- 20 - 2010 年第 33 卷第 5 期 復(fù)吹 在攀鋼轉(zhuǎn)爐提釩 中 的應(yīng) 用 黃正華 （攀鋼釩提釩煉鋼廠） 摘 要 ： 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有復(fù)吹 系統(tǒng) 進(jìn)行改造，增加復(fù)吹 透氣磚 數(shù)量，提高復(fù)吹流量， 增加控制系統(tǒng) 等， 取 得 了較好的效果， 復(fù)吹爐齡由原來(lái)的 2 342 爐 提高到 6 848 爐 ， 與轉(zhuǎn)爐爐齡同步； 釩渣 質(zhì)量進(jìn)一步改善，釩渣 高到 增加 百分點(diǎn)， 釩氧化率由 高到 提高了 百分點(diǎn)， 低到 降低 百分點(diǎn) 。 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)爐提釩； 復(fù)吹 ；透氣磚；爐齡； 釩渣 0 引 言 攀鋼于 1995 年建成投產(chǎn)了兩座 120 t 提釩轉(zhuǎn)爐， 并 于當(dāng)年開始進(jìn)行轉(zhuǎn)爐復(fù)吹提釩試驗(yàn)，建立了復(fù)吹提釩工藝制度 。 但 存在底吹供氣管路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制系統(tǒng)落后以及底吹透氣磚壽命低的問(wèn)題，復(fù)吹爐齡低（ 1 200 3 500 爐）， 而同期提釩爐齡為4 000 7 000 爐， 復(fù)吹率 只有 20% 50%，而且流量較小，造成釩渣質(zhì)量、半鋼質(zhì)量不穩(wěn)定，影響復(fù)吹提釩的冶金效果。因此 于 2008 年 對(duì)轉(zhuǎn)爐提釩復(fù)吹進(jìn)行了改進(jìn)，以 改善提釩各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高釩渣質(zhì)量，降低提釩生產(chǎn)成本。 1 轉(zhuǎn)爐復(fù)吹對(duì)提釩的影響 原理 提釩過(guò)程是鐵水中 V元素的氧化過(guò)程 ， 發(fā)生的主要反應(yīng)如下： 2O2(g)=2(3( 2V=( 3在 提釩 吹煉過(guò)程中，氧氣直接同鐵水接觸，由于鐵濃度很大，鐵元素的氧化受動(dòng)力學(xué)條件及擴(kuò)散因素的影響較小。而鐵水中的釩元素 含量低（ 右）， 在吹煉過(guò)程中濃度逐漸降低，其擴(kuò)散速度減慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其氧化速度逐漸減慢，在吹煉末期尤為明顯，使熔池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)很難接近平衡。因此，鐵水中釩向反應(yīng)界面處的擴(kuò)散傳質(zhì)速度是釩發(fā)生氧化反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，釩的氧化速度主要取決于釩的擴(kuò)散速度。釩在反應(yīng)界面間的傳質(zhì)成為 限制性環(huán)節(jié)，既影響了吹煉時(shí)間，又影響了釩的回收率。熔池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件差，導(dǎo)致半鋼余釩和渣中 量高。 在轉(zhuǎn)爐提釩過(guò)程中，吹氧時(shí)間短 (4 7 在此條件下，既要保證釩渣質(zhì)量，又要保證為后步工序轉(zhuǎn)爐煉鋼提供良好的主原料 半鋼，對(duì)提釩工藝要求非常苛刻。 2 轉(zhuǎn)爐 復(fù)吹 設(shè)計(jì) 透氣磚整體結(jié)構(gòu)的確定 原透氣磚 結(jié)構(gòu) 見(jiàn)圖 1，由圖 1 可 見(jiàn) ，原透氣磚為單體結(jié)構(gòu)，金屬毛細(xì)管直接鑲嵌于磚體中， 其 缺點(diǎn)是： 透氣磚為單體結(jié)構(gòu)，透氣磚嚴(yán)密性較差； 金屬毛細(xì)管在透氣磚截面上不易實(shí)現(xiàn)均勻布置； 氣室較小，尾管較短，易出 現(xiàn)開裂漏氣。 