南钢15t复吹转炉的冶金特点及最佳工艺

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1991.04.021 北京科技大学学报 第13卷第4(1)期 Vol,13No.4(I) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1991 南钢15t复吹转炉的冶金特点及最佳工艺 高金平·刘越生·*·倪瑞明·彭大奇··霍建伟*◆ 捕要：对南京钢铁厂15t复吹转炉在各种不同复合吹炼制度下的脱磷、成渣途径、升温 制度以及喷裙等情况进行了深人、系统地分析和此较，并在此基础上提出了一个适合于南钢 现行复吹生产条作下的最佳工艺方案。 关键问：复合吹炼制度，最佳工艺方案，脱磷，成渣途径，喷裙 Metallurgical Characterics and the Most Rational Blowing Rule of 15 Ton Combined Blowing Converter Gao Jinping Liu Yuesheng.Ni Ruiming" Peng Deqi"·Huo Jianwei· ABSTRACT:It is compared that dephosphorization reactions,slagmaking pa- thes,temperature curves,sloppings of combined blowing process under various blowing conditions in theory.On the basis of aboved,the most rational blow- ing rule fitting for current operating conditions is produced of Nanjing Iron and Steel Works. KEY WORDS:combined blowing conditions,the most rational operating rule, dephosphorization,slagmaking pathes,slopping 本文对南钢厂15t复吹转炉的复吹工艺试验进行了全面系统的分析，并提出了一个适合 于南钢现行复吹冶炼条件下的最佳工艺方案。同时也为复吹转炉炼钢法在我国中小型钢铁企 1990-10-02收稿 ·理化系(Department of Physics Chemistry) ··南京钢铁厂(Nanjing Iron and Steel Works) ···治金柔(Department of Metallurgy) 308

第 卷第 期 年 了 月 北 京 科 技 学 学 报 ‘ 一了 。 。 南钢 复吹转炉的冶金特点及最佳工艺 高金 平 ， 刘 越生 ‘ ， 倪瑞明 ， 彭大奇 ， ‘ 霍 建伟 “ 摘 要 对南京钥铁 厂 复吹转炉在 各种不同复合吹炼制度下 的脱磷 、 成渣途径 、 升温 制度以及喷戮等情况进行了深人 、 系统地分析和比较 ， 并在此基础上提出了一个 适合于 南钢 现行复吹生产条件下 的最佳工艺 方案 。 关锐词 复合吹炼制度 ， 最 佳工艺方 案 ， 脱确 ， 成 渣途径 ， 喷溅 夕 夕… 优 ‘ 抹 二 二 五 ， ， ， 一 皿 ， ， ， ， 本文对 南钢厂 复吹转炉的复吹工艺试验进行了全面系统 的分析 ， 并提出了一个适合 于南钢现行复吹冶炼条件下的最佳工艺方案 。 同时也为复吹转炉炼钢法在我 国中小型钢铁企 一 一 收稿 分 每 理化系 口 南京钢铁 无 冶金 柔 “ DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．04．021

业中的推广提供了可靠的依据。 1复吹工艺试验的条件 南钢15t复吹转炉的底部透气元件为两支环缝枪，其对称分布在通过炉底中心的轴线 上，两只底枪的间距为炉底直径的0.6倍；底吹气体为N2或A。工艺试验的金属装入制度如 下： 铁水，15~24，废铜，2~5，（梁）比，0.130-0,00，总金展装入显，17-25t 2试验结果与分析 2.1复吹过程中的炉渣全铁含量 复吹过程中，炉渣的全铁含量与各操作参数之间存在下列关系： 反应初期：%TFc=78.31-46.6·P-5.94·H-206,G2·Qb (1) 反应中期：%TFe=27.73-19.0·P+6.40·H-139.62·Qb (2) 式中%TFe一炉渣全铁含量；P一顶部供氧压力(MPa), H—一氧枪枪位(m)； Qb一底部供气强度(Nm3/mint) 当钢中碳含量较低时，由于影响渣中全铁含量的因素较多，所以倒炉时炉渣全铁含量与 各操作参数之间不存在上述线性关系。只有采用较大强度的底吹气体(Qb≥0.40Nm/mint) 对熔池进行搅拌，才能使倒炉时的碳-氧关系趋于平衡1】（见图1），否则倒炉时碳-氧间的 关系非常紊乱。这表明：在复吹操作条件下， 必须采用大供气强度的底吹气体来搅拌熔池 Qb=U.040-0.055Nm3/min-t (特别是在吹炼后期)，才能取得明显的复吹 1efe):0.421〔C于1+6.00，Y=0.925 效果，如果底部供气系统达不到上述要求，则 不宜实行复吹炼钢方法。 10 2.2各种吹炼制度下的脱磷反应 各种吹炼制度间脱磷效果的比较见表1所 示。 上述结果表明：当将初、中、末各反应期 0 0.10 D.20 .0.30 的炉渣全铁含量分别控制在25%、16%、19% 〔C) 左右时，熔池的脱磷效果最佳。 图1一次倒炉时的(%C)-(%TFe)关系曲线 Fig.I Relation between carbont conteat 2.3各种吹炼制度下的成渣反应(2) in metal and TFe in slag at first burndown 图2为各种吹炼制度下的炉渣成渣途径的对比。由图中可以看出：吹炼制度】下的成渣 309

