轉(zhuǎn)爐高強(qiáng)度供氧技術(shù)

供稿|叢鐵地，彭飛，王甲貴 / CONG Tie-di, PENG Fei, WANG Jia-gui

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針對(duì)本鋼煉鋼廠由于轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度不高而嚴(yán)重影響產(chǎn)能的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的方法進(jìn)行了高強(qiáng)度供氧研究、實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和氧槍噴頭的優(yōu)化研究。結(jié)果表明：當(dāng)轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度達(dá)到4.0 m3/(t·min)，可縮短供氧時(shí)間5.3 min，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期至35 min以下，大幅度提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能12%；有效解決了轉(zhuǎn)爐和鑄機(jī)的匹配問題，改善轉(zhuǎn)爐冶金效果；氧槍噴頭的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度供氧時(shí)的噴濺控制。因此高強(qiáng)度供氧工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用可以有效降低冶煉成本。

轉(zhuǎn)爐作為生產(chǎn)效率較高的可傾動(dòng)圓筒狀吹氧煉鋼容器，在國內(nèi)各煉鋼廠應(yīng)用廣泛，目前本鋼煉鋼廠有7座180 t轉(zhuǎn)爐，7座鐵水預(yù)處理站，精煉處理位11個(gè)，連鑄機(jī)8臺(tái)，實(shí)際出鋼量174 t，轉(zhuǎn)爐爐容比0.82 m3/t，供氧強(qiáng)度2.87 m3/(t·min)，供氧強(qiáng)度大大限制了轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率[1–2]。

高強(qiáng)度供氧可以加快轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉反應(yīng)速度，改善反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，使碳氧反應(yīng)加快，使脫硫、脫磷反應(yīng)更接近平衡，從而縮短轉(zhuǎn)爐供氧時(shí)間，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。但是供氧強(qiáng)度過高會(huì)引起吹煉過程中噴濺等問題[3-5]，所以確定合理的供氧強(qiáng)度，研究開發(fā)高強(qiáng)度供氧工藝在提高轉(zhuǎn)爐效率的同時(shí)達(dá)到降低成本的目的至關(guān)重要。

煉鋼工序生產(chǎn)工藝流程

煉鋼工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 煉鋼工序生產(chǎn)工藝流程

(1) 鐵水脫硫：噴吹鎂粉+石灰粉進(jìn)行鐵水脫硫，鐵水100%經(jīng)脫硫處理。

(2) 轉(zhuǎn)爐冶煉：180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，出鋼過程中根據(jù)鋼種要求進(jìn)行脫氧合金化，后期采用滑板擋渣。

(3) 精煉：180 t LF、RH精煉爐，按照鋼種要求將鋼中成分調(diào)整到目標(biāo)范圍內(nèi)。

(4) 連鑄：按品種結(jié)構(gòu)及規(guī)格劃分鑄機(jī)進(jìn)行澆鋼。

高強(qiáng)度供氧技術(shù)

本鋼煉鋼廠平均氧耗為51.32 m3/t，爐耗氧量為8929 m3，供氧時(shí)間為17.86 min。通過開發(fā)高強(qiáng)度供氧模式，供氧流量提高到4.0 m3/(t·min)，供氧時(shí)間縮短至12.83 min，在其他條件不變的情況下，冶煉周期從原來的40 min降低到35 min，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能提高了12%。本鋼煉鋼廠板坯鑄機(jī)澆鑄時(shí)間為35~37 min，縮短冶煉周期到35 min以下，可以實(shí)現(xiàn)爐機(jī)匹配，有利于生產(chǎn)節(jié)奏的控制，提高鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減少溫度損失，降低生產(chǎn)成本。

提高供氧強(qiáng)度首先要解決的問題是吹煉過程中的噴濺問題，供氧強(qiáng)度與爐容比對(duì)轉(zhuǎn)爐噴濺的影響如圖2所示。本鋼煉鋼廠現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐爐容比0.82 m3/t，供氧強(qiáng)度為3.0 m3/(t·min)，供氧流量為31500 m3/h時(shí)冶煉操作尚能穩(wěn)定進(jìn)行，當(dāng)供氧強(qiáng)度超過3.0 m3/(t·min)則易出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐噴濺及煙塵外溢現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬與容積/每秒供氧量的關(guān)系圖如圖3所示，容積/每秒供氧量與供氧流量的關(guān)系如表1所示。本鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬在1.55~1.60之間，從圖3中看出，轉(zhuǎn)爐每小時(shí)供氧量在33000 m3/h以下操作噴濺可控，超過這個(gè)流量，噴濺難以控制。

國內(nèi)外相關(guān)資料表明，本鋼煉鋼廠的供氧流量超過33000 m3/h時(shí)會(huì)噴濺很嚴(yán)重。針對(duì)高供氧強(qiáng)度導(dǎo)致噴濺的難題，本鋼煉鋼廠圍繞氧槍噴頭設(shè)計(jì)、造渣操作和氧槍操作分別進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)過一年來的研究與摸索，實(shí)現(xiàn)了供氧流量達(dá)到42000 m3/h也噴濺可控。供氧強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了4.0 m3/(t·min)，供氧時(shí)間小于13 min，達(dá)到了國內(nèi)大型轉(zhuǎn)爐領(lǐng)先水平，不同鋼廠180 t轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度對(duì)比如表2所示。

