大型煉鋼廠生產(chǎn)的工藝優(yōu)化

駱承法

摘要：文章主要討論了轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝優(yōu)化方向和措施，從爐料配比使用、吹氧攪拌以及鋼渣控制等三個(gè)方向討論當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的優(yōu)化措施，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)煉鋼工藝的發(fā)展進(jìn)步，提高我國(guó)鋼鐵的競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;煉鋼;工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TF71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）10-0025-04

20世紀(jì)90年代，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)開(kāi)始發(fā)展，進(jìn)人新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量提高，當(dāng)前我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量占全球總量的50%。鋼鐵產(chǎn)量得以快速提升的同時(shí)，鋼鐵冶煉技術(shù)也在不斷地提高發(fā)展，煉鋼技術(shù)逐漸向著高品質(zhì)、低成本、低消耗、綠色冶煉的方向發(fā)展。不過(guò)當(dāng)前我國(guó)煉鋼工藝在發(fā)展的過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐工藝仍存在著許多改善的空間，工藝優(yōu)化對(duì)提高煉鋼的效率、成本控制以及減少污染都有重要的意義。我國(guó)是傳統(tǒng)的冶煉大國(guó)，冶金技術(shù)發(fā)展歷史悠久。是全球鋼鐵冶煉第一大國(guó)，國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)能超過(guò)全球總量的一半。當(dāng)前我國(guó)的粗鋼生產(chǎn)的主要的方式仍以轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)為主，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝不僅生產(chǎn)效率高，同時(shí)對(duì)鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量把控也具有較大的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)隨著煉鋼工藝的不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用，新的工藝技術(shù)不斷被應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，優(yōu)化了當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品成本的降低，產(chǎn)品質(zhì)量的提升，降低了資源的消耗，促進(jìn)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展，提高了生產(chǎn)效率。本文主要從當(dāng)前大型煉鋼企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，討論當(dāng)前優(yōu)化煉鋼工藝的方向和措施，促進(jìn)鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)的健康長(zhǎng)久發(fā)展。

1總述煉鋼行業(yè)的現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，每年的鋼鐵產(chǎn)能超過(guò)全球總量的50%，如圖1所示。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能巨大，其中生產(chǎn)鋼材的主要工藝就是采用轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)。雖然鋼鐵冶煉工藝近年來(lái)獲得較大的改善，但是當(dāng)前對(duì)環(huán)保的要求以及能源的節(jié)約，采用更加優(yōu)化的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝勢(shì)在必行。國(guó)內(nèi)的鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)中，主要的成本就是煉鋼爐料費(fèi)用，占據(jù)總成本的80%，所以通過(guò)優(yōu)化煉鋼爐料的使用工藝是降低煉鋼成本的重要步驟。為了實(shí)現(xiàn)降低金屬爐料的浪費(fèi)消耗，同時(shí)還要保證鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量，根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)大型煉鋼企業(yè)的調(diào)查，通過(guò)優(yōu)化冶煉爐料的配比結(jié)構(gòu)，改善鐵水預(yù)處理工藝以及后期調(diào)質(zhì)合金料的使用。通過(guò)改進(jìn)吹氧工藝，利用少渣煉鋼工藝等措施有效的降低了金屬爐料的消耗浪費(fèi)，減少了氧氣的使用，提高了金屬回收率，實(shí)現(xiàn)了冶煉成本的降低，節(jié)約資源，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著煉鋼工藝的不斷優(yōu)化，當(dāng)前低配比鐵水冶煉、濺渣護(hù)爐、低耐材消耗等技術(shù)逐漸應(yīng)用到煉鋼工藝中，實(shí)現(xiàn)了煉鋼工藝物質(zhì)流、工藝流、時(shí)間流全方向的優(yōu)化，提高了鋼鐵冶煉的效率和質(zhì)量。

2優(yōu)化思路

針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)前應(yīng)用的主要工藝，通過(guò)利用適當(dāng)合理的爐料比例結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)冶煉成本的降低，同時(shí)還可以降低對(duì)輔料以及鋼鐵料的使用，節(jié)約原料。從目前國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展情況來(lái)看，爐料結(jié)構(gòu)仍然存在很多不合理之處，直接增加了輔料和鋼鐵材料的消耗浪費(fèi)，讓冶煉成本升高，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求。當(dāng)前我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝仍然存在以下問(wèn)題：