业 中的推广提供 了可靠的 依据 。 复吹工艺试验的条件 南钢 复 吹转炉的底部透 气元 件为两支环缝枪 ， 其对称分布在通过炉底 中 心 的 轴 线 上 ， 两只底枪的 间距 为炉底直径 的。 倍 底 吹 气体 为 或 。 工艺试验的金属装人制度如 下 铁水 ， 一 峨 废钢 ， 卜 ， 爵 比 ， 。 · 卜 。 · 。 。 ， 总金‘ 装 量 ， 卜 。 试验结果与分析 。 复吹过 程 中的 炉渣 全 铁含 复吹过程 中 ， 炉 渣的全 铁含量与各操作 参数之间存在下列 关系 反应 初期 。 一 。 · 一 。 · 万 一 反应 中期 。 一 。 · 。 · 一 。 · 式中 纬 － 炉 渣全铁含量 尸－ 顶部供氧压力 万 － 氧 枪枪位 － 底部供气强度 “ 当钢 中碳含量较低时 ， 由于影响渣中全铁含量 的 因 素较 多 ， 所以倒护时炉 渣全铁含量与 各操作参数之 间不存 在上述线性关 系 。 只有采用 较大强度的底吹气体 ， 。 。 · ， 对熔池进行搅拌 ， 才 能使倒炉时 的碳 一 氧关系 趋于平衡 〔 ‘ ’ 见 图 ， 否则 倒炉时碳一 氧间的 关 系非常紊乱 。 这表明 在复吹操作 条件下 ， 必 须采用大供气强度的底 吹气体来 搅 拌 熔 池 特别是在吹炼后期 ， 才能取得明显 的复吹 效 果 ， 如果底部供气系统达 不 到上 述要求 ， 则 不宜实行复吹炼钢 方法 。 鬓 。 各种吹炼翻度下 的脱礴反应 各种吹炼制度间脱磷效果的 比较见 表 所 不 。 上述结 果表明 当将初 、 中 、 末各反应期 的炉渣全铁 含量分别控制在 写 、 、 左 右时 ， 熔池的脱磷效果最佳 。 午 二 。 · 。 。厂 。 · 。 ” ‘罕 ’ ‘ 〕 ， 。 。 ，丫二 。 ， 一 「 图 。 各种 吹炼制度下的 成渣 反 应 ‘ “ ’ 。 。 一 。 口 〔 〕 一次倒炉时的 〔 戈 〕 一 关系 曲线 立 亡 妞 丁 图 为各种吹炼制度下的炉 渣成渣途径 的对 比 。 由图中可 以看 出 吹炼制度 下的 成渣

