轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐

杜占其，楊 坤，賈東東

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

煉鋼作為鋼鐵產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝開發(fā)與應(yīng)用,我們可以采取轉(zhuǎn)爐不留渣、倒出部分精煉渣、然后確定合適的鐵水、廢鋼裝入量、再優(yōu)化加料制度，這樣可以提高鋼水質(zhì)量，減少冒黃煙現(xiàn)象，降低了煉鋼的整體電耗，為節(jié)能產(chǎn)業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)爐高效率、長(zhǎng)壽命復(fù)合吹煉的技術(shù)關(guān)鍵

近年來，各企業(yè)在降低成本、提高鋼水潔凈度和管理提升等不同側(cè)面各自取得了一定的業(yè)績(jī)。但是，如何搭建轉(zhuǎn)爐高效率、長(zhǎng)壽命復(fù)合吹煉的立體平臺(tái)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化還有很多難題亟待解決。其中存在幾個(gè)方面的矛盾和傳統(tǒng)慣性思維。首先是高效率冶煉與鋼水潔凈度控制的矛盾，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，轉(zhuǎn)爐高效率冶煉與鋼水潔凈度控制之間存在矛盾，難以協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其次是轉(zhuǎn)爐有效脫磷和吹煉過程的低氧化性控制存在矛盾，轉(zhuǎn)爐脫磷仍難以擺脫傳統(tǒng)“三高一低”操作模式的束縛，低氧化性、低渣料消耗勢(shì)必影響脫磷效率。再者是高強(qiáng)度底吹與復(fù)吹壽命的矛盾，認(rèn)為高底吹供氣強(qiáng)度勢(shì)必造成爐底侵蝕速率增加，影響復(fù)吹壽命，要想延長(zhǎng)復(fù)吹壽命，只能采用小流量底吹強(qiáng)度和底吹元件的集中供氣攪拌。冶煉過程的溫度路徑、成渣規(guī)律、多元素氧化協(xié)同去除的精準(zhǔn)控制是轉(zhuǎn)爐冶煉的控制難點(diǎn)。不同的轉(zhuǎn)爐爐型、爐料結(jié)構(gòu)、加入散裝料的品種與順序、頂?shù)讖?fù)吹匹配、出鋼操作原則等參數(shù)組合不同，吹煉過程的反應(yīng)規(guī)律不盡相同，針對(duì)吹煉過程中不同時(shí)期熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)需求，進(jìn)行高強(qiáng)度頂?shù)讖?fù)合吹煉實(shí)踐的探索，滿足高效率精準(zhǔn)冶煉及爐底維護(hù)的保障條件。在確保高效率冶煉的前提下，降低冶煉過程的成渣量和低氧化性控制，獲得高潔凈度和溫度匹配的出鋼結(jié)果。同時(shí)，有效抑制爐渣的過氧化性，大幅度降低底吹透氣元件壽命的維護(hù)難度。協(xié)調(diào)解決，可使轉(zhuǎn)爐整個(gè)吹煉期處于高精度受控狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)潔凈鋼生產(chǎn)平臺(tái)的技術(shù)需求。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝現(xiàn)狀

圖1 國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐總體結(jié)構(gòu)

為了能解決轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中所出現(xiàn)的問題，找到解決問題的途徑，因此而展開調(diào)查。

2.1 吹煉前期脫磷率低

通過對(duì)倒?fàn)t取樣，記錄脫磷情況，如表1所示。如表1所示，在吹煉前期的脫磷率平均數(shù)值為百分之四十左右，低于其它三個(gè)鋼廠，半鋼中磷含量也要低于其他3個(gè)廠。這也恰恰說明唐鋼該廠的爐渣脫磷能力的利用程度并不理想。通過檢驗(yàn)吹氧5min后的爐渣樣本，發(fā)現(xiàn)其爐渣中有很多石灰塊，且完全與石灰塊粘到一起而形成了很難進(jìn)行脫磷反應(yīng)的石灰坨。而化渣問題是冶煉工藝中十分重要的問題。研究可知吹煉后期，由于平均脫磷率比較低，因此把控鋼鐵質(zhì)量方便很難達(dá)到理想狀態(tài)。

表1 國(guó)內(nèi)各廠吹煉前期脫磷數(shù)據(jù)

2.2 吹煉終點(diǎn)鋼水的碳氧積高

終點(diǎn)鋼水的碳氧積數(shù)值是評(píng)判冶煉工藝的重要指標(biāo)，該廠吹煉終點(diǎn)鋼中氧含量如圖1所示。

2.3 轉(zhuǎn)爐頂吹供氧和底吹供氣情況

在國(guó)內(nèi)大型轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低碳鋼時(shí)很少采用恒槍位吹煉法，往往是小轉(zhuǎn)爐鋼廠才會(huì)采用。通過查看化渣情況，想要通過改進(jìn)噴頭參數(shù)、槍位曲線等相關(guān)方面來對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

3 轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝的開發(fā)

