1、韩毅华河北联合大学,钢铁冶金学炼钢部分,第五章 顶底复吹转炉,复吹发展复吹冶金特点底部供气,第一节 复吹发展,顶吹：1952年LD顶吹转炉诞生 底吹：1967年底吹氧气转炉（德国和加拿大）托马斯法底部供O2失败：喷嘴侵蚀严重OBM采用CH化合物冷却喷嘴Oxygen Bottom Blowing Method复吹：顶吹和底吹互补1978年法国在LD上底吹惰性气体成功1979年日本住友发表复吹报告1983年首钢30t和鞍钢180t复吹投入生产,一. 顶吹和底吹转炉特点 LD顶吹转炉冶金特点脱碳反应在上部乳化区进行 反应区在熔池上部，有利脱P和脱S (FeO)含量高，石灰熔化快调整枪位，调节(FeO
2、)含量熔池温度和成分不均匀尤其是后期，氧枪射流搅拌作用小C大约10%可以燃烧为CO2,优点操作控制灵活，实现早去S、P 热效率较高，可以提高废钢使用量：Fe氧化量大转炉炉龄不受氧枪寿命的约束缺点喷溅事故多： (FeO)容易积聚熔池均匀性差：搅拌差烟尘大：反应在熔池上部金属收得率低：渣中FeO高、喷溅多、烟尘损失大 合金收得率低：钢中O含量高,底吹转炉冶金特点氧气由底部射入熔池，反应主要发生在熔池底部氧气利用率高，渣中FeO聚集量减少FeO产生于底部，上浮时与C反应较多气体搅拌力强比LD高10倍 CO2生成量极少,优点冶炼平稳、喷溅少：(FeO)低 熔池温度及成分均匀：搅拌好金属收得率高：喷溅少
3、、(FeO)低合金收得率高：熔池O含量低生产率高：可提高供氧强度缺点前期脱磷P能力差：前期化渣困难 底吹无法高拉碳后期脱磷效率高废钢用量小：Fe和CO的氧化量小 钢中含H量稍高：冷却剂裂解 炉底易损坏，炉龄较低 P181表4-11,二. 复吹工艺种类 顶部吹氧，底部供入惰性气体，顶部加入石灰块 工艺开发：在LD的基础上，增加底吹惰性气体或弱氧化气体具体工艺：LBE、LDOTB、LDAB、NKCB 区别在于供气元件、使用气体我国的复吹转炉属于这种形式 底吹气体：Ar、N2、CO2供气量：顶部供氧强度不变： 4.0 Nm3/(minT)底部供气强度较小：0.10.3 Nm3/(minT),顶部吹氧
4、9095%，底部供氧510%，顶部加石灰 工艺开发：在底吹基础上，增加顶吹氧气具体工艺： LDOB，LDHC，BSCBAP区别在于底部供氧比例、喷嘴形式和冷却介质我国无这种复吹形式 顶部吹氧7080%，底部氧2030%，底部吹石灰粉 工艺开发：在底吹QBOP基础上，增加顶吹氧气具体工艺： STB、KBOP强化脱磷：底部吹石灰粉我国无这种复吹形式,顶部吹氧6080%，底部供氧2040% 底部吹石灰粉，底部喷入燃料 工艺开发：在底吹基础上，增加顶吹氧气具体工艺：KOBM、OBMS 强化脱磷提高废钢用量我国无这种复吹形式,底部供氧100%，顶部附加氧，顶/底喷入石灰粉 工艺开发：在底吹基础上，增加顶
5、部氧气和石灰粉具体工艺：KMS，OBAS，KS 强化脱磷：顶底吹石灰粉提高废钢用量：顶吹氧 O2 + CO CO2我国无这种复吹形式我国复吹主要是底部吹惰性气体,第二节 复吹冶金特点,一. 冶金特点 与LD相比 P184 增加底部供气，加强熔池搅拌,使熔池更加均匀熔池均匀性：复吹熔池更均匀混均时间：顶吹100S，底吹10S 底吹搅拌能力比顶吹高10倍 说明底吹使熔池搅拌能力加强 特别是吹炼后期，搅拌改善效果更明显 后期CO搅拌能力大大减弱,熔池搅拌增强，改善了钢渣反应条件，使钢渣接近 平衡，过氧化现象降低，合金收得率提高炉渣FeO降低：顶吹高、底吹低、复吹居中钢水O 下降：顶吹高、底吹低、复吹
6、居中合金收得率高：终点锰含量上升底吹转炉O小于平衡值理论平衡值： PCO = 1 atm底部吹惰性气体： PCO 1 atm后期CO2含量增加： PCO 1 atm后期吸入N2多： PCO 1 atm,底吹惰性气体，降低CO分压，有利于脱碳反应有利于冶炼低碳钢：钢水O 下降极限脱碳量降低： 0.01%C（复吹） 0.02%（顶吹）通过改变顶枪位置和顶底吹炼制度，可以控制 化渣，有利于充分发挥炉渣的作用控制FeO含量熔池富余热量减少，降低了废钢比 Ar、N2的吸热，CO2脱C是吸热反应 底部用O2时供入的冷却剂吸热 Fe、Mn氧化量减少,二. 复吹优点 与LD相比吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率提