表1各种操作制度间脱确效果的对比 Table 1 Comparision of experimental results on various blowing conditions 枪位变化特点 炉渣氧化铁含量 操作条件 氧气压力 终点磷含量 (MPa) 脱磷特点 时间(min) 枪位(m) 时间(min) %TFe (%) 开吹一4 23~28 在整个吹炼 制度I 0,800.90 开吹4 1.4-1.5 4一倒炉 1.01.1 4一倒炉 11w17 <0.00 过程中， 终点 15~23 均匀下降 制度I 0.100.11 开吹~4 0.81.0 开吹一4 17~39 在吹炼中期 4一倒炉 0.80.9 4~倒炉 5~13 >0.040 脱肺效果差 终点 6w11 有回磷现象 (Si02+P20s+A1203) 60 %(Ca0) Iron slags 6806 C3S 1509 65U Z85 1505 80 7655 %(Si02) C2S+C3S+L 7605 15C8 C2S-1 820s Ca0+C;S+L *1600元 -1500℃ Ca0+L 1400℃ (Ca0+Mg0+Mn0) 20 40 60 80 %(Fe0)→ (fe0+fe203) 图2各种复吹制度下炉渣成渣途径的对比 Q途径【·途径1 Fig.2 Comparison of pathes of slagmaking on various blowing conditions 途径（后简称途径I)与吹炼制度I下的成渣途径（后简称途径】）有差别。在成渣过程 中，途径I的炉渣金铁含量比途径【的炉渣全铁含量高（见表1)。炉渣的岩相分析结 果表明：途径I在开吹2'30"时已经进入CzS相区（见图3），而途径I在1'45"后其岩相仍 为结晶好的梳状橄榄石和FO(见图4)，这表明途径I进入C2S相区较途径I早。由于途 径【过早地进入C2S相区，表面生成C2S相不利于石灰的溶解，所以其初期的炉渣碱度要 比途径I的炉渣碱度低（见图5）。在吹炼中期，炉渣的岩相主要以CzS、FO和橄榄石相 为主，这时炉渣被C2S所饱和，因此其碱度基本上保持在2,0左右（见图5）。但由于途径I 炉渣表面生成的C,S相多、FeO相少（见图2），因此其炉渣的脱磷效果比途径I差（见表 1)。根据炉渣的岩相分析结果可知：在吹炼终点时，炉渣岩相中的主要相成分是C2S,C3S 铁酸钙、FeO。但途径I的炉渣中含有(C2S+CzS)相多、FeO相少，而途径I的炉渣中 则含(C,S+FεO)相为主，所以途径I终渣的碱度和氧化性均比途径I的高（见图5）， 因而途径I的炉渣更有利于脱碳。 在吹炼制度I下，每炉钢造渣时的石灰消耗量可比吹炼制度I和顶吹制度最分别平均 降低约470kg、750kg。 310

表 各种操 作制度 间脱礴效果的对 比 氧气 压力 枪位变化特点 炉 渣氧化铁含量 操作条件 脱 磷特点 时间 枪位 时间 。 肠 终点 磷含量 制度 。 开吹 倒护 。 一 。 一 。 。 。 。 开吹 倒 炉 终点 一 在整个吹炼 过程 中 ， 磷 均 匀下降 制 度 。 开吹 倒 炉 开吹 例 炉 终点 。 在吹炼 中期 脱礴效果差 有回 磷现象 反、卜 厂盛 公土岁一毖 夺 ‘ 「 ‘ ‘ 一一 盆一 一么 「 图 各种复吹制度下 护法成 渣途径 的对比 。 途 径 · 途径 五 刀 途径 后 简称途径 与吹炼制度 下的 成渣途径 后 简称途径 有差别 。 在 成 渣 过 程 中 ， 途径 的 炉渣全铁含量比途径 的炉 渣全铁含量高 见 表 。 炉 渣 的 岩 相 分 析 结 果表明 途径 在开 吹 ‘ ，时已经进人 相 区 见 图 ， 而途径 在 ‘ “ 后其岩相仍 为结晶好的梳状橄榄石和 见 图 ， 这表明途径 进人 相 区较途径 早 。 由于途 径 过早地进人 相 区 ， 表面生 成 相 不利于石灰的溶解 ， 所 以其初期的炉渣 碱 度 要 比途径 的炉渣碱度低 见 图 。 在吹炼 中期 ， 炉 渣的岩相 主要以 、 和 橄榄石相 为主 ， 这时 炉渣被 所饱和 ， 因此 其碱度基本上保持在 。 左 右 见 图 。 但由于途径 炉 渣表面生 成的 相 多 、 相少 见图 ， 因此 其炉 渣的 脱磷效果比途径 差 见 表 。 根据炉 渣的 岩相分 析结 果可知 在吹炼终点时 ， 炉渣岩相 中的 主要相 成分是 、 。 、 铁酸 钙 、 。 但途径 的 炉渣中含有 相 多 、 相少 ， 而途径 的炉渣 中 则含 相 为主 ， 所以途径 终渣的碱度和氧化性均比途径 的 高 见 图 ， 因而 途径 的炉 渣更有利 于脱磷 。 在吹炼制度 下 ， 每炉钢造 渣时的石灰消 耗量可 比 吹 炼制度 和顶 吹 制 度 分 别 平 均 降低约

