提高轉(zhuǎn)爐冶煉噸鋼礦石用量生產(chǎn)實(shí)踐*

龍 彪(馬鞍山鋼鐵股份有限公司)

提高轉(zhuǎn)爐冶煉噸鋼礦石用量生產(chǎn)實(shí)踐*

龍 彪(馬鞍山鋼鐵股份有限公司)

適當(dāng)提高轉(zhuǎn)爐冶煉噸鋼礦石用量，可以降低鋼鐵料消耗，降低生產(chǎn)成本。但礦石的大量入爐改變了原有的熱量和物料平衡，如果控制不當(dāng)會(huì)給冶煉帶來(lái)許多不利的影響。在提高轉(zhuǎn)爐冶煉噸鋼礦石用量生產(chǎn)實(shí)踐中，可以通過(guò)對(duì)設(shè)備和工藝的優(yōu)化，得到適合的操作模式，使轉(zhuǎn)爐冶煉保持穩(wěn)定。

煉鋼 鐵礦石 生產(chǎn)實(shí)踐

0 前言

為了保持熱量平衡，轉(zhuǎn)爐煉鋼一般采用廢鋼、礦石、生鐵塊、氧化鐵皮作為冷卻劑，使吹煉過(guò)程有正常的熔池升溫制度和所需的出鋼溫度，其中以廢鋼用量最多。但隨著廢鋼價(jià)格持續(xù)上漲且采購(gòu)困難，大量使用廢鋼造成了煉鋼成本的上升，也不利于煉鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定。近年來(lái)一些煉鋼廠通過(guò)適當(dāng)提高噸鋼礦石用量的途徑，來(lái)降低鋼鐵料消耗以降低成本，實(shí)踐證明切實(shí)可行。馬鋼第二鋼軋總廠的噸鋼礦石用量為10 kg/t左右，相比于其他一些煉鋼廠用量較低，因此有很大的提升空間。

1 工藝條件

馬鋼第二鋼軋總廠現(xiàn)有4座40 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，工藝流程為:魚雷罐車鐵水—轉(zhuǎn)爐吹煉—精煉站吹氬—連鑄。轉(zhuǎn)爐采用定量裝入制度，總裝入量為40±0.2 t，其中廢鋼6 t～7 t(包括少量生鐵塊和氧化鐵皮)，鐵水33 t～34 t。鐵水平均成份與溫度情況:Si:0.45%，P:0.110%，S:0.032%，T:1390 ℃。造渣料有石灰、鎂球和礦石，其中部分石灰生燒較高在18%左右。轉(zhuǎn)爐冶煉周期為25 min，供氧時(shí)間為11 min～12 min，供氧壓力為 0.65 MPa～0.85 MPa，氧流量為8000 m3/h～10000 m3/h。氧槍參數(shù)見表1。

表1 拉瓦爾型三孔氧槍噴頭主要參數(shù)

2 鐵礦石條件及其冷卻效應(yīng)

2.1 鐵礦石條件

為了保證較好的冶煉效果，選用進(jìn)口澳礦，其主要成分為Fe2O3，該礦品位高，雜質(zhì)含量少，易還原。其理化指標(biāo)見表2。

表2 礦石理化指標(biāo)

2.2 鐵礦石的冷卻效應(yīng)

在一定條件下，加入1kg冷卻劑所消耗的熱量就是該冷卻劑的冷卻效應(yīng)。鐵礦石的冷卻效應(yīng)吸熱包括物理冷卻吸熱和化學(xué)冷卻吸熱兩個(gè)方面:物理冷卻吸熱是礦石從常溫加熱至熔化后，直至出鋼溫度的整個(gè)過(guò)程所吸收的熱量;化學(xué)冷卻吸熱是通過(guò)鐵礦石的分解還原反應(yīng)吸熱。澳礦的主要成分為Fe2O3，其吸熱反應(yīng)式為［1］:

若鐵礦石成分w(Fe2O3)=81.4%，w(FeO)=0%，礦石一般是在吹煉前期加入，所以溫升取1350℃。1 kg鐵礦石的冷卻效應(yīng)計(jì)算如下［2］:

C礦——鐵礦石的質(zhì)量熱容，且 C礦 =1.016 kJ/(kg·℃);

Δt——鐵礦石加入熔池后需升高的溫度數(shù)，℃;

λ礦——鐵礦石的熔化潛熱，即209 kJ/kg;

6459、4249——分別為在煉鋼溫度下，由液態(tài)Fe2O3和FeO還原出1 kg鐵時(shí)吸收的熱量。

從上式可以看出，F(xiàn)e2O3的分解熱所占比重很大，鐵礦石冷卻效應(yīng)隨Fe2O3含量而變化。

廢鋼冷卻效應(yīng)吸熱主要依靠升溫吸熱來(lái)冷卻熔池，冷卻效應(yīng)不如鐵礦石。馬鋼第二鋼軋總廠使用的廢鋼中加有部分生鐵塊和渣鋼，根據(jù)實(shí)際使用的情況來(lái)看，礦石的冷卻效應(yīng)值約是廢鋼的4倍。

3 大量鐵礦石加入爐內(nèi)產(chǎn)生的問(wèn)題及分析

鐵礦石的加入起到了調(diào)節(jié)熔池溫度和氧化的作用，減少了氧氣消耗，增加了鋼水量，但隨著鐵礦石用量的增加，也給冶煉操作帶來(lái)了許多不利的影響。

3.1 對(duì)設(shè)備造成的不利影響

1)加料不順。礦石的加入是通過(guò)高位料倉(cāng)振動(dòng)向低位料倉(cāng)增料然后再加入爐內(nèi)，增料需要一定的時(shí)間，一般當(dāng)?shù)V石用量＞800 kg時(shí)，一個(gè)料倉(cāng)難以滿足大量礦石的及時(shí)加入。礦石潮濕容易發(fā)生下料槽結(jié)料，造成下料不暢。

2)除塵效果差。大量礦石的加入使熔池反應(yīng)劇烈，煙氣量大幅增加且溫度較高，使除塵煙罩容易結(jié)渣和漏水，同時(shí)煙氣的大量外溢也造成環(huán)境污染。

3.2 對(duì)工藝造成的不利影響

1)溢渣、噴濺現(xiàn)象增多。澳礦的主要成分為Fe2O3，較高的含氧量使鋼水中的碳氧反應(yīng)較為活躍，另外鐵礦石帶有脈石，為保持合適的爐渣堿度還需補(bǔ)加石灰，從而使?fàn)t渣總量增加。鐵礦石加入時(shí)間和加入量不合理，易造成溢渣和噴濺現(xiàn)象。冶煉前期約3 min左右爐渣乳化，易出現(xiàn)溢渣現(xiàn)象。中后期熔池溫度較高，鐵礦石的大量加入使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)劇烈，約在8 min～10 min易發(fā)生噴濺。溢渣和噴濺的發(fā)生，造成了造渣料和金屬損失，不利于鋼鐵料消耗和成本的降低。

2)一倒命中率降低。一倒控制包括對(duì)C、P、S和鋼水溫度的控制，經(jīng)驗(yàn)煉鋼是通過(guò)供氧時(shí)間和觀察爐內(nèi)火焰來(lái)判斷一倒。礦石的加入使?fàn)t渣中FeO含量增加，利于去P、S。但鐵礦石加入時(shí)間和加入量的變化使過(guò)程升溫、渣層厚度、供氧時(shí)間和爐內(nèi)火焰等發(fā)生了變化，容易導(dǎo)致一倒C和溫度不命中，從而使一倒命中率降低。

3)終點(diǎn)爐渣FeO含量高。礦石用量增大后，冶煉后期加礦石的情況增多，提槍前壓槍時(shí)間短，使?fàn)t渣中FeO高;此外一倒不命中爐次，為了達(dá)到要求的出鋼成分和溫度，在補(bǔ)吹時(shí)也通過(guò)加礦石來(lái)調(diào)整，終點(diǎn)爐渣中FeO含量高。從而導(dǎo)致終點(diǎn)爐渣平均FeO含量高達(dá)20%～22%，增加了金屬損失，降低了濺渣護(hù)爐效果。