1）從熱力學(xué)來(lái)看，轉(zhuǎn)爐過(guò)程中富余的熱量直接影響到后期的造渣過(guò)程，如渣鐵含量以及粘度需求。在冶煉的人爐爐料中，使用的鐵水存在不均衡的問(wèn)題，直接影響到造渣時(shí)渣量和渣的種類以及成分含量，直接影響到轉(zhuǎn)爐的冶煉過(guò)程，需要較高的濺渣量，渣鐵含量高，導(dǎo)致浪費(fèi)大量的金屬料。

2）在轉(zhuǎn)爐冶煉造渣過(guò)程中，造渣料的使用效果較差。在轉(zhuǎn)爐中熔池在升溫過(guò)程中，主要的溫度分布呈獻(xiàn)出非平衡性，這主要是由于不斷的加料造成的。另外，轉(zhuǎn)爐內(nèi)隨著吹氧量的增加，爐內(nèi)富余熱量增多，化渣效果差，熔渣粘度升高，造成熔渣粘結(jié)，出現(xiàn)結(jié)塊，造成爐內(nèi)熱傳遞受阻，物質(zhì)擴(kuò)算不充分。在后期濺渣護(hù)爐的過(guò)程中，由于粘度升高，起渣困難，爐低厚度增加，降低了轉(zhuǎn)爐實(shí)際的容量，冶煉的熔池位置上移，增加了噴濺。

3）在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，由于噴濺嚴(yán)重，渣中全鐵含量非常高，直接造成吹喰種金屬料損失，提高了煉鋼的成本。

4）再熔池中進(jìn)行劇烈的c-o反應(yīng)，使得熔池的溫度很高，在吹煉的過(guò)程中導(dǎo)致熔渣返干，熔渣粘度上升，容易粘在氧槍、煙道、爐壁等情況，阻礙冶煉過(guò)程順利進(jìn)行。

當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼仍然是鋼鐵冶煉的主要方式，轉(zhuǎn)爐冶煉的主要原料包括鐵水、廢鋼以及相關(guān)輔料。不同的爐料配比直接關(guān)系到冶煉的成本以及產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。爐料結(jié)構(gòu)組成不僅要滿足冶煉的條件，最終目標(biāo)要以提高金屬收得率為目標(biāo)，需求最佳的爐料結(jié)構(gòu)組成，如表1所示，爐料未優(yōu)化的比例構(gòu)成。對(duì)于金屬收得率的定義為：投人單位質(zhì)量的金屬爐料所產(chǎn)出的合格金屬的百分比。實(shí)際生產(chǎn)中，影響轉(zhuǎn)爐煉鋼金屬收得率的主要因素有：爐料自身金屬含量和冶煉工藝中的耗損。

如表1所示，傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高效率通常采用高溫快出的冶煉方式，這種方式需求的鐵水比例和生鐵的數(shù)量較大，因此在冶煉的過(guò)程中需要配比較多的石灰，冶煉富余熱量較多，不僅增加了原料的使用，同時(shí)也影響造渣。

另外，由于鐵水的預(yù)處理技術(shù)參差不齊，轉(zhuǎn)爐使用的高爐鐵水成分波動(dòng)較大，成分不穩(wěn)定，尤其是鐵水中si含量直接影響到鐵水的物理熱，在造渣時(shí)爐渣的量也波動(dòng)較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程效率降低，當(dāng)前常用的鐵水成分含量如表2所示。

3提高爐料金屬收得率工藝優(yōu)化措施

3.1優(yōu)化入爐料結(jié)構(gòu)，合理使用好鐵礦石

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉的熱平衡計(jì)算，同時(shí)考慮到當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際的鐵水滿足條件以及其他原料使用情況，為了實(shí)現(xiàn)爐料比例優(yōu)化條件，重新設(shè)計(jì)爐料的投人比例和裝入方式，同時(shí)控制相關(guān)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)單位原料消耗為：鐵水864.59k/t，生鐵塊99.36kg/t，廢鋼103.56kg/t，優(yōu)化后爐料結(jié)構(gòu)如表3所示。

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)測(cè)算，高爐鐵水和生鐵塊的金屬收得率可以達(dá)到93%和92%，廢鋼的金屬收得

率可以達(dá)到97%。根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)鐵水和廢鋼的價(jià)格進(jìn)行物料設(shè)計(jì)，計(jì)算冶煉的物料平衡和熱平衡，改善濾料結(jié)構(gòu)。

