轉(zhuǎn)爐生鐵塊渣補技術(shù)應(yīng)用與實踐

供稿|劉全生，王健，趙千水，李超群 / LIU Quan-sheng, WANG Jian, ZHAO Qian-shui, LI Chao-qun

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本鋼集團北營煉鋼廠為了增加煉鋼設(shè)備作業(yè)率及降低耐材成本，實施展開了生鐵塊補爐工藝探索。生鐵塊渣補技術(shù)是轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后，不倒終渣，將準(zhǔn)備好的3～3.5 t生鐵塊倒入轉(zhuǎn)爐大面受損嚴(yán)重部位，轉(zhuǎn)爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉(zhuǎn)爐5 min左右，等生鐵塊黏合后，搖正轉(zhuǎn)爐進行濺渣護爐，使渣料濺至爐膛爐壁，濺渣護爐完畢后倒掉渣料，進行下一爐冶煉。主要研究整個流程中的關(guān)鍵控制點和工藝參數(shù)，使其達到最佳效果，最終降低補爐料和噴補料的噸鋼消耗量。通過研究發(fā)現(xiàn)：終渣成分11%＜wT(Fe)＜13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時生鐵塊渣補效果最好，且生鐵塊補爐實施后平均每座轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟爐齡由 11000爐提高到13000爐；轉(zhuǎn)爐補爐時間由原來60 min降低到10 min以內(nèi)；且相隔補爐時間由之前14 h補爐一次，增加到每22 h補爐一次，噸鋼補爐料消耗由之前1.2 kg/t降至 0.7 kg/t；提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，增加鋼材產(chǎn)品在價格上的優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)爐爐襯受機械作用、高溫作用、化學(xué)侵蝕、爐襯剝落這些因素的影響導(dǎo)致爐襯磚損壞，降低轉(zhuǎn)爐爐齡，增加煉鋼成本，而且有重大的安全隱患，可能造成設(shè)備、人員傷害。目前保護爐襯的主要方法有：(1)應(yīng)用濺渣護爐技術(shù)[1]，提高爐齡，保護爐襯；(2)提高冶煉過程控制，提高成分及溫度終點一次命中率，避免“拉后吹”，降低轉(zhuǎn)爐終點出鋼渣氧化性；(3)通過補爐料補爐、噴補等手段，加強爐襯日常維護[2-3]，搞好動態(tài)管理。其中使用補爐料補爐工藝，煉鋼耐材成本大，而且燒結(jié)時間長，影響轉(zhuǎn)爐設(shè)備作業(yè)率和生產(chǎn)組織連貫性。在保證爐襯安全運行的情況下，采用生鐵塊渣補技術(shù)補爐，可降低耐材成本，進而減少噸鋼加工費用，對提高鋼材產(chǎn)品在價格上的優(yōu)勢，提高企業(yè)競爭力和市場占有率具有重要意義[4-5]。

本鋼集團北營煉鋼廠針對自身設(shè)備工藝情況，開展轉(zhuǎn)爐生鐵塊渣補技術(shù)攻關(guān)工作，圍繞降低補爐料這一課題積極開展研究工作，制定了一套完整的護爐方案，使轉(zhuǎn)爐補爐料消耗較之前有很大改善，取得了較好的經(jīng)濟效益。

生鐵塊渣補及轉(zhuǎn)爐狀況

在煉鋼生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐爐體維護的耐材消耗占煉鋼成本的很大部分，因此降低轉(zhuǎn)爐補爐料消耗，增加轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟爐齡顯得尤為重要。

利用生鐵塊補爐在我國南方少數(shù)鋼廠已形成成熟工藝：將轉(zhuǎn)爐爐渣快速“凍結(jié)”在需要墊補的部位；在轉(zhuǎn)爐搖動過程中，因加入物料與生鐵塊快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使渣補位置形成高熔點物質(zhì)；隨著轉(zhuǎn)爐搖動，此類高熔點物質(zhì)多次涂抹在補爐位置，使補爐位置越來越厚。

