转炉复合吹炼设计(design of converter combined blowing)

根据原料条件、冶炼钢种，确定顶底复合吹炼转炉的气源和供气强度、供气元件和供气系统的设计。

顶底复吹氧气转炉炼钢 是从转炉顶部吹入氧气，同时从转炉底部吹入适量的气体以强化熔池搅拌的炼钢方法。它兼有顶吹和底吹的优点，熔池搅拌充分、均匀，吹炼平稳、喷溅少，可以冶炼较高质量的低碳钢、超低碳钢和超低碳不锈钢，因而自20世纪70年代诞生以来发展很快。世界上大多数产钢国家都采用了这种炼钢方法，中国也已将顶底复吹炼钢法列为转炉炼钢的重大新技术加以推广。转炉复合吹炼技术种类繁多，但顶吹部分是相同的(见转炉氧枪系统设计)，主要差异在于底吹的气体种类、供气强度和供气元件。

气源和供气强度选择 从转炉底部吹入的搅拌气体的种类有惰性气体(氩气、氮气)和氧化性气体(氧气、空气和二氧化碳气)，此外还有一氧化碳气体，应根据不同条件，选择合适的吹入气体。生产中高碳钢，一般选用氩气或氮气作为底部搅拌气体；生产低碳钢和不锈钢时，可选用氧气或二氧化碳气以及氩气作为底部搅拌气体；生产超低碳钢和超低碳不锈钢时，要同时选用氩气和氧气作为底部搅拌气体。使用氧气或空气作底部搅拌气体时，要用天然气、丙烷或轻柴油来冷却喷嘴。底吹使用的氮气纯度应大于99．9％，氩气的纯度应在99．99％以上，其工作压力为0．8～1．2MPa。20世纪80年代后期，使用的气体工作压力有增高的趋势，有的已达3．0MPa或更高。底吹使用的氧气质量要求与顶吹使用的氧气相同。为避免增加钢液的含氮量和节约昂贵的氩气，实际生产中多采用在装料和吹炼期的前2／3的时间内吹氮气，在吹炼期的后1／3时间到出钢时换吹氩气的操作工艺。

底部供气强度对熔池混匀时间有较大的影响。当供气强度很小时，混匀时间随供气强度的增大而缩短。但过大的供气强度对熔池搅拌强度的增加收效甚微。底部氩气和氮气的供气强度一般为0．01～0．15m³／(t•min)，最大不超过0．3m³／(t•min)。底部的供氧量通常不超过冶炼总供氧量的30％。

供气元件选择 底吹供气元件根据材质和结构不同可分为钢管型、砖型和细管多孔塞型三类，常用的如图1所示。

钢管型供气元件可分为单管式、双层套管式和环缝管式。(1)单管式供气元件是由圆形无缝钢管制成，适用于喷吹惰性气体，无需冷却介质保护，但这种喷嘴的气体流量调节范围小、寿命低，已被淘汰。(2)双层套管式供气元件由同心双层套管组成，中心管内走氧气，内外管之间走碳氢化合物保护介质。(3)环缝管式供气元件是在双层套管式的基础上，将内管用泥料堵塞住，只让环缝通气的喷嘴，这种喷嘴具有气体流量调节范围大，喷嘴和炉衬寿命长等特点，但它仅适宜喷吹惰性气体。

砖型供气元件可分为弥散透气砖、砖缝组合式和直孔型透气砖三种类型。(1)弥散型透气砖的底气流量的调节范围很大，用它喷吹氩气和氮气可以满足大多数原料条件一F—ib’炼多种钢的工艺要求；但它的致密度很差，不耐冲刷和腐蚀，而且气流通过的阻力很大，每个元件的供气量受到限制。(2)砖缝组合式供气元件是由多块耐火砖以不同形式组合成各种砖缝，并外包不锈钢板而成，克服了弥散型透气砖的缺点；但它喷出的气流分布不均并容易漏气，供气不稳定。(3)直孔型透气砖就是在砖内纵向分布许多小直孔通道，从而克服了上述两种砖型供气元件的缺点。砖型供气元件不适宜喷吹氧气和粉剂。

细管多孔塞型供气元件是将许多直通的细不锈钢管埋置在耐火材料中制成的。不锈钢管的内径一般为1．5～4．0mm，每块供气元件中设置10～150根。这种供气元件的气量调节范围较大，气流阻力小，母体耐火材料不易断裂和剥落，气密性好，而且每块供气元件的供气流量比较大，因此在复吹转炉上获得广泛应用。

供气元件的数量与供气元件的型式、转炉的容量以及供气强度的大小有关。一般根据试验数据选定或通过经验公式计算确定。采用钢管型和细管多孔塞型供气元件时，一座转炉可配置2～4个供气元件。采用砖型供气元件时，由于每个元件的供气量受到限制，其数量就要多一些。供气元件的布置形式和位置对熔池搅拌有一定的影响，通常有三种布置形式(图2)。供气元件的布置还应考虑到兑铁水时元件尽可能不被铁水淹没。

底吹供气系统设计 顶底复吹转炉需要多种气源，其来源要十分可靠。在工厂的制氧站设计中要设置精氩制取设备以及氮气加压站和贮氮罐，同时要敷设管道将其送至炼钢车间的底吹阀门站。其他如一氧化碳、二氧化碳、天然气、丙烷、轻柴油和蒸汽等介质也要设置专门的制取、贮存和输送设施，以保证正常生产需要。在转炉炼钢车间内要设置底吹阀门站、底吹气体的压力调节、流量调节以及气源种类的切换都在这里实现，其操作控制在转炉主操纵室的底吹系统操作台上进行。从底吹阀门站出来的气体经设在转炉耳轴上的配气盘送至转炉炉底的供气元件吹入炉内。耳轴方向发生振动要小。每一种底吹气体的压力、流量和各种气体的混合比等工艺参数的调节，以及每一个供气元件的供气参数调节都可以单独地自动或手动操作，有条件的地方还可用微型计算机进行操作。

供气元件的使用寿命通常比转炉炉衬寿命低，炉役中需要更换透气元件，为此需要配备供气元件拆装更换装置。同时为了保证供气元件的通畅、设计中要考虑设置管道定期(用富氧到大约33％的空气)吹扫元件。