轉(zhuǎn)爐少礦石煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠)

轉(zhuǎn)爐少礦石煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠)

介紹了轉(zhuǎn)爐少礦石煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用情況。通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐裝入制度、供氧制度和礦石加入方法，解決了少礦石煉鋼工藝中冶煉前期升溫快、冶煉中期爐渣易發(fā)生返干等技術(shù)難題，使噸鋼礦石消耗降低至8 kg，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，提高了鋼水的純凈度。

少礦石 轉(zhuǎn)爐 返干

0 前言

礦石作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的常規(guī)原料，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中起到如下作用：(1)冷卻和調(diào)溫；(2)增加轉(zhuǎn)爐爐渣中(FeO)的含量，促進(jìn)爐渣熔化；(3)降低鋼鐵料消耗。目前的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中礦石的加入量一般為20 kg/t鋼～35 kg/t鋼，高的能夠達(dá)到50 kg/噸鋼。但是，高礦石消耗煉鋼也帶來了鐵水消耗高、爐襯侵蝕嚴(yán)重、冶煉過程噴濺大、煙塵外溢現(xiàn)象頻發(fā)以及轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水夾雜含量和氫含量高等副作用。為減輕鐵水供應(yīng)壓力、延長(zhǎng)爐襯使用壽命、減少環(huán)境污染、提高鋼水質(zhì)量和降低冶煉成本，減少高礦石耗給轉(zhuǎn)爐冶煉帶來的弊端， 山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐區(qū)(以下簡(jiǎn)稱濟(jì)鋼120區(qū))要求噸鋼礦石加入量控制在8 kg以內(nèi)，為此開發(fā)少礦石煉鋼工藝迫在眉睫。

1 裝備條件

濟(jì)鋼120區(qū)配備有公稱容量120 t的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐三座，每座轉(zhuǎn)爐配有副槍一套，在吹煉至80%～85%和吹煉終點(diǎn)時(shí)分別測(cè)量一次。轉(zhuǎn)爐工序的設(shè)備工藝參數(shù)見表1。

表1 轉(zhuǎn)爐設(shè)備工藝參數(shù)

2 少礦石煉鋼工藝的操作難點(diǎn)

由上述分析可知，在轉(zhuǎn)爐煉鋼中礦石是很好的降溫劑和化渣劑，對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉過程的溫度調(diào)節(jié)和爐渣熔化起到良好的促進(jìn)作用。少礦石煉鋼工藝由于礦石加入量較少，不能靈活方便地對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致過程溫度和終點(diǎn)溫度控制不精準(zhǔn)。同理由于礦石加入量減少，在劇烈的碳氧反應(yīng)期，渣中(FeO)消耗快，渣中(FeO)若得不到時(shí)補(bǔ)充，易發(fā)生爐渣返干，降低爐渣的冶金反應(yīng)能力，易導(dǎo)致鋼水磷、硫含量超標(biāo)等質(zhì)量事故和氧槍粘鋼渣嚴(yán)重等生產(chǎn)事故。

3 少礦石煉鋼工藝的開發(fā)

3.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐裝入制度

原有的裝入制度為鐵水145 t，廢鋼10 t，此裝入制度下的礦石加入量32 kg/t鋼～35 kg/t鋼。為了降低轉(zhuǎn)爐熱量，將鐵水裝入量調(diào)整為135 t。為了充分利用礦石調(diào)溫靈活的特點(diǎn)和發(fā)揮其能夠增加渣中(FeO)的作用，避免在碳氧激烈反應(yīng)的冶煉中期出現(xiàn)爐渣返干，少礦石煉鋼工藝將礦石全部在冶煉中期加入。因該工藝前期不加入礦石，易導(dǎo)致前期升溫過快，前期爐渣不易化透。鐵塊熔化溫度在1150℃左右，在開吹1分鐘后鐵塊便開始逐漸熔化，并吸收熱量，可以延緩轉(zhuǎn)爐前期升溫速度，有利于前期爐渣中(FeO)含量的積累和穩(wěn)定，促進(jìn)前期渣化透，但是渣中(FeO)含量過高將導(dǎo)致溢渣和噴濺，因此配加適量鐵塊隨廢鋼一起加入爐內(nèi)，可控制冶煉前期合適的升溫速度。鐵塊冷卻效應(yīng)值：廢鋼冷卻效應(yīng)值：礦石冷卻效應(yīng)值為0.7:1.0:3.0[1]，根據(jù)熱量平衡初步計(jì)算結(jié)果，在總裝入量不變的情況下，少礦石煉鋼工藝按照10 t廢鋼+10 t鐵塊和15 t廢鋼+5 t鐵塊兩種配料模式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1.1 10 t廢鋼+10t鐵塊模式

(1)鐵塊加入量較多，轉(zhuǎn)爐冶煉前期升溫速度慢，造成渣中(FeO)大量聚集，在溫度升高后，聚集的(FeO)將與熔池中碳發(fā)生激烈的碳氧反應(yīng)，生成大量CO外排時(shí)易將爐渣帶出爐口，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐冶煉前期溢渣事故。

