鞍鋼260 t轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)技術(shù)

朱國(guó)強(qiáng)，王鵬，張志文，毛志勇，李冰，宋宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021）

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)大力推行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，煉鋼生產(chǎn)正在向?qū)崿F(xiàn)緊湊式連續(xù)化的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線、實(shí)現(xiàn)高效率快節(jié)奏的生產(chǎn)工藝、進(jìn)一步提高鋼水的潔凈度、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理智能化、降低消耗和污染的方向發(fā)展［1］。轉(zhuǎn)爐冶煉周期是衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼水平的綜合技術(shù)指標(biāo)之一，與轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量、煉鋼操作工藝、鋼水質(zhì)量以及設(shè)備作業(yè)率緊密聯(lián)系［2］。目前，轉(zhuǎn)爐冶煉周期世界先進(jìn)水平已達(dá)20～25 min，國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平也達(dá)到30 min左右［3］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#鑄機(jī)正式投產(chǎn)后，形成了3座轉(zhuǎn)爐兌3臺(tái)鑄機(jī)的生產(chǎn)局面，轉(zhuǎn)爐冶煉周期為42～44 min，煉鋼工序成了產(chǎn)能限制環(huán)節(jié)。因此，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)，其意義已不僅僅是優(yōu)化轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，更重要的是實(shí)現(xiàn)全連鑄的爐機(jī)匹配，保證煉鋼系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定、均衡和順行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，分析了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐技術(shù)裝備，通過(guò)優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)和出鋼口尺寸，縮短了轉(zhuǎn)爐的冶煉周期，達(dá)到了轉(zhuǎn)爐高效低成本生產(chǎn)的目的。

1 轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 轉(zhuǎn)爐提效限制環(huán)節(jié)分析

2.1 氧槍供氧強(qiáng)度

四分廠以冶煉汽車(chē)鋼和低碳鋼種為主，鋼種磷含量非常低，轉(zhuǎn)爐供氧量要求47 000～53 700 m3/h，最大供氧量為59 000 m3/h，最小供氧量為40 000 m3/h。副槍過(guò)程測(cè)試時(shí)，調(diào)整氧氣流量為20 000～30 000 m3/h。而氧槍設(shè)計(jì)時(shí)偏向于軟吹脫磷型，氧氣流量為51 000 m3/h。供氧強(qiáng)度不能完全達(dá)到實(shí)際要求，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

表1 轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)

2.2 氧槍槍位

生產(chǎn)低磷IF鋼時(shí)，由于鋼種含磷量最低時(shí)要求≤0.010%，需要長(zhǎng)時(shí)間的高槍位吹氧增加渣中FeO含量來(lái)達(dá)到滿(mǎn)足低磷含量的要求，槍位最高時(shí)達(dá)到320 cm，達(dá)不到一定的沖擊深度，供氧時(shí)間偏長(zhǎng)，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

2.3 出鋼時(shí)間

轉(zhuǎn)爐冶煉周期包括吹煉時(shí)間和輔助時(shí)間 （包括兌鐵、出鋼、濺渣、等待等）兩部分。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼廠偏重于提高供氧強(qiáng)度，縮短吹煉時(shí)間，卻忽視了縮短輔助時(shí)間的重要性。日本轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間與輔助時(shí)間之比基本上為1∶1。而我國(guó)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉周期中，吹煉時(shí)間和輔助時(shí)間之比長(zhǎng)達(dá)1∶（1.3～1.5）［3］。四分廠吹煉時(shí)間為 13.5～15.0 min，但是輔助時(shí)間為23～27 min，吹煉時(shí)間和輔助時(shí)間之比高達(dá)1:1.7，所以，有必要縮短輔助時(shí)間。

四分廠原使用內(nèi)徑160～165 mm的出鋼口，尺寸偏?。闈M(mǎn)足提高出鋼口壽命而設(shè)計(jì)）。圖1為出鋼時(shí)間散點(diǎn)圖。從圖1可以看出，新下出鋼口前5爐出鋼時(shí)間最長(zhǎng)，達(dá)到11 min，前40爐出鋼時(shí)間都在8 min以上。圖1中統(tǒng)計(jì)爐數(shù)平均出鋼時(shí)間7.7 min，適宜的出鋼時(shí)間為5～6 min，導(dǎo)致鋼水溫降較大，嚴(yán)重制約產(chǎn)能，且浪費(fèi)生產(chǎn)成本。