新型透氣磚由座磚、套磚及透氣元件三部分組成，屬整體結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖 2。 座磚、套磚采用機(jī)械整體成型，整體性較好，抗侵蝕、沖刷能力較強(qiáng)，而且與透氣元件之間尺寸結(jié)合好，能有效保護(hù)透氣元件，延長(zhǎng)使用壽命。 圖 1 原透氣磚砌筑后的剖面 爐殼 爐襯磚 透氣磚 攀 鋼 技 術(shù) - 21 - 圖 2 新透氣磚結(jié) 構(gòu) 示意 優(yōu)化復(fù)吹透氣磚數(shù)量及安裝位置 原復(fù)吹透氣磚布置 在 沿東、西方向偏離耳軸中心線 5位置 、 直徑 m 的圓周上，布置兩塊透氣磚，見(jiàn)圖 3。改 進(jìn) 后，將透氣磚布置在轉(zhuǎn)爐爐底東西（耳軸）和南北兩個(gè)方向，東、西 向 2 塊 透氣磚布置 在 直徑為 1 500 周上 ，南、北 2 塊透氣磚布置 在 直徑為 1 900 周上 ，共安裝 4 塊透氣磚，見(jiàn)圖 4，以 保證良好的冶金效果并有利于透氣磚的維護(hù)。 圖 3 原復(fù)吹透氣磚安裝位置 圖 4 改造后復(fù)吹 透氣磚安裝位置 優(yōu)化設(shè)計(jì)管道系統(tǒng) 由于原復(fù)吹管道系統(tǒng)存在較多問(wèn)題，重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括增加氣包、分氣包、轉(zhuǎn)爐耳軸改造、增加供氣支管數(shù)量并增大管徑等，大幅提高系統(tǒng)的供氣能力。 1）轉(zhuǎn)爐耳軸改造，增加旋轉(zhuǎn)接頭。轉(zhuǎn) 爐耳軸加旋轉(zhuǎn)接頭，供氣支管由 2 根增加到 4 根，為轉(zhuǎn)爐底部 4 點(diǎn)供氣復(fù)吹提釩提供條件。 2）管道供氣系統(tǒng)增加氣包和分氣包，減少主管氮?dú)鈮毫Σ▌?dòng)對(duì)提釩復(fù)吹的影響。 3）供氣系統(tǒng)管道全部采用不銹鋼管 ，提高管路使用壽命，減少氮?dú)怆s質(zhì)的產(chǎn)生 。 復(fù)吹 供氣模式 及控制方式 轉(zhuǎn)爐提釩目的是快速氧化釩獲得釩渣并盡量減少鐵水碳含量的損失，保證釩渣質(zhì)量和半鋼質(zhì)量，因此在有利于釩氧化的條件下，要實(shí)現(xiàn)熔池快速反應(yīng)、快速提釩，吹氧時(shí)間就比較短。合理的 復(fù)吹供氣模式不但能獲得良好的冶金效果，而且有利于透氣磚的維護(hù)，確保復(fù)吹長(zhǎng)壽化。 根 據(jù)透氣磚供氣流量的研究結(jié)果， 提釩復(fù) 吹 供氣模式見(jiàn)圖 5，單磚流量采用 150 m3/h，非冶煉時(shí)期一般為 50 m3/h， 對(duì)應(yīng) 4 塊透氣磚的 供氣強(qiáng)度 提釩時(shí)為 t) 、非冶煉時(shí)為 t） ，在提釩吹煉期間采用大流量，確保復(fù)吹效果，在間歇期間采用小流量，以節(jié)約氮?dú)赓Y源，同時(shí)延長(zhǎng)復(fù)吹系統(tǒng)的使用壽命 。 圖 5 提釩復(fù)吹 供氣模式 提釩復(fù)吹流量的變化采用 序控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)吹的智能 控制。