(2)在鐵塊熔化完畢后，由于廢鋼較少，冶煉中期升溫快，碳氧反應(yīng)劇烈，爐渣易出現(xiàn)返干，降低了爐渣反應(yīng)能力，導(dǎo)致終點(diǎn)鋼水磷、硫超標(biāo)事故。

(3)由于鐵塊的冷卻效應(yīng)值低于廢鋼的冷卻效應(yīng)值，為了平衡轉(zhuǎn)爐熱量，仍需補(bǔ)加部分礦石。

3.1.2 15 t廢鋼+5 t鐵塊模式

該模式下，轉(zhuǎn)爐冶煉前期和中期升溫平穩(wěn)，碳氧反應(yīng)均勻，冶煉過程穩(wěn)定可控，礦石加入量較10 t廢鋼+10 t鐵塊模式有所降低，能夠較好地滿足少礦石煉鋼工藝的礦石加入量的要求。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，無論吹煉過程平穩(wěn)性還是礦石加入量，15 t廢鋼+5 t鐵塊模式都優(yōu)于10 t廢鋼+10 t鐵塊模式，因此少礦石煉鋼工藝的裝入制度確定為135 t鐵水+15 t廢鋼+5 t鐵塊。

3.2 改善供氧制度

3.2.1 調(diào)整氧氣流量和壓力

常規(guī)工藝中為了減緩吹煉前期的熔池升溫速度和減輕吹煉過程的礦石布料壓力，在開吹前需向爐內(nèi)加入部分礦石。所加入礦石覆蓋在金屬液面上，增加了開吹起燃難度。為了確保開吹起燃，常規(guī)工藝使用較高的開吹氧氣流量和壓力，分別為30000 Nm3/h和0.85 MPa。少礦石煉鋼工藝無需在開吹前向爐內(nèi)加入礦石，不存在開吹起燃問題，開吹氧氣流量和壓力可分別調(diào)整為27000 Nm3/h和0.78 MPa，確保了用氧安全。另外，使用較低的氧氣流量和壓力，可減弱氧氣流股對(duì)熔池的攪拌強(qiáng)度，有利于渣中(FeO)的生成和穩(wěn)定存在，促進(jìn)轉(zhuǎn)爐前期渣化透。終點(diǎn)前拉碳時(shí)，常規(guī)工藝中為了加強(qiáng)熔池?cái)嚢?，促進(jìn)所加礦石與金屬中的[C]充分反應(yīng)，降低終渣(FeO)含量，在吹煉終點(diǎn)前1 min將氧氣流量和壓力分別調(diào)整為32000 Nm3/h和0.96 MPa。少礦石煉鋼工藝由于礦石加入量少，礦石在冶煉過程中已充分反應(yīng)，所以拉碳氧氣流量和氧壓與吹煉過程一致即可，無需調(diào)整。

3.2.2 優(yōu)化吹煉氧槍槍位

氧槍槍位操作是氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程中最為有效的調(diào)節(jié)手段之一，通過調(diào)整吹煉槍位的高低，控制熔池?cái)嚢璧膹?qiáng)弱，以控制爐渣熔化速度及元素的反應(yīng)過程，達(dá)到使冶煉過程適時(shí)化渣、減少噴濺及準(zhǔn)確拉碳等目的。轉(zhuǎn)爐冶煉過程的化渣效果如何，主要取決于渣中(FeO)含量的高低。高槍位操作由于對(duì)熔池的攪拌較弱，鋼中元素特別是碳的氧化將減弱，而金屬熔池表面和爐渣不斷氧化，造成渣中(FeO)含量升高；相反，若槍位過低，則氧氣流股強(qiáng)烈攪拌熔池，吹入的氧氣都被碳的氧化所消耗，降低了渣中(FeO)含量，造成爐渣“返干”。常規(guī)工藝吹煉過程因加入大量的礦石，渣中不缺少(FeO)，為了使碳氧反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，氧槍應(yīng)該在低槍位運(yùn)行；為了使加入的大量鐵礦石充分反應(yīng)，減少鐵損，在吹煉后期適當(dāng)降低拉碳槍位。少礦石煉鋼工藝礦石加入量較少，渣中(FeO)缺少礦石的有效補(bǔ)充，為了使渣中(FeO)含量保持在合適的水平，吹煉過程宜使用高槍位操作。少礦石煉鋼工藝與原工藝吹煉槍位對(duì)比如圖1所示。

圖1 少礦石煉鋼工藝與原工藝吹煉槍位對(duì)比圖

3.3 改進(jìn)礦石加入時(shí)機(jī)3.3.1 吹煉前期

少礦石煉鋼工藝配加了5 t左右的鐵塊，熔化時(shí)吸收大量熱量，能夠確保冶煉前期平穩(wěn)、均勻升溫，不需要像常規(guī)工藝中為了防止前期溫度過快升溫在兌鐵前和開吹后加入部分礦石。