圖1 出鋼時(shí)間的散點(diǎn)圖

3 轉(zhuǎn)爐提效措施

3.1 轉(zhuǎn)爐高效供氧技術(shù)

3.1.1 氧槍噴頭優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐高效吹氧的關(guān)鍵是選擇合理的氧槍噴頭參數(shù)、制定正確的供氧制度、造渣制度，既縮短轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間提高鋼產(chǎn)量，又能適當(dāng)改善轉(zhuǎn)爐的其它技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其中供氧強(qiáng)度指標(biāo)尤為關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)氧槍噴頭時(shí)要注意以下原則：

（1）在一定的操作氧壓和槍位條件下，為吹煉提供所需的供氧強(qiáng)度，使氧氣射流獲得較大的動(dòng)能，以達(dá)到合適的穿透深度，攪拌均勻熔池的同時(shí)又不致引起較大的噴濺。為此，要求正確設(shè)計(jì)工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸，并要求氧氣射流沿軸線的衰減應(yīng)盡可能慢。

（2）在合適的槍位下，氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應(yīng)區(qū)，保證熔池反應(yīng)均勻，對(duì)爐襯侵蝕小且均勻。尤其對(duì)多孔噴槍?zhuān)蟾鞴裳鯕馍淞鞯竭_(dá)熔池面上時(shí)不匯合，能形成多個(gè)反應(yīng)區(qū)。

（3）噴頭的結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，氧氣射流沿著氧槍軸線不出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)和過(guò)強(qiáng)的湍流運(yùn)動(dòng)。

供氧強(qiáng)度的大小應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐的設(shè)計(jì)噸位、爐容比來(lái)確定。供氧強(qiáng)度過(guò)大，容易造成嚴(yán)重的噴濺，供氧強(qiáng)度過(guò)小，則將延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間。通常在不產(chǎn)生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強(qiáng)度。供氧壓力應(yīng)保證使射流出口速度達(dá)到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力，這樣才能獲得有效動(dòng)量最大和最佳性能的射流。

四分廠氧槍原吹氧流量采用51 000 m3/h，平均吹氧時(shí)間為15 min左右，吹氧時(shí)氧槍支管壓力為1.0 MPa。在爐渣“返干”劇烈時(shí)期由于支管壓力偏大，吹煉火焰持續(xù)外溢，影響爐渣狀態(tài)的判斷和爐底的維護(hù)工作，因此對(duì)氧槍噴頭喉口、馬赫數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化前后的氧槍噴頭參數(shù)見(jiàn)表2。

3.1.2 氧槍控制方案優(yōu)化

優(yōu)化后的氧槍控制方案采取了恒壓變槍操作，氧槍流量提高到53 700 m3/h。轉(zhuǎn)爐吹煉周期槍位遵循高-低-高-低-低原則。開(kāi)吹槍位設(shè)定260 cm，下槍吹氧。第一批渣料加入結(jié)束至吹煉3 min,槍位260 cm，利于迅速成渣，創(chuàng)造前期脫磷條件；第二批渣料加入結(jié)束至吹煉5.5 min，將氧槍槍位降低到220 cm，加大熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度將造渣料化透；吹煉6 min后將氧槍抬高到260～280 cm防止?fàn)t渣出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象，穩(wěn)定脫磷效率；吹煉后期槍位適當(dāng)降低，提高金屬收得率，降低鋼水氧化性；終點(diǎn)拉碳槍位設(shè)定為210 cm，便于穩(wěn)定火焰以利于判斷終點(diǎn)，提高終點(diǎn)命中率。

前期底吹流量適當(dāng)調(diào)大，有助于前期化渣和熔池快速升溫。吹煉8 min左右進(jìn)入“返干”期，爐渣中FeO含量低，此時(shí)將底吹流量適當(dāng)調(diào)小有助于緩解“返干”現(xiàn)象的發(fā)生，提高脫磷效率。吹煉后期將底吹流量調(diào)大，有助于碳氧反應(yīng)趨于平衡。終點(diǎn)抬槍后底吹流量達(dá)到最大，有利于降低鋼中氧，提高金屬收得率。

表2 優(yōu)化前后的氧槍噴頭主要參數(shù)對(duì)比

3.2 轉(zhuǎn)爐高效出鋼技術(shù)

