种不同尺寸参数的BOF转炉底吹“中心管+环管”供气元件。根据具有相同出口速度的情况，我们可以利用公式 P1A1/Q1 = P2A2/Q2（式中，P为压力，单位为MPa；A为截面积，单位为mm2；Q为流量，单位为m3/min）计算不同内径和外径下的环截面积、内截面积和总面积。根据该公式，我们可以得出现有弥散式透气砖的总面积为282.6mm2。针对180吨转炉，确定了中心管和环管的尺寸，并制定了合理的底吹布置结构后，我们对某钢厂现有的两座180吨转炉进行了两种不同方案的工业试验，其中包括底吹供气元件的应用。这些工业试验将为我们评估新型底吹供气元件的性能提供重要数据，以进一步改进转炉的底吹工艺，提高脱碳效率和有害元素的脱除速度。

2结果与分析

2.1 中心管与环管尺寸参数的确定

根据实验结果统计，我们发现不同中心管内径下，中心管与环管的流量与压力呈正相关关系。然而，根据计算和实际结果来看，不同条件下的差异较大。根据流量与压力的关系，我们发现在相同压力下，内径为7mm的中心管所需的最小流量。目前实际应用的180吨转炉底吹总管最大流量为30m3/min，可以满足内径为7mm的中心管的压力要求。综合考虑现有管路的压力和流量情况，我们选择了1#方案，其中中心管的内径为7mm，以满足所需流量，从而将底吹供气强度从0.03m3/（min·t）提高到0.17m3/（min·t）。我们对“中心管+环管”底吹供气元件进行了测试，结果显示环管和中心管的流量与压力之间呈线性关系。环管的流量和压力的回归方程式为y=1.067x+0.0965；而从中心管的压力和总流量来看，最大总流量为23m3/min，回归方程式为y=11.166x+1.3453。根据测试结果和回归方程式，我们得到了环管和中心管流量与压力的最大值和最小值，具体数据如表1所示。

表1 中心管、环管流量压力值

2.2工业试验强底吹供气模式吹炼终点碳氧积比较

在采用强底吹供气模式的情况下，我们对两个180吨转炉炉座进行了转炉前期脱磷技术后的终点碳氧积进行了比较。我们比较了1#转炉和2#转炉在每次冶炼碳钢阶段的碳氧积情况。虽然碳氧积过程存在一定波动，但总体控制水平相对较好。对于1#BOF转炉，使用透气砖时，平均碳氧积为0.002789。而在采用新型的“中心管+环管”强底吹供气模式后，平均碳氧积下降到0.001858，降低了原来的66.6%。该转炉已经运行了3500次炉龄。对于2#BOF转炉，原底吹采用透气砖时，平均碳氧积为0.002437。而在改用“中心管+环管”强底吹供气模式后，平均碳氧积下降到0.001772，降低了原来的72.7%。该转炉已经运行了1000次炉龄。因此，通过工业试验的对比，可以得出方案一优于方案二的结论。两种方案中的碳氧积均低于0.0020，与国内其他钢铁企业相比，碳氧积指标已经达到国内领先水平。

3 结论
（1）本研究具有创新性地开发了一种独立供气的“中心管+环管”底吹供气元件，并通过设计计算确定了合适的参数，其中“中心管”内径为7mm，而“环管”的缝隙为1mm。此外，还确定了合理的底吹布置结构，这些创新为底吹供气技术提供了新的选择。

（2）通过试验研究，我们确定了适用于180吨转炉的合理底吹元件数量为6个，并将它们布置在炉底的0.4D～0.6D范围内的不同位置。这样的布置满足了转炉大流量底吹的要求，使得底吹强度从0.03m3/（min·t）提高到了0.25m3/（min·t）。这一改进显著提高了熔池内钢水的搅拌强度，有效促进了炼钢过程中的碳氧反应，从而使得碳氧积明显下降。

（3）通过以上的创新和实验研究，我们成功地提高了底吹供气技术的效果。新型的“中心管+环管”底吹供气元件在转炉冶炼过程中展现出了显著的优势，对于控制碳氧积具有重要意义，同时也为钢铁行业实现节能增效提供了有力支持。

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