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底吹透气砖快速热更换技术已经比较成熟

来源：宣化鼎信矿冶机械有限责任公司时间：2016-08-28

炼钢转炉底吹透气砖热更换的意义 我国转炉顶底复合吹炼技术的研发始于上世纪70年代末，30多年的实践证明复吹可提高钢水质量，降低生产成本，节能减排，其经济效益为显著，各厂具体情况不同，但是普遍在5元/吨钢以上。复吹的好处已得到业内人士普遍认可，该技术已被广泛应用。 透气砖是底吹的关键部件，由于透气砖工作条件恶劣，损坏很快，所以不能与炉龄同步，再好的维护制度其寿命也难超过6000炉，有时才2000炉左右。有些转炉从仪表上看仍有流量，但是由于渣层的覆盖透气砖已形成不了流股而是弥散性透气，搅拌效果大打折扣。个别炉子由于操作人员经验丰富、技术水平高，炉役初期能使透气砖端部形成渣-鉄蘑菇头，但是不可能长期以理想状态存在，因为钢种的变化、炉型的变化、剧烈的物化反应及各种护炉措施对炉衬都有严重的影响，蘑菇头可能随时被破坏进而由渣层覆盖。 目前，转炉炼钢已普遍采用溅渣护炉技术，炉龄一般都超过万炉，有的甚至超过3万炉，即一座转炉在整个炉役中平均有70%以上的炉龄不能复吹，失去了复吹应有的好处。 转炉与否复吹率是重要标致之一，实现转炉全程有效复吹好的办法就是热更换透气砖。热更换的根本意义是实现全程有效复吹，使复吹的好处失而复得。 底吹的佳状态其表象应该是：出完钢后从炉口看透气砖，风口周围有明显黑印。其实质应该是：复吹应有的冶金效果明显地体现出来。 上世纪末，宝钢引进了日本川崎公司技术，在我国率先实施了透气砖热更换。攀钢是采用国内技术实施透气砖热更换的家，攀钢通过优化护炉制度、优化工艺、实现了转炉炼钢全程有效复吹，取得了的经济效益，2008年获得了四川省科技进步一等奖。攀钢的经济分析很全面、很典型，附在后面作参考。 供气元件应用广泛的是毛细管式和环缝枪。前者较为。其一、毛细管式比环缝枪安全，吹炼过程一旦突然断气，钢水会顺着环缝枪一穿到底，极易发生漏钢事故。而毛细管式不会，因为毛细管直径小，由于表面张力和阻力大，钢水倒灌极浅，不会漏钢，若干炉后还会复通。其二、毛细管式适合热更换。目前大多数钢铁企业的转炉都用毛细管式透气砖。 转炉全程复吹是众多钢铁企业追求的目标，热更换技术基本成熟，正处在推广阶段。 热更换技术涉及炉底改造、透气砖设计、炉底砖砌筑、更换器具的制造、更换过程的管理与操作。实施热更换的企业已有十多家，在炉底改造和更换过程中未发生过任何安全事故，说明转炉透气砖热更换技术是安全可靠的。 附攀钢复吹经济分析供参考：（攀钢此项目获得四川省科技进步一等奖） 攀钢“复吹、炉龄综合技术”经济分析 通过对攀钢转炉冶炼相关工艺的优化、复吹透气砖结构、复吹供气制度、透气砖在线热更换技术、复吹透气砖及转炉炉体综合维护技术等进行了深入研究和优化，先后在5座炼钢转炉开展半钢炼钢复吹炉龄综合技术的全面生产试验及应用。试验结果表明，半钢炼钢转炉复吹工艺取得突破，复吹的冶金效果明显，透气砖基础寿命显著提高，复吹炉龄逐步实现化，甚至与炉龄同步。钢铁料消耗、脱氧剂消耗降低，合金收得率提高；转炉炉体维护效果明显，炉衬蚀损速率低，耐材消耗下降，为炼钢工序降本增效作出很大贡献。项目开展前、后比较，可降低成本16.08元/t钢，年创经济效益6994.8万元；同时期有复吹与无复吹比较，则可降低成本11.25元/t钢。 1 计算依据 （1）项目实施以前（2005～2006年）转炉终渣TFe平均为26.52%，钢水氧活度平均为870PPm；项目开展以后，转炉复合吹炼的终渣TFe平均为21.43%，降低了5.09个百分点，钢水氧活度平均为623.3PPm，降低了246.7 PPm。 （2）同时期复吹转炉与无复吹转炉对比，冶金效果见表1。 表1 复吹转炉（LBE）与纯顶吹转炉（LD）冶金效果 工艺条件 终渣 TFe/% 钢水氧活度PPm 钢水残[Mn] ％ 低碳硅镇静钢的Si、Mn收得率/％ 低碳铝镇静钢的Al、Mn收得率/％ Si Mn Al Mn LBE 21.43 726.3 0.0545 86.98 94.32 29.27 89.67 LD 24.68 623.3 0.0483 82.55 90.87 25.08 86.12 对比差值 3.25 103 0.0062 4.43 3.45 4.19 3.55 （3）钢种结构 低碳钢中，低碳硅镇静钢共占总产量的2/5，低碳铝镇钢占总产量的3/5。 （4）渣量及出钢量 钢渣渣量平均13t/炉，出钢量平均133t/炉。 （5）冶炼周期构成及复吹底部供气流量 平均冶炼周期52min，吹氧时间15.45 min。冶炼间隙供氮气，总流量为140 m3/h；吹炼前期0~12min供氮气，流量为200 m3/h；吹炼至吹炼终点供氩气，其中12~14min，总流量为200 m3/h，14 min ~至吹炼终点，平均总流量360 m3/h。 （6）复吹降低的脱氧剂消耗 复吹技术的应用，使冶炼低碳钢终点氧活度每降低100ppm，平均降低脱氧剂消耗30kg/炉。 （7）复吹提高的合金元素Si、Mn收得率 复吹转炉冶炼低碳硅镇静钢的Si、Mn收得率分别提高了4.43和3.45个百分点。每提高1个百分点，可节约合金消耗32kg/炉。 不考虑硅镇钢Mn收得率提高所获得的效益。 （8）复吹提高的合金元素Al收得率 复吹转炉冶炼铝镇静钢的Al收得率按提高了4.19个百分点；Al收得率提高1个百分点相当于降低Al线消耗10.2kg/炉。Mn收得率按提高了3.55个百分点。 （9）透气砖的寿命及透气砖价格 透气砖的使用寿命按6000炉计算。透气砖价格：23万元/套。 （10）补炉料消耗 由于炉底透气砖部位侵蚀速度较其它部位快，需根据透气砖的侵蚀深度不定期对炉底进行修补维护，以转炉全炉役复吹条件下安全运行，因此补炉底视为复吹额外增加的消耗。3号转炉复吹条件下修补炉底的补炉料消耗见表2。 表2 修补炉底的补炉料消耗 炉龄 /炉 钢产量 /t 总消耗 /t 透气补炉料 /t 一般补炉料 /t 吨钢消耗 /kg.(t钢)－1 9075 1206975 442 144.1 297.9 0.366 （11）相关材料价格 钢铁料价格：1.8元/kg；Si、Mn合金价格：4.5元/kg； FeMnAl合金价格：8.56元/kg；铝线价格：20.0元/kg；脱氧剂平均价格：5.0元/kg；氮气价格：0.086元/m3；氩气价格： 1.02元/m3；透气补炉料价格5000元/t；一般补炉料（自流料或热修补料）4000元/t。 2 收入部分 2.1 与项目实施前比较，降低终渣TFe含量产生的效益 A =钢渣量×项目开展前、后渣中TFe降低值×钢铁料价格÷平均出钢量 ＝13×5.09%×1800÷133 =8.96（元/t钢） 其中，同时期有复吹和无复吹比较，降低终渣TFe含量的效益 A1 =钢渣量×有无复吹条件下渣中TFe降低值×钢铁料价格÷平均出钢量 =13×3.25%×1800÷133 =5.72（元/t钢） 2.2 钢水氧活度降低的收益 与项目实施前比较，降低钢水氧活度产生的效益。 B=项目开展前、后终点钢水氧活度差值÷100×每100PPm消耗的脱氧剂量× 脱氧剂平均价格÷平均出钢量 =243.7÷100×30×5.0÷133 =2.75（元/t钢） 其中，同时期有复吹和无复吹比较，降低钢水氧活度产生的效益 B1=有无复吹条件下终点钢水氧活度差值÷100×每100PPm氧活度消耗的脱氧剂量×脱氧剂平均价格÷平均出钢量 ＝103÷100×30×5.0÷133 ＝1.16（元/t钢） 2.3 提高合金收得率效益 （1）低碳硅镇静钢 CⅠ=（硅收得率提高1个百分点节约的合金消耗×Si、Mn合金价格× 硅收得率提高值÷平均出钢量）×年生产低碳硅镇静钢的比例 =（32×4.5×4.43÷133）×2/5 =1.92（元/t钢） （2）低碳铝镇静钢 CⅡ=（铝收得率提高1个百分点节约的合金消耗×铝线价格×硅收得率提高值÷平均出钢量）×年生产低碳铝镇静钢的比例 =（10.2×20×4.19÷133）×3/5 = 3.86（元/t钢） C=CⅠ+ CⅡ=1.92+3.86=5.78（元/t钢） 2.4 钢水残锰收得率提高增加的效益 D =钢水残锰收得率提高值÷0.01%×吨钢每提高0.01％降低的合金成本 =0.0062%÷0.01%×1.2 =0.74（元/t钢） 3 支出部分 3.1透气砖成本 F=（一套透气砖的价格＋单块透气原件价格）÷炉龄÷平均出钢量 =（230000＋50000）÷9075÷133 =0.23（元/t钢） 一套透气砖的价格23万元，3＃转炉更换1次用1块，1块透气原件的价格为50000元，炉龄9075炉，每炉出钢量133t。 