四分廠目前采用擋渣鏢擋渣。在出鋼過(guò)程中，當(dāng)鋼水出到2/3時(shí)，用擋渣鏢投放小車(chē)將擋渣鏢投入到出鋼口上方，擋渣鏢鏢桿隨鋼水旋窩對(duì)準(zhǔn)出鋼口并定位，同時(shí)破壞出鋼渦流卷渣，當(dāng)鋼水將要出盡時(shí)，擋渣鏢堵住出鋼口，阻止?fàn)t內(nèi)熔渣流入鋼包。剩余鋼水則從鏢頭上的小槽中流凈，完成擋渣操作。轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，當(dāng)液面下降到一定高度時(shí)發(fā)生渦流卷渣。此時(shí)原本向出鋼口中心線匯流而出的流體質(zhì)點(diǎn)在徑向某處開(kāi)始疊加切向速度（角速度），使其跡線越來(lái)越偏離徑向而逐漸演變成圍繞中心線的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，致使渦芯卷渣而下。所以在增大出鋼口尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮卷渣問(wèn)題。

針對(duì)四分廠轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，在保證不降低轉(zhuǎn)爐擋渣成功率的同時(shí)，研究設(shè)計(jì)了4種增大內(nèi)徑的新型出鋼口，出鋼前擋渣使用配套的泥質(zhì)擋渣塞，然后分別進(jìn)行上線試驗(yàn)跟蹤。不同內(nèi)徑的出鋼口試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 不同內(nèi)徑的出鋼口試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)對(duì)比

在試驗(yàn)對(duì)比中，考慮到出鋼口使用壽命并結(jié)合出鋼時(shí)間分布情況認(rèn)為，內(nèi)徑170～180 mm型出鋼口各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，平均出鋼時(shí)間比以前縮短1.84 min。配合使用泥質(zhì)前擋渣塞，結(jié)果表明回磷量等控制穩(wěn)定，平均出鋼溫降減少2.29℃。試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，因此最終確定采用內(nèi)徑為170～180 mm的出鋼口。

4 轉(zhuǎn)爐提效生產(chǎn)實(shí)踐及效果評(píng)價(jià)

4.1 氧槍優(yōu)化后效果

氧槍優(yōu)化前后指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表4。由表4可以看出，優(yōu)化后，供氧強(qiáng)度提高，在實(shí)際生產(chǎn)402爐有效數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)爐平均吹氧時(shí)間縮短1.48 min。濺渣時(shí)氧氣流量大，起渣快，達(dá)到過(guò)去相同效果的情況下，可節(jié)約濺渣時(shí)間0.9 min。轉(zhuǎn)爐氧耗和氮耗指標(biāo)都有不同程度的降低，降低了轉(zhuǎn)爐能源消耗。氧槍優(yōu)化后，轉(zhuǎn)爐終渣FeO含量降低了2%左右，說(shuō)明隨著轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度的提高，轉(zhuǎn)爐吹損有所降低，金屬收得率得到提高。

表4 氧槍優(yōu)化前后各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比

4.2 轉(zhuǎn)爐出鋼優(yōu)化后效果

使用170～180 mm內(nèi)徑的出鋼口后，平均出鋼時(shí)間比原來(lái)縮短1.84 min，出鋼平均溫降減小2.29℃，后道工序回磷量指標(biāo)基本沒(méi)有變化，而且出鋼口壽命也達(dá)到了原有水平，沒(méi)有因?yàn)樵龃髢?nèi)徑而降低出鋼口使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉(zhuǎn)爐煉鋼周期長(zhǎng)的實(shí)際情況，優(yōu)化了氧槍噴頭參數(shù)和轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)徑，調(diào)整了氧槍操作制度。氧槍噴頭參數(shù)優(yōu)化后，供氧強(qiáng)度由3.40 m3/（t·min）提高到 3.58 m3/（t·min），平均吹煉時(shí)間縮短了1.48 min。濺渣時(shí)流量大，起渣快，平均濺渣時(shí)間縮短0.9 min。采用內(nèi)徑170～180 mm的出鋼口，平均出鋼時(shí)間縮短1.84 min。最終轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短了4.22 min，控制在38 min左右。結(jié)合出鋼前擋渣，轉(zhuǎn)爐回磷量等各項(xiàng)指標(biāo)控制穩(wěn)定，達(dá)到了轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)的目的。

［1］仝中偉,王省林.轉(zhuǎn)爐高效煉鋼技術(shù)探討［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化,2004,124（3）:73-75.

［2］楊文遠(yuǎn),蔣曉放.大中型轉(zhuǎn)爐高效吹氧技術(shù)研究 ［J］.煉鋼,2009,44（1）:27-30.

［3］盧凱.250 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)用氧實(shí)踐［J］.煉鋼,2008,24（5）:1-4.