提釩氧槍下降至開關(guān)氧點(diǎn)時(shí)， 提釩結(jié)束后，轉(zhuǎn)爐搖離零位 準(zhǔn)備出鋼時(shí)， 復(fù)吹調(diào)節(jié)閥一個(gè)小流量信號(hào)； 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置自動(dòng)反饋功能，當(dāng)流量偏離設(shè)定流量時(shí)， 復(fù)吹調(diào)節(jié)閥一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)，使復(fù)吹流量穩(wěn)定在一定范圍；每座轉(zhuǎn)爐的 4 根復(fù)吹管單獨(dú)控制，根據(jù)氮?dú)赓Y源情況，可為不同支管設(shè)定獨(dú)立的復(fù)吹流量； 復(fù)吹 序設(shè)置 “緊停 ”按鈕，在提釩爐意外進(jìn)水情況下，按下 “緊停 ”按鈕，立即停止所有復(fù)吹供氣，保證提釩爐的安全 ；設(shè)置透氣磚套磚 座磚 爐殼 尾管 毛細(xì)管 爐底 1500 1900 5 復(fù)吹磚 爐底 5 1500 東 北 西 南兌鐵后轉(zhuǎn)爐搖至零位 吹氧結(jié)束，轉(zhuǎn)爐離開零位準(zhǔn)備出鋼 時(shí)間 流量 m3/h 150 50 - 22 - 2010 年第 33 卷第 5 期 維護(hù)供氣模式，對(duì)透氣磚進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，采用該方式，確保修補(bǔ)效果 。 3 底吹透氣磚維護(hù)技術(shù)研究 底吹透氣磚長(zhǎng)壽化是提釩轉(zhuǎn)爐復(fù)吹爐齡長(zhǎng)壽、實(shí)現(xiàn)高 復(fù)吹率 提釩的關(guān)鍵。對(duì) 于提釩轉(zhuǎn)爐，透氣磚使用壽命的高低受多因素的限制，但主要受透氣磚結(jié)構(gòu)、供氣模式、爐渣渣態(tài)以及維護(hù)措施等方面的綜合影響。因此透氣磚的維護(hù)是復(fù)吹長(zhǎng)壽化非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果不加以科學(xué)合理的維護(hù)，很難控制透氣磚的侵蝕速度，其使用壽命就難以長(zhǎng)壽化或使之與轉(zhuǎn)爐爐齡同步。針對(duì)提釩轉(zhuǎn)爐的冶煉特點(diǎn)開發(fā)了底吹透氣磚的維護(hù)技術(shù) 和專門用于對(duì)提釩爐透氣磚進(jìn)行維護(hù)的透氣磚補(bǔ)爐料 ，透氣磚不易堵塞，透氣性良好，而且抗侵蝕能力較強(qiáng)，減少維護(hù)成本。具體維護(hù)技術(shù)如下： 1）底吹采用透氣磚維護(hù)供氣模式 當(dāng)透氣磚需要用補(bǔ)爐料維護(hù)時(shí)，底吹采用透氣磚 維護(hù)供氣模式，用 30 h 供氣量，保證補(bǔ)爐料不因流量過(guò)大破壞其完整性以及補(bǔ)爐料的充分燒結(jié)，影響維護(hù)效果。 2）透氣補(bǔ)爐料維護(hù)技術(shù) 轉(zhuǎn)爐新開爐透氣磚比較完整不需用補(bǔ)爐料維護(hù)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，透氣磚的侵蝕不斷加深，當(dāng)透氣磚侵蝕深度達(dá)到 150250 ，形成較明顯的碗狀凹坑，就需要 進(jìn)行補(bǔ)爐 。首先采用專用透氣補(bǔ)爐料補(bǔ)爐 （主要成分 60%, 35%） ，出盡半鋼和釩渣，將 .0 t 透氣補(bǔ)爐料倒入轉(zhuǎn)爐，前后搖動(dòng)轉(zhuǎn)爐讓透氣補(bǔ)爐料覆蓋在透氣磚 侵蝕凹坑 位置，之后將轉(zhuǎn)爐停留在 零位 ， 利用氧槍 低流量吹掃 1020 s，燒結(jié) 4060 將底吹恢復(fù)到常用供氣模式下再進(jìn)行提釩生產(chǎn)。 這種專用透氣補(bǔ)爐料的最大特點(diǎn)是：在爐內(nèi)燒結(jié)后形成很多細(xì) 小的氣體流道，透氣性能良好，不會(huì)引起透氣磚堵塞 。 4 復(fù)吹提釩效果 通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐提釩復(fù)吹工藝的研究，提高了底吹供氣的穩(wěn)定性，大幅增加供氣流量及供氣強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了底吹供氣的自動(dòng)控制，提釩復(fù)吹爐齡及 復(fù)吹率大幅提高，獲得了良好的冶金效果。 