在冶煉過(guò)程中為了提高礦石的使用量，同時(shí)提高礦石的還原程度以及降低礦石加人的量對(duì)冶煉的影響，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)礦石的加人工藝進(jìn)行相關(guān)的改善。在上一爐吹煉后進(jìn)行濺渣護(hù)爐和加入廢鋼后，根據(jù)鐵水的成分條件將2/3的礦石加人爐中，然后再兌入鐵水。與此同時(shí)，在兌入鐵水的過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行攪拌促進(jìn)廢鋼和部分礦石還原反應(yīng)。在達(dá)到一定的化渣要求以及保證減少噴濺的情況下，盡早將剩余的礦石均勻加人到轉(zhuǎn)爐中，讓礦石反應(yīng)的時(shí)間和效果在可控范圍之內(nèi)。在吹煉的中期，應(yīng)采用分批少量加人爐料，減少吹煉中期過(guò)度反應(yīng)形成的噴濺，同時(shí)要避免在吹煉后期后期加入礦石，這樣可以有效減少礦石加人過(guò)晚導(dǎo)致的融化還原反應(yīng)效果差的問(wèn)題，同時(shí)還降低了爐渣氧化性，降低對(duì)吹煉后期脫氧合金化的影響。

加入轉(zhuǎn)爐之前鐵水要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，鐵水要經(jīng)過(guò)混鐵爐進(jìn)行均勻化過(guò)程，最終要根據(jù)鐵水的溫度以及成分制定加入轉(zhuǎn)爐制度，主要根據(jù)鐵水的溫度以及鐵水中s的含量，制定兌人鐵水的次序。在混鐵爐中，要保證鐵水的成分均勻性以及鐵水的溫度，保證兌人轉(zhuǎn)爐中的鐵水物理熱和化學(xué)熱穩(wěn)定。另外當(dāng)鐵水的成分波動(dòng)范圍較大時(shí)，根據(jù)冶煉鋼種的不同需求，還要向鋼水中兌人工合金成分，控制鋼水中元素成分和溫度。

3.2優(yōu)化冶煉工藝，減少爐渣鐵耗和氧耗

3.2.1優(yōu)化吹煉工藝，減少噴濺和氧耗

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中噴濺是主要造成鐵元素?fù)p失的主要方式，在轉(zhuǎn)爐冶煉中為了降低或減少噴濺通常采用以下方法：根據(jù)加料天車的設(shè)計(jì)要求，降低每次加料的載人量，使每次爐料加人的量得到有效的控制，提高爐容比，穩(wěn)定熔池的位置，避免熔池位置的升高，可以有效的減少噴濺。另外當(dāng)冶煉前期化渣后，在第2次加入化渣料前，利用提前成渣的方式，將泡沫渣高峰出現(xiàn)的時(shí)間前移，同脫碳峰值相互錯(cuò)開(kāi)。

為了減少噴濺，改善氧槍吹煉工藝可有效降低過(guò)程中鐵元素?fù)p失。在確定前期，控制氧槍位置處于低位狀態(tài)，同時(shí)增加氧氣壓力，保證充足的氧氣供應(yīng)有利于廢鋼的溶解。在完成脫si后、脫碳高峰之前，提高氧槍位置，控制供氧強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)吹煉。在冶煉末期要增大氧氣供應(yīng)量，同時(shí)要降氧槍位置，促進(jìn)熔池?cái)嚢?，保證鋼水的溫度以及成分均勻，同時(shí)可以減少氧氣的使用量，爐渣的氧化性也得到控制，避免末期爐渣對(duì)鐵的氧化。

這種氧槍位置和氧氣用量的控制可以保證吹煉過(guò)程中渣的泡沫化程度，因此減少了爆發(fā)性噴濺的發(fā)生，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)降低冶煉周期，金屬收得率也獲得提高。這種吹煉方式的反應(yīng)過(guò)程機(jī)理為：

1）在轉(zhuǎn)爐冶煉中主要?dú)怏w產(chǎn)生是由于氧氣與鋼水中碳反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)怏w，一氧化碳?xì)怏w在爐渣中的擴(kuò)散條件與爐渣的粘度以及物理性質(zhì)有關(guān)。在爐渣的組成成分中，P2O5、Fe2O3、CaF2、SiO2可以降低堿性爐渣的表面張力，這些成分在爐渣中比例的升高直接影響到爐渣的泡沫化程度。但是SiOz和P2O3在降低表面張力的同時(shí)，還可以增加堿性渣的粘度，提高泡沫渣的穩(wěn)定性。