7、高约1%渣中FeO降低 渣中含铁减少2.55.0%降低夹杂提高质量、延长炉龄熔池均匀 终点氧化性降低合金收得率高（FeO）和O减少余Mn提高0.020.06%脱磷能力强，石灰消耗降低钢渣反应条件改善，脱磷接近于平衡 降低终点0.002%P；石灰消耗降低310Kg/t,极限终点碳降低，有利于冶炼超低C钢CO分压低后期搅拌高提高生产率喷溅少，供氧强度高可以适当超装降低成本生产率高金属收得率高：喷溅少、FeO低合金收得率高：O低、余锰高石灰消耗低炉衬寿命高 氧气消耗低 ：46Nm3/t,三. 复吹缺点 与LD相比工艺复杂：尤其是底部吹氧 底部喷嘴系统底吹O2时，冷却剂将使钢中H升高 CH化合物为冷却
8、剂底吹N2将使钢中的氮升高 需要N2/Ar废钢比有所降低 气体吸热 Fe氧化减少 CH冷却剂吸热底吹喷嘴寿命低，炉龄降低 目前基本解决：溅渣护炉和喷嘴元件改善,第三节 底部供气,一. 底部气体供气目的 取决于复吹方式加强熔池搅拌，改善冶金效果强化冶炼，提高转炉生产能力增加热源，提高废钢量：喷吹燃料对底部气体要求气体对钢质量无危害来源广泛，价格价廉便于操作，安全可靠,底部供气种类常用气体：Ar、N2、CO2、O2和空气O2：国内应用较少优点：强化冶炼 搅拌能力大 (C+O22CO) 缺点：结构复杂 炉底寿命低 冷却剂增H CO2：鞍钢用CO2代替Ar优点: 搅拌能力大 (C+CO22CO) 不污
9、染钢水 炉底冷却缺点: 氧化性影响炉底 不利于超低碳冶炼（CO分压不变） 成本较高CO2 （不易生产）,N2：国内应用广泛优点：来源广成本低 使用安全 对炉底侵蚀小 供气元件简单缺点：后期增NAr：国内普遍采用优点：不污染钢水 使用安全 底部炉衬寿命长 供气元件简单缺点：成本高,N2/Ar切换供气模式N2 ：溅渣护炉装料供氧2/3N2不影响溅渣护炉 C高时N溶解度低Ar：供氧2/3终点出钢过程C降低，N溶解度升高Ar气泡清扫N切换时机ArN2：出钢完毕N2Ar：供氧时间2/3,二. 供气元件喷嘴型单管式结构：无缝金属管 无冷却特点：气量调节幅度小：气量小时容易堵塞 后座严重：间歇反冲，危害炉底
10、 喷吹惰性气体应用：早期应用，目前较少,双层套管式结构：双层套管特点：气量调节幅度小 通用性强：N2、Ar、O2、石灰应用：来源于底吹转炉，目前仍应用 （唐钢3号炉试验） 供氧：内管O2，环缝冷却剂 惰性气体：内管压力/环缝压力=12.5 (防止堵塞)环缝式结构：双层套管封堵中心管，仅环缝通气 （0.55mm）特点：气量调节幅度大 喷嘴寿命长 喷吹惰性气体应用：较多,砖型弥散性透气砖结构：砖内形成许多弥散分布的微孔（100目左右） 特点：供气分布均匀 气孔不易堵塞：可以中断或间断供气 阻力大，供气量小 密度低，耐侵蚀性差 适用于惰性气体 应用：早期开发，目前应用很少缝砖型结构：多块耐火砖组成砖
11、缝，用钢板包围 砖缝0.30.5mm特点：气量范围大 可以间断供气 不易堵塞 寿命较高 外壳易开裂漏气 不适于吹氧和喷粉 应用：过渡型元件，目前应用很少,直孔型透气砖结构：砖内分布贯穿性直孔 1.03.0mm特点：致密度高，寿命长 ：相对于弥散型 阻力小 分布均匀：相对于砖缝式 不易漏气 适用于惰性气体 应用：早期开发，目前仍有应用,细金属管多孔塞结构：耐火材料中埋入许多细小不锈钢管 金属管10150根 直径 0.13.0mm特点：喷嘴 + 砖型密度高气体阻力小 气量调节范围大不易堵塞适用于惰性气体 应用：日本钢管开发，应用广泛,三. 供气元件布置距炉底中心的距离 以混匀时间来衡量,最佳位置：底吹元件的间距在0.550.60D之间为好 原因：元件位于顶吹射流所形成的火焰区边缘,对称性对称布置：以炉底中心对称布置 搅拌比较均匀 操作平稳 均匀混合时间长非对称布置 混匀时间短：单一回路 炉衬冲刷大大多数采用对称布置,布置形式集中布置：供气元件个数少，孔径大 搅拌力大 均匀时间短分散布置：供气元件个数多，孔径小 搅拌弱 混匀时间长多数采用集中布置,完,