復(fù)吹爐齡及 復(fù)吹率 1)復(fù)吹爐齡 近年提釩轉(zhuǎn)爐爐齡與復(fù)吹爐齡的變化見(jiàn)圖 6，項(xiàng)目研究成果 2007 年底開始應(yīng)用，至 2008 年兩 座提釩爐均投入使用，復(fù)吹爐齡大幅提高， 從 2006年平均 2 342 爐提高到 2008 年的 6 753 爐， 2009 年達(dá)到 6 848 爐，與轉(zhuǎn)爐爐齡相同。 2)復(fù)吹率 近年提釩轉(zhuǎn)爐復(fù)吹率變化情況見(jiàn)圖 7，隨著復(fù)吹爐齡的大幅提高，復(fù)吹率也大幅提高，并實(shí)現(xiàn)了提釩轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與爐齡同步，復(fù)吹率達(dá)到 100。 復(fù)吹提釩冶金效果 釩渣質(zhì)量 1)釩渣主要成分 改進(jìn)前、后及無(wú)復(fù)吹條件下提釩的對(duì)比爐次的釩渣主要成分見(jiàn)表 1。由表 1 可見(jiàn)，改進(jìn)后釩渣質(zhì)量得到明顯改善，其中釩渣（爐樣） 量由應(yīng)用前（復(fù)吹） 下降到應(yīng)用后（復(fù)吹） 降低了 百分點(diǎn)，與無(wú)復(fù)吹條件提釩相比則降低 百分點(diǎn)；釩渣（爐樣） 應(yīng)用前（復(fù)吹） 高到應(yīng)用后（復(fù)吹）的 提高了 百分點(diǎn)，與無(wú)復(fù)吹提釩相比提高了 渣 量基本相當(dāng)。 圖 6 近年提釩轉(zhuǎn)爐爐齡與復(fù)吹爐齡變化 8802616271541623234235536662 68486754 68480100020003000400050006000700080009000100002005 2006 2007 2008 2009年份爐齡/爐復(fù)吹爐齡提釩爐齡攀 鋼 技 術(shù) - 23 - 圖 7 近年提釩轉(zhuǎn)爐復(fù)吹率變化 2）釩渣 量 分布 改進(jìn)前后（均為復(fù)吹條件）對(duì)比爐次釩渣 2量分布見(jiàn)圖 8、 9。由圖 8、 9 看出， 改進(jìn)后復(fù)吹提釩的釩渣中 28%的比例為 較改進(jìn)前的 比上升了 百分點(diǎn)；同樣，釩渣 15%的比例達(dá)到 增加了 百分點(diǎn)?？梢?jiàn)，釩渣 量分布區(qū)間更合理，釩渣質(zhì)量更好而且更穩(wěn)定。 表 1 改造 前、后對(duì)比爐次 釩渣主要成分 成分 % % % 樣本數(shù) /個(gè) 無(wú)復(fù)吹 52 改造 前（復(fù)吹） 1 042 改造 后（復(fù)吹） 1 606 圖 8 改 進(jìn) 前、后釩渣 量分布 圖 9 改 進(jìn) 前、后釩渣 量分布3） 釩渣 量在爐齡區(qū)間的變化 釩渣 量在爐齡區(qū)間的變化見(jiàn)圖 10。由圖 10 看出，釩渣中 量隨爐齡區(qū)間的變化波動(dòng)較小，釩渣質(zhì)量比較穩(wěn)定，表明復(fù)吹提釩良好的冶金效果在整個(gè)爐役期間可以得到延續(xù)。 半鋼質(zhì)量 007 2008 2009年份復(fù)吹率/ 2 2 2 2 5 2 5 2 8 2 8 3 1 3 1頻率/% 4 1 4 1 5 1 5 1 6 1 6 1 7 1 7 1 8 1 8 1 9 1 9V 2 O 5 /%頻率/%改進(jìn)前改進(jìn)后- 24 - 2010 年第 33 卷第 5 期 改進(jìn)前、后對(duì)比爐次的半鋼質(zhì)量及純吹氧時(shí)間見(jiàn)表 2。由表 2 可知，通過(guò)優(yōu)化復(fù)吹工藝，釩氧化的動(dòng)力學(xué)條件得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。半鋼的質(zhì)量得到了明顯改善，半鋼 C含量平均提高 百分點(diǎn)，半鋼的殘 V 含量平均降低了 %；純吹氧時(shí)間縮短，平均吹氧時(shí)間縮短了 0.3 改進(jìn)前、后對(duì)比爐次半鋼 C、 V含量分布見(jiàn)圖 11、 12?？