第5章 转炉顶底复合吹炼

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第五章 转炉顶底复合吹炼

第一节 复吹的发展

随着氧气制取技术的发展，转炉炼钢开始采用氧气冶炼。1952年奥地利发明了LD新工艺，使炼钢生产进入新阶段。由于LD法在生产率、热效率、脱P、脱S以及钢质量等方面的优越性，在世界上得到了极迅速的发展。

受到LD转炉的启示，托马斯转炉（底吹空气）也开始采用纯氧吹炼试验，但因喷嘴侵蚀严重致使底部供氧工艺受阻。1967年，德国和加拿大共同开发了OBM方法，发明了用碳氢化合物作为冷却剂的氧气喷嘴，使底吹氧气转炉得以产生，解决底部供氧带来的喷嘴侵蚀问题。

这两种炼钢工艺在冶金特性上有各自的优点，也存在自己的不足。从70年代，开始顶底复吹新工艺的开发，1980复吹工艺开始大规模投入工业生产。由于其具有顶吹及底吹的优点，因此得到了迅速推广与发展。我国复吹工艺的发展与世界基本同步，在83年在首钢和鞍钢开始推广使用。但是，在发展初期，由于耐火材料和Ar制备工艺落后，使我国的复吹发展受到限制。为理解复合吹炼的工艺特点，应首先了解顶吹及底吹转炉的冶金特点。 一． 顶吹和底吹转炉特点 1． LD转炉 （1） 冶金特点：

① 脱碳反应在上部乳化区进行。氧气流从顶部吹入熔池，把钢液及炉渣击碎成许多细小液滴，形成三相乳化区，脱碳反应主要在乳化区内进行。

② 反应区在熔池上部，有利脱P和脱S。由于O2与熔池的作用区处于熔池的上部，FeO易于聚集而有利于石灰熔化形成炉渣，使脱P、S与脱C同时进行。同时，调节枪位，可以控制炉渣FeO的聚集及造渣速度。

③ 氧枪射流搅拌作用不大。尤其冶炼后期，脱碳速度迅速降低，使熔池成分及温度的不均匀，特别是对大型转炉更为严重。 ④ C大约10%可以燃烧为CO2 。 （2） 优点：

① 操作控制灵活，实现早去S、P：可以通过调节喷枪高度，控制化渣速度，从而达到

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在吹炼终点前去除P，S。

② 有较高的热效率，可以吃较多的废钢。 ③ 转炉炉龄不受氧枪寿命的约束。 （3） 缺点：

① 喷溅事故多：渣中FeO易聚集，喷溅较大。 ② 均匀性差：熔池成分和温度不均匀。 ③ 烟尘大：反应在熔池上部进行。

④ 金属收得率低：渣中FeO、喷溅、及烟尘损失较大。 ⑤ 合金收得率低：钢中〔O〕含量高，合金收得率低。 2． 底吹氧气转炉 （1） 冶金特点：

① 氧气由底部射入熔池，反应主要发生在熔池底部及内部。

② 氧气利用率高，FeO产生于底部，在上浮过程中，将很快与C等反应。同时也造成渣中FeO聚集量减少，前期成渣和脱P困难。 ③ 气体搅拌力强，比LD高10倍以上。 （2） 优点：

① 冶炼平稳、喷溅少，金属收得率高：渣中FeO低。 ② 熔池搅拌好，温度及成分均匀。 ③ 熔池〔O〕含量低，合金收得率高。 ④ 可提高供氧强度，生产率高。 （3） 缺点

① 前期化渣困难，前期脱磷P能力差，因此不容易实现高拉碳。（但后期P脱磷效率高） ② 废钢用量小：Fe和CO的氧化量小。 ③ 钢中含〔H〕量稍高：冷却剂裂解。 ④ 炉底易损坏，炉龄较低。 3． 复合吹工艺的产生

顶吹及底吹各有其优缺点，并且其优缺点有的正好相互对应。结合两者的优点，就可以更好地发挥氧气转炉炼钢的作用，这就是复合吹炼工艺得以发展的必要性。

同时，由于底部供气元件的不断发展，炉底寿命有了较大提高，甚至可以与炉衬寿命同

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步，从而使得复合吹炼技术的发展成为可能。 二． 复吹工艺的种类

世界各国普遍开展了对复合吹炼的研究，根据具体生产条件和原有的生产设备，出现了各种类型的复合吹炼的工艺方法。主要可归纳为五种类型：P191内容 1． 顶部吹氧，底部供入惰性气体，顶部加入石灰块。