本鋼集團北營煉鋼廠有3座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，裝入量為172 t/爐，按(152±3) t 鐵水、(20±1) t 廢鋼裝入爐料。品種結(jié)構(gòu)主要為低碳鋼、中高碳鋼、簾線鋼、冷鐓鋼、焊絲鋼等，其中低碳鋼即轉(zhuǎn)爐需要拉低碳的品種占比60%以上。轉(zhuǎn)爐終點溫度1650～ 1680 ℃，平均每爐鋼冶煉周期為43 min。轉(zhuǎn)爐出鋼產(chǎn)量最大的低碳鋼渣樣檢測成分見表1。

表1 終渣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

生鐵塊渣補技術(shù)

生鐵塊渣補

生鐵塊渣補是轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后，不倒終渣，將準(zhǔn)備好的3～3.5 t生鐵塊倒入轉(zhuǎn)爐大面受損嚴(yán)重部位，轉(zhuǎn)爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉(zhuǎn)爐5 min左右，等生鐵塊黏合后，搖正轉(zhuǎn)爐進行濺渣護爐，使渣料濺至爐膛爐壁，濺渣護爐完畢后倒掉渣料，進行下一爐冶煉。本文主要研究整個流程中的關(guān)鍵控制點和工藝參數(shù)，使其達到最佳效果，最終降低補爐料和噴補料的噸鋼消耗量。

生鐵塊渣補原理

轉(zhuǎn)爐前后大面爐襯因加廢鋼和兌鐵水時受到外力沖擊及化學(xué)侵蝕作用，工作環(huán)境惡劣，爐襯消耗極大。生鐵料加入被侵蝕區(qū)，利用生鐵塊與爐渣及爐襯區(qū)的溫度差，各種化合物質(zhì)可相互擴散混合并黏合，且相同化合物重新結(jié)晶，在加廢鋼兌鐵水過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在爐襯表面形成高熔點化合物，如 2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等[6]。此類高熔點物質(zhì)具有一定物理硬度并且可迅速連成一片，在保護區(qū)形成一層保護殼從而減緩轉(zhuǎn)爐爐襯工作層的侵蝕速度，增加轉(zhuǎn)爐耐材壽命，起到轉(zhuǎn)爐補爐作用。

補爐實施方法

生鐵塊渣補具體操作步驟：使用生鐵塊渣補的爐次避免點吹，吹煉終點參數(shù)控制：爐渣堿度R為2.9～3.2；MgO含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))8%～10%，終點[C]≥0.06%，參考溫度1640～1690℃。

使用生鐵塊渣補的爐次要盡量出盡鋼水，避免鋼水濺渣時，鋼花在爐口外返，降低鋼水氧化性，確保補爐效果。

補爐時生鐵塊用量控制在3～3.5 t，記錄實際加入生鐵塊數(shù)量。加入生鐵塊補爐時，生鐵塊一定要充分平鋪到受損部位，即保持讓生鐵塊補爐位置外露，等生鐵塊完全黏合后方可進行搖動轉(zhuǎn)爐操作，避免下一爐冶煉過程中生鐵塊脫落，影響終點成分，溫度的判斷。

加入生鐵塊后，停留約5～10 min，觀察渣面平穩(wěn)，待生鐵料充分黏合后進行濺渣護爐操作及其他操作。

生鐵塊渣補后，濺渣護爐效果一定要好，實時調(diào)整終渣渣況，保證其流動性，下一爐冶煉盡量避免過程爐渣熔點高，渣化不開及終點再次補吹氧氣脫磷，所以終點要盡量滿足成分及溫度要求。