3.3.2 吹煉中期

隨著冶煉過程的進(jìn)行，石灰逐漸熔化，爐渣堿度逐漸升高，吹煉至中期時(shí)，爐渣堿度一般在2.3左右。此時(shí)，若爐渣中(FeO)比較高，爐渣是均勻的液體，渣中存在大量的熔點(diǎn)為1220 ℃的CaO·Fe2O3。吹煉過程中，脫碳速度與渣中(FeO)含量的變化大致呈相反的關(guān)系。吹煉至6 min～11 min時(shí)是脫碳速度最快的時(shí)期，因此該時(shí)期的渣中(FeO)消耗也最快。當(dāng)(FeO)<16%時(shí)，爐渣中將析出熔點(diǎn)為2130 ℃的2CaO·SiO2[2]，爐渣熔點(diǎn)也隨之升高，造成爐渣粘度增加，出現(xiàn)返干現(xiàn)象[2]。為了有效補(bǔ)充渣中(FeO)，所有的礦石在此時(shí)期全部加入，以確保渣中由足夠的(FeO)。礦石單批加入量為260 kg～300 kg，根據(jù)熔池溫度和爐渣返干程度，集中加入3～4批。

4 實(shí)施效果

少礦石煉鋼工藝自2015年6月份開發(fā)和應(yīng)用以來，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和提高了鋼水質(zhì)量，應(yīng)用效果顯著。少礦石煉鋼工藝和原工藝效果對(duì)比見表2。

表2 少礦石煉鋼工藝和原工藝效果對(duì)比表

(1)減少了轉(zhuǎn)爐噴濺率。轉(zhuǎn)爐噴濺率由原工藝的5.6%降低至0.8%，受益于噴濺率的降低，鋼鐵料消耗降低了0.83 kg/t鋼，石灰消耗降低了2.7 kg/t鋼，并且基本杜絕了黃煙外溢現(xiàn)象，降低了鋼鐵料和造渣料成本，減輕了環(huán)境污染。

(2)降低了終點(diǎn)鋼水夾雜物和氫含量。原工藝由于礦石加入量大，礦石的加入貫穿整個(gè)吹煉過程，吹煉后期所加入的礦石由于反應(yīng)時(shí)間短，所帶入的硅酸鹽夾雜和礦石中的水分分解產(chǎn)生的氫來不及完全上浮，部分殘留在鋼水中，增加了鋼水夾雜物和氫含量。少礦石煉鋼工藝的礦石全部集中在冶煉中期加入，后期不再加入礦石，從而避免了后期帶入夾雜和水分。試驗(yàn)結(jié)果表明，少礦石煉鋼工藝的常規(guī)鋼種中的夾雜物和氫含量分別由原工藝的3.0級(jí)、4.72×10-6降低至2.5級(jí)、3.92×10-6，提高了鋼水純凈度和鋼材質(zhì)量。

(3)降低了轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐料消耗和轉(zhuǎn)爐爐齡。原工藝由于礦石加入量大，增加了爐渣的氧化性，加快了以鎂碳磚為材質(zhì)的爐襯的侵蝕速度。原工藝每冶煉10爐需補(bǔ)爐一次，少礦石煉鋼減緩了爐渣對(duì)爐襯的侵蝕，相應(yīng)的補(bǔ)爐間隔達(dá)到了12爐，噸鋼補(bǔ)爐料消耗由原來的1.41 kg降低至1.17 kg，而平均爐齡則由原工藝的11206爐提高至目前的13160爐，降低了轉(zhuǎn)爐耐材成本。

5 結(jié)論

(1) 少礦石煉鋼工藝實(shí)施后，礦石加入量控制在5 kg/t鋼～8 kg/t鋼，滿足了公司下達(dá)的礦石消耗不能超過8 kg/t鋼的目標(biāo)要求。

(2)少礦石煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，提高了鋼材質(zhì)量。

[1] 王雅珍,李承祚,等.轉(zhuǎn)爐煉鋼問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004:131.

[2] 吳勉華.轉(zhuǎn)爐煉鋼500問[M]. 北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1992：68.

THE DEVELOPMENT AND APPLICATION OF CONVERTER LESS ORE - MAKING PROCESS

Song Linhai

(Steelmaking plant of Shandong Iron and Steel Co., Ltd. Jinan Branch)

The development and application of the converter less ore - making process are introduced. By optimizing the loading system, oxygen system of converter and ore join method, solve the less ore steelmaking process in smelting of pre rapid temperature rise, and smelting slag mid prone to returning dry and other technical problems, ore per ton of steel consumption is reduced to 8 kg, and better economic benefits and environmental benefits are achieved, therefore improved the cleanliness of molten steel.

less ore converter returning dry

2015-7-15

*聯(lián)系人：宋林海，助理工程師，山東.濟(jì)南(250101)，山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠120煉鋼車間；