氧槍噴頭的選擇

圖2 供氧強(qiáng)度與爐容比對(duì)轉(zhuǎn)爐噴濺的影響

圖3 轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬與容積/每秒供氧量的關(guān)系圖

本鋼煉鋼廠在改進(jìn)前應(yīng)用的噴頭為φ299五孔、流量為30000 m3/h的氧槍噴頭，要實(shí)現(xiàn)供氧強(qiáng)度達(dá)到4.0 m3/(t·min)，則需要研發(fā)供氧流量可以達(dá)到42000 m3/h的氧槍噴頭。經(jīng)過開發(fā)研究，設(shè)計(jì)出供氧流量為40000 m3/h的氧槍噴頭(設(shè)計(jì)氧槍噴頭供氧一般要低于實(shí)際需求的流量，在吹煉過程中供氧流量設(shè)定為到42000 m3/h)，同時(shí)對(duì)噴頭喉口直徑和出口直徑進(jìn)行了優(yōu)化。

通過高強(qiáng)度供氧可以提高氧氣流的沖擊面積和沖擊深度，沖擊面積提高19.5%，沖擊深度提高了34.9%，如圖4和表3所示。鋼水在轉(zhuǎn)爐中鋼水深度一般在1.5~1.6 m，提高供氧強(qiáng)度可以有效地減少鋼水流動(dòng)的死區(qū)，加快反應(yīng)速度，達(dá)到快速化渣，減少吹煉過程中的攪拌死區(qū)，增加攪動(dòng)效果等，從而提高了脫磷動(dòng)力學(xué)條件，提高了脫磷率。

表1 轉(zhuǎn)爐容積/每秒供氧量與供氧流量的關(guān)系

表2 不同鋼廠180 t轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度對(duì)比情況

圖4 高強(qiáng)度供氧和低強(qiáng)度供氧沖擊面積及等速線

表3 高強(qiáng)度供氧(A)和低強(qiáng)度供氧(B)的吹煉效果對(duì)比

造渣操作優(yōu)化

由于供氧強(qiáng)度提高，本鋼對(duì)造渣操作步驟也做了優(yōu)化，如表4所示，對(duì)造渣物料的加入時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整，同時(shí)制定了一些注意事項(xiàng)，從而避免操作出現(xiàn)意外情況。

氧槍操作優(yōu)化

氧槍操作優(yōu)化如圖5所示，開吹適當(dāng)提高槍位，吹煉到來渣期時(shí)，降槍操作，返干前提高槍位，過程中根據(jù)不同的鐵水條件和廢鋼條件，選取合適的氧槍操作模式，副槍測(cè)試前，將氧槍降下來，總的槍位是“高低高低”模式，操作中注意每次動(dòng)槍幅度為50~100 mm，嚴(yán)禁動(dòng)槍頻率過高、動(dòng)槍幅度過大。經(jīng)過優(yōu)化，吹煉全程較為平穩(wěn)，基本無噴濺。

優(yōu)化效果

供氧時(shí)間

從表5可以看出，采用研發(fā)后的新氧槍噴頭，供氧時(shí)間縮短了5.3 min，達(dá)到了預(yù)期效果。通過計(jì)算原噴頭噸鋼氧耗量為51.33 m3，而采用新高強(qiáng)度供氧氧槍噴頭噸鋼氧耗量為50.52 m3，噸鋼氧耗量也有所降低。

表4 造渣操作優(yōu)化步驟

圖5 氧槍槍位示意圖

表5 兩種噴頭實(shí)驗(yàn)供氧時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)比

脫磷效果

從表6可以看出，采用研發(fā)的新氧槍噴頭后，改善了動(dòng)力學(xué)條件，增加了爐渣界面同鋼水的接觸面積，提高了脫磷效果。

表6 兩種噴頭脫磷效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

轉(zhuǎn)爐終渣

攝影 劉繼鳴

從表7可以看出，采用研發(fā)的新氧槍噴頭后，爐渣中的FeO和TFe含量均有所降低，堿度也有所降低，減少了造渣料的消耗。

表7 兩種噴頭對(duì)終渣影響對(duì)比

結(jié)束語

經(jīng)過優(yōu)化后，供氧強(qiáng)度達(dá)到4.0 m3/(t·min)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了噴濺的可控性。采用高強(qiáng)度供氧時(shí)可以有效縮短供氧時(shí)間5.3 min，縮短冶煉周期，提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能12%，并實(shí)現(xiàn)了爐機(jī)匹配。采用新噴頭后，可以有效改善轉(zhuǎn)爐冶金效果，提高了脫磷效果，總之優(yōu)化后的工藝可以有效降低冶煉成本。