2）二元堿度R和爐渣泡沫化有著之間的關(guān)系，理論上R值與泡沫化程度成正比，R越大，爐渣泡沫化也就越大，當(dāng)爐渣中CaO/SiO2=1.5～1.7時(shí)，爐渣泡沫化程度最高。造成爐渣泡沫化的原因主要是當(dāng)R值在1.5-1.7之間時(shí)，爐渣中FeO活度達(dá)到最高。所以在冶煉過(guò)程中，前期的二元堿度R值應(yīng)超過(guò)1.8，也就是控制石灰的加入量，高堿度有利于脫P(yáng)，同時(shí)還可以有效的控制噴濺。

3）冶煉溫度對(duì)爐渣泡沫化程度也有一定的影響，兩者關(guān)系為溫度越低，爐渣粘度越大，爐渣穩(wěn)定性提高，前期也應(yīng)該控制溫度，保證爐渣的穩(wěn)定。

4）伴隨著吹煉的進(jìn)行，爐渣泡沫化程度也在不斷地變化。錘煉前期，由于C-O反應(yīng)相對(duì)平穩(wěn)，熔池位置變化不大，爐渣泡沫化穩(wěn)定，不易造成噴濺或溢渣。隨著氧槍位置下降以及氧氣供應(yīng)增加，渣量迅速增加，C-O反應(yīng)劇烈，前期形成粘度較大的渣迅速泡沫化，產(chǎn)生大量的噴濺，隨著冶煉的進(jìn)行，末期C-O反應(yīng)逐漸下降，熔池溫度提高，渣的泡沫化程度較小，相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)氧槍在進(jìn)行供氧時(shí)，當(dāng)槍位較高、氧壓較低時(shí)，會(huì)造成渣中FeO含量提高，促進(jìn)泡沫渣形成，產(chǎn)生大量噴濺。當(dāng)槍位較低時(shí)，中期C-O反應(yīng)充分劇烈，渣中FeO含量較低，會(huì)出現(xiàn)返干，進(jìn)而導(dǎo)致噴濺的發(fā)生。

3.2.2優(yōu)化造渣工藝，實(shí)施少渣煉鋼，減少爐渣鐵耗

冶煉后期，控制渣量的形成，降低爐渣中的FeO含量，提高金屬收得率。通常情況下，通過(guò)降低氧槍、增加氧壓的方式來(lái)降低終渣中FeO含量，在終期將氧槍位進(jìn)一步的降低，相當(dāng)于正常吹煉位的-100mm，氧壓由0.85MPa升高到0.9～0.95MPa，同時(shí)還要控制最終溫度。為了保證終渣量盡可能的少，主要控制爐料的質(zhì)量，使用高品位的礦石和輔料，利用輕燒白云石造渣。同時(shí)還要考慮到兌人鐵水中S、si等元素的含量來(lái)調(diào)整造渣輔料的加人消耗，要控制石灰的用量。

在控制渣量的同時(shí)，利用最少的渣料實(shí)現(xiàn)脫P(yáng)，可以有效地控制渣量產(chǎn)生，同時(shí)可以降低冶煉成本。由表5所示，當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中鋼鐵料消耗和渣料消耗有著明顯的關(guān)系，少渣冶煉可以有效地減少鋼鐵料的損失浪費(fèi)，提高金屬收得率。所以要根據(jù)兌人鐵水的成分、溫度，尤其是si含量來(lái)制定渣量，冶煉過(guò)程中要全程化渣。在吹煉前期，要適當(dāng)?shù)慕档蜆屛?，加人相?yīng)的污泥球，實(shí)現(xiàn)早化渣、多去磷，提高渣中FeO含量，升高熔池溫度，創(chuàng)造化渣溫度條件。中期要繼續(xù)脫P(yáng)，防止返干發(fā)生。在熔池升溫的過(guò)程中，氧槍位置要及時(shí)調(diào)整，降低C-O反應(yīng)強(qiáng)度，控制渣中FeO含量，可以避免噴濺，也有利于脫P(yáng)。

4結(jié)語(yǔ)

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是生產(chǎn)制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，提高煉鋼水平，優(yōu)化煉鋼工藝，都有利于鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。在優(yōu)化煉鋼工藝中，通過(guò)改善吹煉工藝，降低氧氣的消耗，減少成本支出。減少石灰用量，調(diào)整造渣料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鐵合金的使用。在保證轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程穩(wěn)定的條件下，通過(guò)優(yōu)化人爐料結(jié)構(gòu)，合理使用好鐵礦石，可以有效降低轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗，降低成本。通過(guò)優(yōu)化冶煉工藝，采用少渣煉鋼工藝，可有效減少爐渣鐵耗和氧耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。