補爐效果與效益分析

補爐效果

生鐵塊渣補生成的補爐材料能否黏掛在爐壁上與上一爐鋼的終渣成分直接相關(guān)，即終渣MgO、FeO含量以及堿度R。本鋼集團北營煉鋼廠因推行少渣冶煉，終渣堿度保持在2.7～3.0，因此只對終渣MgO與FeO含量進行研究。轉(zhuǎn)爐終渣較稀鋼水氧化性強時生鐵塊渣補材料掛不上爐壁，此時只能調(diào)節(jié)渣的黏度，往渣里加入適量石灰和白云石。當(dāng)終渣黏度較高時，轉(zhuǎn)爐渣稠，流動性不好，生鐵塊渣補材料無法與爐壁黏連，即掛渣松弛，在濺渣護爐時，極易造成脫落，影響生鐵補爐效果。因此，要求終渣氧化性低且MgO含量適中，此時終渣黏度適中，流動性較好，可以侵入補爐生鐵塊內(nèi)部并與爐壁生鐵混合形成良好的共晶體高熔點物質(zhì)，結(jié)合濺渣護爐，充分保護爐膛，起到護爐作用。統(tǒng)計一個月內(nèi)54爐使用生鐵塊渣補補爐工藝的上一爐煉鋼終點渣成分，對比補爐后下一爐轉(zhuǎn)爐冶煉爐況，最終確定合適的渣系成分。圖1為使用生鐵塊渣補后轉(zhuǎn)爐冶煉爐數(shù)與上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點渣中[TFe]、[MgO]含量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果。圖1表明上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點渣[TFe]、[MgO]為11%＜wT(Fe)＜13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時生鐵塊渣補效果最好。

圖1 上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點渣成分與生鐵補爐效果比較

補爐效益

使用生鐵塊渣補補爐后北營煉鋼廠通常采用“濺渣護爐”與“補爐料補爐”結(jié)合的方法提高爐襯壽命增加爐齡。生鐵塊渣補技術(shù)的實施，節(jié)約了補爐料消耗，爐齡也有很大進步，經(jīng)濟爐齡由優(yōu)化前11000爐/爐役期，增加到13000爐/爐役期。生鐵塊渣補技術(shù)可快速對渣面侵蝕部位進行修補，周期可控制在5～10 min，較之前補爐料補爐60 min方便快捷，可不用在鑄機停機或延長停機狀態(tài)下進行補爐，利用生產(chǎn)間隙即可實現(xiàn)補爐操作，保證了生產(chǎn)順行。生鐵塊渣補技術(shù)實施后，補爐次數(shù)下降，轉(zhuǎn)爐由之前平均14 h補爐一次，增加到22 h補爐一次，降低了工人勞動強度。生鐵塊渣補技術(shù)實施后，不僅有效提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，而且噸鋼補爐料消耗由之前1.2 kg/t減少至0.7 kg/t，年可降低成本558.6萬元。生產(chǎn)實踐表明：在保證爐襯安全運行的情況下采用生鐵塊渣補技術(shù)，可降低耐材成本，減少噸鋼加工費用，從而提高鋼材產(chǎn)品在成本上的優(yōu)勢，增加企業(yè)競爭力和市場占有率。

結(jié)束語

(1) 研究表明上一爐終渣成分11%＜wT(Fe)＜ 13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時生鐵塊渣補效果最好。

(2) 生鐵塊渣補法護爐比之前加補爐料法效果好，經(jīng)濟爐齡由優(yōu)化前11000爐/爐役期，增加到13000爐/爐役期。

(3) 實施生鐵塊渣補補爐后，轉(zhuǎn)爐補爐時間由原來60 min降低到10 min以內(nèi)，且相隔補爐時間由14 h增加到22 h補爐一次，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，降低工人勞動強度。

(4) 生鐵塊渣補補爐后噸鋼補爐料消耗由之前 1.2 kg/t降至0.7 kg/t，年可降低成本558.6萬元，增加鋼材產(chǎn)品在價格上的優(yōu)勢。