4 設(shè)備和工藝的優(yōu)化

4.1 設(shè)備的優(yōu)化

1)下料系統(tǒng)優(yōu)化。增加一個(gè)礦石加料料倉(cāng)，在冶煉中輪流加料，同時(shí)保持鐵礦石干燥、少粉料，保證下料槽的通暢。

2)除塵系統(tǒng)優(yōu)化。加大一次除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將其由原來(lái)的2200 r/min增加到2400 r/min，從而加大一次除塵的處理能力。在冶煉操作中槍位每次波動(dòng)幅度＜200 mm，造渣料加入遵循少量多批原則，減少煙塵量，同時(shí)降低煙罩加強(qiáng)回收，減少煙塵外溢。

4.2 工藝的優(yōu)化

1)裝入制度。將原有的總裝入量40±0.2 t，改為39±0.2 t，可以增加爐容比，穩(wěn)定出鋼量。為了獲得最佳的配比，設(shè)計(jì)了3 t廢鋼方案和1 t廢鋼方案進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，其中1 t廢鋼方案可以通過(guò)自循環(huán)廢鋼來(lái)滿足生產(chǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:加1 t廢鋼時(shí)，每爐鋼平均礦石加入量為1500 kg，加料過(guò)于頻繁，易發(fā)生噴濺，煙塵外溢和煙罩結(jié)渣現(xiàn)象嚴(yán)重，因而鋼鐵料損失大，并嚴(yán)重污染環(huán)境。加3 t廢鋼時(shí)，每爐鋼平均礦石加入量為980 kg，能保持備料、加料和除塵的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，冶煉過(guò)程較平穩(wěn)。因此采用鐵水36±0.2 t，廢鋼 3 t的裝入制度。

2)供氧和槍位。適當(dāng)調(diào)小氧壓和氧氣流量，延長(zhǎng)供氧時(shí)間到12 min左右，采用變壓變槍的供氧操作，如圖1所示。

圖1 槍位、氧壓趨勢(shì)圖

由圖1可以看出，0～3 min開吹調(diào)整氧壓約0.75 MPa、氧流量約 9300 m3/h，、槍位約 0.9 m，加強(qiáng)供氧和熔池?cái)嚢?，以促進(jìn)熔池溫度迅速上升和石灰快速化渣，盡快形成具有一定堿度的爐渣;3 min～4 min爐渣充分乳化，這時(shí)調(diào)整氧壓到約0.66 MPa、氧流量約 8500 m3/h，槍位略微上下波動(dòng);4 min～8 min槍位保持在1 m左右，略微波動(dòng)總體呈提升趨勢(shì)，配合加礦石來(lái)調(diào)節(jié)熔池溫度和FeO含量;8 min～11 min槍位波動(dòng)較大，使?fàn)t渣保持良好的流動(dòng)性和足夠的FeO含量，以利于脫P(yáng)和S;11 min后槍位降低，使熔池鋼水成分和溫度均勻，加強(qiáng)熔池?cái)嚢?，穩(wěn)定火焰，便于一倒判斷，同時(shí)可以降低渣中FeO含量，減少鐵損，提高鋼水收得率。

3)造渣控制。適當(dāng)采用預(yù)加石灰和少量留渣的操作方法。當(dāng)石灰生燒較高不易化渣時(shí)，在前一爐鋼倒渣后加入200 kg～500 kg石灰，讓石灰預(yù)熱，同時(shí)也可以預(yù)留少量的爐渣，使吹煉前期石灰快速融化成渣。礦石加入時(shí)間集中在4 min～8 min，遵循少量多批的原則，每批次加入量≤100 kg，控制爐渣中FeO的含量在10%～15%。