图3开吹后25血in时途径1的炉渣岩相 图1开吹后4,75min时途经I的炉渣岩相 (a)C2S相（呈柳条状，黄色或监色） (a)FeO机（圣块状，黑色）： (b)撒榄石相（亮红色） (b)橄榄石相（呈批状物，黄色或蓝色） (c)PcO相（量块状，黑色） Fig.3 Photomicrograph of slag lithofa- Fig.1 Photomicrograph of slag lithofa- cies (pathI)after beginning blow cics (path I)after beginning blow 2,5mm 4.75mia 由上述分析可知：按照吹炼制度I进行复 吹治炼时，炉渣的成渣途径合理。 5心中y人502+2， in 2,4冶炼过程中的熔池升温状况 统计结果表明：熔池的升温速度与脱碳速 度之间存在下列关系 炉龄为22~77炉时， 0- vt=12.81+70.77ve (3) 炉龄为113~178炉时， 0 vt=17.78+39,84vc (4) 8 10 12 14 炉龄为192~268炉时， Blowing time f /min vt=4.09+60.24ve (5) 图5各种复吹制度下炉盗碱度变化曲线的对比 炉龄为439~496炉时， D途径1·途径里 U:=8.37+63.98v。 (6) Fig.5 Comparison of changes of basicity on various blowing conditions 式中v。一熔池的平均升温速度（℃/min); v。一熔池的平均脱碳速度(%/min) 上述结果表明：复吹转炉在192~269炉期间的散热损失最大。在前300炉期间，炉龄每 增长50炉，熔池的平均升温速度要下降4~5℃/mi。当炉龄超过400炉时，转炉的热损耗又 311

拼毅黔熟 图 开 吹 后 时途 径 的 炉 法 岩相 相 呈 柳条状 ， 黄色或 蓝 色 橄 榄石 相 亮红 色 相 呈 块 状 ， 黑 色 又 。 开吹 后 迁 时 途 经 的炉 渣 岩相 相 呈 块 状 ， 黑 色 橄 榄石 相 呈 梳状物 ， 黄色或蓝 色 。 门州月厂 由上 述分析可 知 按 照 吹 炼制度 进行复 吹冶 炼时 ， 炉 渣的 成渣途径合 理 。 巳日吕 立匕 冲下 卜 八 二 尤弓田 十 即 瑞八场 一 旦 ‘ 洲 侧困一袱介。州明见 么 吕 日 门 沐‘ 厂 上七 飞划门 匕︸ 。 冶 炼过 程 中的熔 池升 温状 况 统 计结果表明 熔池 的升温速 度与脱碳速 度 之 间存在下列关 系 炉 龄为 炉时 ， 。 。 。 炉 龄 为 炉 时 ， 、 。 。 。 炉 龄为 炉时 ， 。 。 。 口 。 炉龄 为 炉 时 ， 。 。 。 式中 。 － 熔池的 平均升温速度 ℃ 。 － 熔池 的平均脱碳速 度 图 各种复吹 制度下 炉 渣碱 度变化曲线 的对比 途 径 。 途径 上述结果 表 明 复吹转 炉在 一 炉期 间的散 热 损失最大 。 在前 。 炉 期 间 ， 炉 龄每 增 长 炉 ， 熔池 的 平 均升 温速 度要下降 一 ℃ ” 。 当炉 龄超过 炉时 ， 转炉 的热 损耗 又