梢?jiàn)，復(fù)吹提釩工藝應(yīng)用后半鋼C 比例占 較改進(jìn)前增加了 百分點(diǎn)；同時(shí)，半鋼余釩顯著下降，半鋼余釩 比例為 較改進(jìn)前的 百分點(diǎn)，其中余釩 比例達(dá) 較改進(jìn)前提高 百分點(diǎn)。 圖 10 釩渣 量在爐齡區(qū)間的變化 表 2 半鋼質(zhì)量及吹氧時(shí)間 半鋼 C/% 半鋼 V/% 純吹氧時(shí)間 /本數(shù) /爐 改造 前 455 改造 后 746 圖 11 半鋼 C 含量的分布 圖 12 半鋼殘 V 含量的分布 釩氧化率、產(chǎn)渣率以及釩的收率 轉(zhuǎn)爐提釩釩的氧化率、產(chǎn)渣率以及釩收率見(jiàn)表3。由表 3 可知， 改 進(jìn) 后釩收率由 提高了 百分點(diǎn)；釩氧化率由 高到 提高了 百分點(diǎn)；實(shí)物產(chǎn)渣率基本相當(dāng)，但由于釩渣品位的提高，折合產(chǎn)渣率提高了 百分點(diǎn)?？梢?jiàn) ,折合產(chǎn)渣率以及釩的收率提高 ,充分反映了提釩復(fù)吹 改造 后具有更好的冶金效果。 表 3 轉(zhuǎn)爐提釩產(chǎn)渣 率、釩氧化率以及收率 釩回收率 /% 釩氧化率 /% 實(shí)物產(chǎn)渣 率 /% 折合產(chǎn)渣 率 /% 改進(jìn)前 進(jìn)后 結(jié)論 1）提釩轉(zhuǎn)爐復(fù)吹爐齡大幅提高，復(fù)吹爐齡由原來(lái)的 2 342 爐提高到 2008 年的 6 753 爐、 2009 年的 6 848 爐，實(shí)現(xiàn)提釩復(fù)吹爐齡與轉(zhuǎn)爐爐齡同步，復(fù)吹率達(dá)到 100%。 10152025301 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15爐齡區(qū)間序號(hào)含量/%2 1 代表 1 500 爐 , 2 代表 5011 000 爐 , 以此類推 量/%30 25 20 15 10 . 0 2 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 4半鋼 V / %比例/%改進(jìn)前改進(jìn)后 2 . 4 3 . 4 3 . 5 3 . 5 3 . 6 3 . 6半鋼 C / %比例/%改進(jìn)前改進(jìn)后攀 鋼 技 術(shù) - 25 - 2） 釩渣質(zhì)量得到明顯改善，釩渣（爐樣） 降到 降低了 渣（爐樣） 高到 提高了 3） 半鋼的質(zhì)量得到了明顯改善，半鋼 C含量平均提高 百分點(diǎn)，半鋼的殘 V 含量平均降低了 %；純吹氧時(shí)間縮短，平均吹氧時(shí)間縮短了 0.3 4）改進(jìn)后 ,釩收率由 高到 提高了 氧化率由 高到 提高了 百分點(diǎn)。 編輯 楊冬梅 收稿日期： 2010 武鋼奪得巴基斯坦 t 鋼軌全球 采購(gòu)合同 2010 年 國(guó)慶前夕，武鋼按國(guó)際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)研制的產(chǎn)品在與日本、俄羅斯、意大利等世界著名鋼軌生產(chǎn)企業(yè)的多輪角逐中勝出，全標(biāo)奪得出口巴基斯坦 t 全球采購(gòu)鋼軌合同，此舉將為武鋼帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 今年 5 月份，巴基斯坦鐵道部公開向全球招標(biāo)采購(gòu) t 軌，巴方在引用國(guó)際鐵路聯(lián)盟鋼軌標(biāo)準(zhǔn)的前提下，還附加提出兩項(xiàng)較苛刻的個(gè)性化要求，即熱壓印高度和較窄的錳含量范圍。武鋼本著 “走出去 ”開拓海外市場(chǎng)的戰(zhàn)略思想，迎難而上，集中優(yōu)勢(shì)兵力全力開展研制工作。 為做好細(xì)致的對(duì)