4)溫度控制。鐵水溫度較高時(shí)，可在加廢鋼兌鐵水后一次性加入200 kg左右的礦石，取代前期廢鋼的冷卻作用，保持合適的開吹溫度。冶煉過(guò)程中3 min～4 min熔池溫度上升，這時(shí)開始加礦石調(diào)溫，使熔池溫度均勻上升。

5)終點(diǎn)控制。冶煉終點(diǎn)壓槍≥50 s，對(duì)熔池進(jìn)行深槍位攪拌，均勻鋼液溫度及成分，盡量降低渣中FeO含量，以減少金屬損失，獲得合理的終渣成分，提高濺渣護(hù)爐效果。

5 優(yōu)化效果

1)通過(guò)對(duì)下料和除塵設(shè)備的優(yōu)化，兩個(gè)鐵礦石加料倉(cāng)能滿足大量加鐵礦石的冶煉要求，保持鐵礦石的干燥度也杜絕了下料槽結(jié)料的現(xiàn)象，少量多批加入礦石使冶煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣量減少加上一次除塵能力的增強(qiáng)，煙罩結(jié)渣和漏水情況大大減少，煙塵外溢量減少。

2)通過(guò)對(duì)工藝控制過(guò)程的優(yōu)化，冶煉起渣快，過(guò)程化渣良好，溢渣和噴濺現(xiàn)象減少，噴濺率小于8%;冶煉過(guò)程槍位波動(dòng)小，過(guò)程升溫均勻，末期爐內(nèi)火焰穩(wěn)定，一倒C、P、S和溫度命中率都得到了很大的提高，基本恢復(fù)到大量加礦石冶煉之前的水平，一倒綜合命中率在65%以上;通過(guò)對(duì)比提高噸鋼礦石用量前后的終渣數(shù)據(jù)(見表3)，可發(fā)現(xiàn)噸鋼礦石用量增大后，轉(zhuǎn)爐內(nèi)終渣成分變化不大，終渣堿度、w(MgO)、w(FeO)仍舊分別控制在 3.0%～3.5%，6%～9%，18%～20%的合格范圍以內(nèi)，通過(guò)優(yōu)化操作，終渣總(FeO)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有降低。

表3 終渣數(shù)據(jù)對(duì)比

3)通過(guò)對(duì)設(shè)備和工藝的優(yōu)化，能有效地控制大量礦石入爐帶來(lái)的不利影響，使轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程平穩(wěn)、生產(chǎn)順行。采用優(yōu)化后的裝入制度，礦石消耗提高到約30 kg/t。礦石消耗量增加而鋼鐵料消耗、氧氣消耗降低，可降低轉(zhuǎn)爐煉鋼成本約6元/t。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)馬鋼第二鋼軋總廠在提高轉(zhuǎn)爐噸鋼礦石用量生產(chǎn)實(shí)踐中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析探索、采取切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，實(shí)踐表明，取得的效果明顯。對(duì)其他煉鋼廠解決生產(chǎn)中的類似問(wèn)題具有很好的借鑒作用。

［1］李傳薪.鋼鐵廠設(shè)計(jì)原理(下冊(cè)).北京:冶金工業(yè)出版社，2005:71.

［2］王雅貞，李承祚，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼問(wèn)答.北京:冶金工業(yè)出版社，2003:129－131.

PRODUCTION PRACTICE ABOUT RAISING THE IRON ORE CONSUMPTION PER TON OF STEEL IN BOF

Long Biao
(Maanshan Iron and Steel Stock Co.，Ltd.)

Appropriate raise of the iron ore consumption per ton of steel in BOF can reduce the consumption of iron and steel materials and production cost.However，a large number of iron ore charged into the BOF can change the heat and material balance，if not properly controlled，it will bring many adverse effects.Through the optimization of the equipment and process，a suitable operating mode in steelmaking production practice is achieved，which can stabilize BOF steelmaking.

steelmaking iron ore production practice

*聯(lián)系人:龍彪，助理工程師，安徽.馬鞍山(243000)，馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二鋼軋總廠;

2012—8—16