（1） 工艺开发：这种工艺是在LD的基础上，增加底部了底吹惰性气体或弱氧化气体，形

成了复吹工艺。我国的复吹转炉属于这种形式。

（2） 具体工艺：包括LBE，LD－OTB，LD－AB，NK－CB等。各种工艺之间的主要区

别在于供气元件、使用气体及其他辅助操作等的差异。P187，表4-14 （3） 常用气体主要有：Ar、N2、CO2。

（4） 供气量：顶吹氧的供氧强度基本不变；底吹气体的强度一般在0.10~0.30m3t?min。 2． 顶部吹氧90~95%，底部供氧5~10%，顶部加块状石灰。（底部供气小于20%） （1） 工艺开发：此类工艺是在底吹氧气转炉的基础上，增加了顶吹氧枪而成。国内基本上

没有采用此工艺。

（2） 具体工艺：包括LD－OB，LD－HC，以及BSC－BAP等。区别在于底部供氧比例、

喷嘴形式和冷却介质、以及辅助操作差异。

3． 顶部吹氧70~80%，底部吹氧20~30%，底部吹石灰粉 （1） 工艺开发：这类方法是在底吹转炉Q-BOP发展而来。 （2） 具体工艺：包括STB、K－BOP等，强化脱磷。

4． 顶部吹氧60~80%，底部吹氧20~40%，底部吹石灰粉，底部喷入燃料。。 （1） 工艺开发：底吹转炉。

（2） 具体工艺：K-OBM、OBM-S，提高废钢用量和改善脱磷喷吹料。 5． 底部供氧100%，底吹石灰粉，附加氧，顶/低喷吹石灰粉。 （1） 工艺开发：底吹转炉。

（2） 具体工艺：KMS，OBA－S，KS。在底吹的基础上，顶部增加附加氧用于燃烧炉气中

的CO，增加熔池热量以提高废钢比。 ★我国复吹主要是底部吹惰性气体。

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第二节 复吹的冶金特点

我国的顶底复吹工艺是在LD转炉的基础上改造而成，因此冶金特点也主要是以顶吹为比较对象（即与LD相比）来说明。P184~186内容 一． 冶金特点 P184内容 1． 由于增加底部供气，与LD相比，加强熔池搅拌（特别是吹炼末期），使熔池更加均匀。

底吹对熔池搅拌的作用可以从两个方面来体现：①熔池的均匀性（P184图4-49）和②混匀时间（P186图4-55）。★LD熔池均匀需要100S左右，而底吹10S即可均匀，因此认为“底吹的搅拌能力是顶吹的10倍”。→说明底吹使熔池搅拌能力加强。

2． 熔池搅拌增强，改善了钢－渣反应条件使其更接近平衡，过氧化现象降低（渣中FeO和

过剩〔O〕均减少）。P184图4-50和图4-51 3． 底吹惰性气体，使气泡中CO的分压低，有利于脱碳反应。（有利于低C钢及超低C钢

种）P184图4-50和图4-51 4． 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。 5． 采用复吹方法，使熔池富余热量减少，降低了废钢比（喷吹燃料和炉气燃烧除外）。

★原因：①Ar、N2的吸热；②底部用O2时供入的冷却剂吸热；③CO2脱C是吸热反应；

④Fe、Mn氧化量减少。

二． 优点：（主要是与LD相比，适于我国国情）

1． 吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率：渣中FeO降低。P185图4-52 2． 降低夹杂提高质量、延长炉龄：熔池均匀，反应接近平衡，终点氧化性降低。 3． 合金收得率高：（FeO）和〔O〕减少、余Mn高。P185图4-52和4-53。

4． 脱磷能力强，石灰消耗降低：由于钢渣反应条件改善，脱磷接近于平衡，如P185图4-54。 5． 极限终点碳降低，有利于冶炼超低C钢。 6． 提高生产率：喷溅少，与LD相比可以超装一些。

★复吹的经济效益明显，但随各国的具体情况而异：平均可降低成本：西德2～3.6马克/t钢； 美国0.25～1.5美元/T钢；我国83年2.1元/T钢；鞍钢150T炉2.3元/T钢。（早期改造时的数据，现在设计就是复吹）

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★具体的指标影响如P182，表4-12和表4-13所示。 三． 缺点

1． 工艺复杂：尤其是底部吹氧。

2． 底吹O2时，冷却剂将使钢中〔H〕升高。

3． 底吹N2将使钢中的氮升高，末期需要切换Ar气吹炼。全部吹Ar成本高。 4． 废钢比有所降低。

5． 底吹喷嘴寿命低，炉龄降低：由于溅渣护炉和底吹元件的改善，问题基本解决。

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