3.1 轉(zhuǎn)爐不留渣

轉(zhuǎn)爐煉鋼有單渣法、雙渣法和留渣法等。轉(zhuǎn)爐終渣中含有12%～18%的（FeO），采用留渣法，能夠提高前期渣中（FeO）含量，促進(jìn)前期渣的熔化，提高前期渣的冶金反應(yīng)能力，降低石灰消耗。用回余鋼煉鋼時(shí)，如果采用留渣法，則渣中（FeO）加劇了前期的碳－氧反應(yīng)，使之更容易發(fā)生噴濺事故，因此，在使用回余鋼煉鋼時(shí)，需要倒盡爐內(nèi)剩余的爐渣。

3.2 倒出部分精煉渣

精煉渣中含有堿度較高的Al2O3等高熔點(diǎn)相，提高了精煉渣的熔點(diǎn)，導(dǎo)致精煉渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后結(jié)殼，爐內(nèi)氣體不易排出，致使回余鋼吹煉前期發(fā)生噴濺事故，因此在裝爐前應(yīng)盡量將回余鋼中的精煉渣倒出。

3.3 確定合適的鐵水、廢鋼裝入量

為了確保轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水溫度和成分合格，根據(jù)回余鋼水的重量，確定合適的鐵水與廢鋼裝入量，鐵水和廢鋼的配比為10：1～12：1，回余鋼中碳、硅、錳等合金元素含量高時(shí)取下限值，低時(shí)取上限值?；赜噤撗b入量+鐵水裝入量+廢鋼裝入量=正常爐次的裝入量，裝入順序?yàn)閺U鋼→回余鋼→鐵水。

3.4 優(yōu)化加料制度

①輕燒白云石加入量。為了確保爐渣中（MgO）含量合適，輕燒白云石加入總量為同等條件下石灰加入量的35%～45%。②造渣料加入方式。將回余鋼與鐵水混合后，當(dāng)金屬液中的碳含量≤1.0%時(shí)，石灰和輕燒白云石在開吹后一次性加完。當(dāng)爐內(nèi)金屬液初始碳含量≤1.0%時(shí)，隨著前期脫碳反應(yīng)的緩慢進(jìn)行，爐內(nèi)金屬液的碳含量逐漸降低，達(dá)到碳氧發(fā)生激烈反應(yīng)的溫度后，金屬液中的碳含量已降低至0.60%以下，碳氧反應(yīng)速度逐漸降低，不會(huì)導(dǎo)致噴濺，無需用石灰或輕燒白云石壓制噴濺。再者因碳含量低，吹煉時(shí)間較短，如果分批次加入渣料，第2批料來不及完全熔化即已吹煉完畢，造成造渣料浪費(fèi)。

4 轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝應(yīng)用效果

4.1 提高鋼水質(zhì)量

根據(jù)回余鋼的鋼種和重量，確定合適的鐵水、廢鋼配比以及造渣料的加入量，有助于回余鋼煉鋼時(shí)爐內(nèi)熱平衡控制，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率由50%提高到90%以上，避免了回余鋼煉鋼時(shí)經(jīng)常發(fā)生的補(bǔ)吹和鋼水過氧化現(xiàn)象，提高了鋼水質(zhì)量。

4.2 減少冒黃煙現(xiàn)象

通過開發(fā)回余鋼吹煉工藝，避免了轉(zhuǎn)爐吹煉因噴濺造成的冒黃煙現(xiàn)象，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，取得了較好的社會(huì)效益。

5 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化的主要措施

①氧氣管道壓力損失和噴頭射流流場(chǎng)測(cè)定。管道壓力損失測(cè)定目的是為氧槍噴頭設(shè)計(jì)和制定供氧制度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過調(diào)研分析，該廠在冶煉過程中屬于氧氣管道耗損偏高的一方。②氧射流與熔池作用的水模試驗(yàn)。通過噴濺試驗(yàn)可看出，轉(zhuǎn)爐吹煉過程中化渣成都并不理想，這與金屬噴濺有著直接的關(guān)系。如果想要使這一情況得到改善，可通過優(yōu)化噴頭參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。③優(yōu)化噴頭參數(shù)。分析得出轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的主要問題是初期化渣不好，而想要解決該問題如前文所述，可通過優(yōu)化噴頭參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。通過增加噴孔，便可大大提升氧射流對(duì)熔池?cái)嚢枘芰Φ挠绊?，從而減少化渣的形成。④優(yōu)化吹煉槍位曲線和加強(qiáng)透氣磚維護(hù)。吹煉過程中恒槍位操作已經(jīng)不能滿足吹煉優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的要求。因此通過槍位曲線優(yōu)化的方法，來控制渣中氧化鐵。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝開發(fā)中通過采用轉(zhuǎn)爐不留渣、倒出部分精煉渣、確定合適的鐵水、廢鋼裝入量、優(yōu)化加料制度，可以提高鋼水質(zhì)量，減少冒黃煙現(xiàn)象。這就是我們想想要達(dá)到理想的效果，只有通過優(yōu)化工藝，才能提高產(chǎn)能，還為生產(chǎn)低碳優(yōu)質(zhì)深沖鋼打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。