有所减少，此时熔池的平均升温速度相对有所回升。根据上述升温特点，南钢复吹转炉的金 属装入制度应遵循表2中的原则来进行。 表2不同炉龄时期铁水装入量与废钢装入量之间的关系 Table 2 Relations between charged pig iron and scrap during various times of heats 炉龄 (护) 铁水(t) 废钢(t) 废钢/铁水 0~100 3.5-5.0 0.20-0.30 100200 19~23 3.04.0 0.170.20 200-300 3.0以下 0.14以下 400-500 2.5w4.0 0.14~0.17 2.5复吹过程中的喷藏情况 表3对复吹过程中熔池的喷溅状况进行了统计。其结果表明：在低的顶部供氧压力、低 枪位、小底部供气强度的吹炼制度下进行吹炼时，熔池很容易在(2~10)min间发生喷截。 因为当顶部供氧压力较低（≤0.9MPa)时，炉渣的全铁含量较高，如果此时靠降低氧枪枪 位来防止喷溅的话，由于进一步增大了熔池的脱碳速度，反而促使在脱碳期间发生喷溅，因 此上述吹炼制度不宜采用。在复吹炼钢过程中，应该靠加大底气流量的方式来抑制喷溅的发 生。 表3操作制度与喷赛的关系 Table 3 Relations between sloppings and various blowing conditions 炉号 枪位 顶部氧压 底气强度 渣中全铁 脱碳速度 喷藏情况 (m) (MPa) (m3/min.t) (%) (%/min) 5-1-481 0.52 0,67 0.007 19.43 0.761 1min27s大喷，3min中喷 5-2-378 0.91 0.79 0.025 16.15 0.301 2min1ls~6min9s中喷 5-2-379 0.88 0.81 0.025 15.60 0.277 7min12s发生中喷 5-2-470 0.82 0.85 0.025 14.52 0.502 5mia溢渣，6min中喷 5-1-484 0.63 0.87 0.007 14.29 0.394 5min20s发生中喷 2.6最佳工艺方案 在南钢现行复吹操作条件下，吹炼制度V(见表4)为最佳操作方案。 表4复吹条件下的最佳操做方案(N) Table 4 The most rational operating rule (blowing condition N) 吹炼时问 供氧压力 枪位 底气强度 石灰加人量 铁水装入量 废钢装入量 (min) (MPa) (m) (m/mi血t) (kg) (t) (t) 开吹一4 1,41.5 0.012~0.017 按照表2中的 4~11 0,9×1.0 1.01.1 0.012-0.055 1140-2200 19.0~21.0 原则加入 11~终点 0,91,0 0.010-0.055 312

有所减少 ， 此时熔池的平 均升温速度相对有所回升 。 根据上述升温特点 ， 南钢复吹转炉的金 属装人制度应遵循 表 中的原则来 进行 。 表 不 同 炉龄时期铁水装入 与废钢装入 之 间 的关系 炉 龄 炉 铁 水 废 钢 废铜 铁水 口 。 。 。 。 以下 。 。 。 。 。 。 以下 。 。 复吹过 程 中的喷 滚情况 表 对复吹过程中熔池的喷溅状况 进行了统计 。 其结果表明 在低的顶部供氧压 力 、 低 枪位 、 小底部供 气强度的吹炼制度下进行吹炼时 ， 熔池很容 易在 间 发生喷溅 。 因 为当顶部供氧压力较低 蕊。 时 ， 炉 渣的全铁含量较高 ， 如果此时 靠降低氧 枪 枪 位来 防止喷溅的话 ， 由于进一步增 大了熔池的脱碳速度 ， 反而促使在脱碳期间发生喷溅 ， 因 此上述吹炼制度不宜采用 。 在复吹炼钢过程 中 ， 应该靠加 大底 气流量 的方式来 抑 制喷溅的发 生 。 表 操作制度 与喷流 的关系 炉 号 价俘 顶部氧压 底气强度 ， · 渣 中全铁 脱 碳速度 喷溅情况 一 一 一 一 · 一 一 一 一 一 。 。 玉 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 大喷 ， 血 中喷 血 ， 中喷 垃 发生 中喷 滋渣 ， 中喷 也 发生 中喷 最佳 工艺方案 在南钢现行复吹操作条件下 ， 吹 炼制度 见 表 为最佳操作方案 。 表 复吹条件下 的 佳操做方案 夕 吹炼时 间 供氧 压力 珍气】 俘 底气强度 ， 一 石年坷人量 吸‘ 铁水 装入量 废钢装入量 开吹 终 点 。 。 。 。 。 。 。 。 了 。 。 。 。 。 。 按 照表 中的 原 则加人