3.2 气体成本 （1）氮气成本 GⅠ=[（52－15.45）×140÷60+12×200÷60]×0.086÷133 =0.08（元/t钢） 其中：平均冶炼周期52min，平均吹炼时间15.45min，基本总流量70×2＝140Nm3/h，吹炼过程中供氮气的时间12min，氮气使用的总流量100×2＝200 Nm3/h，氮气价格0.086元/m3，每炉出钢量133t。 （2）氩气成本 GⅡ=[（2+5.5）×200÷60+1.45×360÷60]×1.02÷133 =0.26（元/t钢） 说明：氩气使用流量200（100×2） Nm3/h的时间为吹炼2min、出钢时间5.5min；吹炼后期的1.45min氩气使用流量为360（180×2）Nm3/h；氩气价格为1.02元/m3，每炉出钢量133t。 故：气体成本G= GⅠ+ GⅡ=0.349（元/t钢） 3.3 补炉底所用补炉料消耗 H =（透气补炉料用量×透气补炉料价格＋一般补炉料用量×一般补炉料价格） ÷炉役期总出钢量 =（144.1×5000＋297. 9×4000）÷1206975 =1.58（元/ t钢） 4 经济效益 4.1 项目实施前、后吨钢效益 I=A＋B＋C+D -F-G-H =8.96＋2.75＋5.78＋0.74-0.23-0.34-1.58 =16.08元/t钢 4.2 有复吹与无复吹比较，吨钢增加效益 I1 = A1＋B1＋C+D+E-F-G-H =5.72＋1.16＋5.78＋0.74-0.23-0.34-1.58 =11.25元/t钢 4.3 项目新增的经济效益 2008年攀钢所有炼钢转炉冶炼炉次有复吹的比例为87%，全年钢产量以500万吨计算，则有复吹与无复吹比较： 若按项目实施前、后比较，年新增经济效益为： 效益 1＝500×87％×16.08 ＝6994.8（万元） 若按同期有、无复吹比较，年新增经济效益为： 效益 2＝500×87％×11.25 ＝4893.75（万元） 转炉透气砖快速热更换的要点 一、 炉底开孔： 1、 开孔直径Φ170±5mm。 2、 孔的边缘距炉底的立筋或配重不小于100mm。 3、 孔的中心位置其径向要定在炉底砖两环之间。 4、 如原有砖型与上述条件发生冲突，应重新设计砖型；不改变砖型也可，但是砌筑时会增加切砖工作量。 二、 焊接法兰： 1、 法兰的中心线与孔的中心线要尽量一致。 2、 法兰、焊条的材质要与炉底材质相同。 3、 按焊接工艺施焊，确保焊接质量。 三、 透气砖的设计： 1、 保护套砖的径向尺寸是炉底砖宽度的两倍，圆周方向的尺寸是炉底砖厚度的三倍。 2、 芯砖的直径Φ120mm。 3、 透气量满足大供气强度。 4、 结构要确保安全和适合快速热更换。 四、 透气砖的砌筑： 1、 无论环形砌法或人字砌法都要先砌筑好透气砖，透气砖定位后不可移动，炉底砖砌筑到套砖时贴紧，不能合缝切砖，测量和切砖时，尺寸要准确，确保缝隙严密。 2、 套砖与芯砖理论缝隙0.5mm，装配时无需涂耐火泥。 3、 保护套砖的孔如果采用现场加工的方法，砌筑炉底时可按预砌的位置连续砌筑，只要不偏离中心20mm无需切砖，这是砌筑质量的好办法，也有利于透气砖的快速更换。 4、 试气前透气砖端面的密封切不可损坏。 五、 热更换： 1、 更换前甲方做好各单位各工序的协调工作，确保更换时有条不紊。 2、 更换前将炉底维护至约-100mm的厚度。 3、 确保热更换所需水、电、器具、材料安全可靠。 4、 更换的方法是拉出残砖，用钻孔机钻透渣层，如渣层复杂难以钻透，则用吹氧管烧透，钻或烧透的孔修复至与芯砖的配合间隙不大于1mm。 六、 更换后开炉： 1、 炉不加废钢，供气强度不大于0.03Nm³/mit.吨钢。 2、 炉出钢后扣补自流料补平透气砖的孤岛现象，供气强度恢复正常。 掌握好上述要点，透气砖的热更换即安全可靠又顺利。

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