提高廢鋼比對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響分析

劉文憑，李少帥，劉忠建

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司煉鋼廠，山東 萊蕪 271104）

1 前 言

鐵水和廢鋼是轉(zhuǎn)爐冶煉的主要原料，廢鋼裝入量受原料條件和市場條件的影響，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際隨時(shí)調(diào)整。增加轉(zhuǎn)爐廢鋼配比、減少鐵水消耗是大勢所趨。萊鋼銀山型鋼公司煉鋼廠通過對提高廢鋼比對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響分析，對現(xiàn)有的工藝進(jìn)行優(yōu)化完善、創(chuàng)新，在保證生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下有效降低生產(chǎn)成本。通過研究轉(zhuǎn)爐物料平衡和熱平衡，評估最優(yōu)的廢鋼配比，在生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)下，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作模型，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐出鋼口降低出鋼溫度，確?，F(xiàn)有物料冶煉終點(diǎn)能滿足生產(chǎn)需要。

萊鋼銀山型鋼公司煉鋼廠于2004年7月建成投產(chǎn)，目前主要工藝設(shè)備有：KR脫硫站；設(shè)有6個(gè)脫硫、扒渣工位，具備“三脫”處理能力；120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐3座；150 t脫磷爐1座；120 t精煉爐4座；130 t精煉爐2座；3臺板坯連鑄機(jī)和1臺異型坯連鑄機(jī)。

2 提高廢鋼比冶煉可行性評估

2.1 工藝背景

目前，全國年產(chǎn)鋼超10億t，每年大量鋼材投放市場，國內(nèi)廢鋼回收利用率卻一直不高。廢鋼是可限循環(huán)利用的鐵資源，提高廢鋼比，可大幅降低環(huán)境污染和綜合能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會效益。萊鋼鐵水產(chǎn)能略大于鋼水產(chǎn)能，廢鋼比例持續(xù)偏低，但隨著國家環(huán)保要求的提高和碳排放指標(biāo)要求的壓力，鐵水及燒結(jié)礦產(chǎn)量面臨逐年遞減趨勢，產(chǎn)能如何提升，環(huán)保要求如何達(dá)標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)鐵增鋼是不得不面對的現(xiàn)實(shí)問題。

萊鋼銀山型鋼煉鋼廠通過研究轉(zhuǎn)爐物料平衡和熱平衡情況特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)目前轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)是負(fù)能煉鋼，轉(zhuǎn)爐熱量富余，通過開發(fā)轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉技術(shù)，降低轉(zhuǎn)爐鐵耗，提高轉(zhuǎn)爐熱量利用效率；廢鋼斗等設(shè)備優(yōu)化升級，滿足高廢鋼比生產(chǎn)需求；研究開發(fā)轉(zhuǎn)爐長壽命出鋼口技術(shù)，提高出鋼口使用壽命，降低平均出鋼時(shí)間，減少因更換出鋼口帶來的停爐停機(jī)時(shí)間；通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作模型，配套使用高廢鋼比模式，在冷料攝入量低的生產(chǎn)條件下，提高轉(zhuǎn)爐脫磷率，提高轉(zhuǎn)爐重點(diǎn)命中率。

2.2 提高廢鋼比對物料加入量和終點(diǎn)控制的影響

查詢廢鋼的冷卻效果，以原始裝入制度為基礎(chǔ)，依托物料平衡和熱平衡，計(jì)算出可提高廢鋼量和降低鐵水量，從而提高廢鋼比。統(tǒng)計(jì)鐵水廢鋼配比為122 t+19 t各爐次熱平衡情況，見表1。

表1 轉(zhuǎn)爐熱平衡統(tǒng)計(jì)

通過生產(chǎn)實(shí)踐，鐵水溫度1 280 ℃、鐵水硅0.35%，鐵水廢鋼配比（120+20）t，即廢鋼比14.3%時(shí)，轉(zhuǎn)爐廢鋼配比達(dá)到臨界配比，冷料加入量基本為零，此時(shí)轉(zhuǎn)爐噸鋼鐵耗為910 kg。根據(jù)資料及生產(chǎn)情況了解原料條件對熱平衡的影響，匯總結(jié)果見表2。

表2 溫度控制理論計(jì)算表

查看相關(guān)資料，鐵水液態(tài)平均熱容為0.837 kJ（/kg·K），廢鋼的冷卻效應(yīng)為1 449 kJ/kg，鐵塊的冷卻效應(yīng)為781 kJ/kg，燒結(jié)礦的冷卻效應(yīng)為4 956 kJ/kg，則120 t 鐵水溫度增加10 ℃后熱量增加值為1 004 400 kJ。若全部采用廢鋼抵消熱量，相當(dāng)于693.2 kg；若全部采用鐵塊抵消熱量，相當(dāng)于1 286 kg；若全部采用鐵礦石抵消熱量，相當(dāng)于202.7 kg。

2.3 廢鋼種類的選擇

2019 年底萊鋼銀山型鋼煉鋼廠實(shí)現(xiàn)廢鋼分類定點(diǎn)存放，智能數(shù)據(jù)采集，提高了廢鋼裝入效率。為進(jìn)一步提高廢鋼斗空間利用率，有效搭配各類廢鋼，提高加入廢鋼密度，將廢鋼分為社會廢鋼、內(nèi)調(diào)廢鋼、自產(chǎn)廢鋼和鐵塊4類。各類廢鋼的冷卻效應(yīng)見表3。目前9 t/13 t/19 t 廢鋼配比情況，分鐵塊供應(yīng)充足和鐵塊供應(yīng)不足兩種，見表4。

表3 各類廢鋼冷卻效應(yīng)

表4 廢鋼配比情況 t

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，各類廢鋼的所占空間密度大小依次為內(nèi)調(diào)廢鋼＜社會廢鋼＜自產(chǎn)廢鋼＜鐵塊。社會廢鋼屬于壓塊類，廢鋼斗最多可裝入8～9 t，所以提高廢鋼比時(shí)不能再增加社會廢鋼配比；內(nèi)調(diào)廢鋼屬于切頭切尾類，塊度較大所占空間也大，當(dāng)切割成塊度較小時(shí)可適當(dāng)增加其加入量；自產(chǎn)廢鋼屬于渣鋼類，體積密度合適，但加入量過多會影響轉(zhuǎn)爐開吹打火，安全隱患較大，廢鋼配比中不得大于5 t；鐵塊體積密度大，裝入方便占空間小，且冷卻效果弱，提高廢鋼中鐵塊配比可有效提高轉(zhuǎn)爐廢鋼配比，但鐵塊受產(chǎn)量限制，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配比。

3 提高廢鋼比對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響

3.1 提高廢鋼比對轉(zhuǎn)爐冶煉模型的調(diào)整

轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉，由于前期廢鋼加入量偏多，轉(zhuǎn)爐溫度低，爐渣化渣情況與正常冶煉爐次差別較大，因此，不能按照常規(guī)冶煉模式控制槍位和加料，需要建立新的大廢鋼量冶煉模型適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化。

（1）轉(zhuǎn)爐槍位和氧壓模型的優(yōu)化調(diào)整。氧槍喉口直徑35.2 mm，工作氧壓0.85～0.95 MPa。在低廢鋼比冶煉過程中，為保證充分化渣和抑制噴濺，采用較低氧壓低槍位操作模式，工作氧壓控制在0.85～0.90 MPa，隨著轉(zhuǎn)爐廢鋼配比增加，低槍位不利于轉(zhuǎn)爐化渣，低氧壓不利于轉(zhuǎn)爐熔池提溫。提高轉(zhuǎn)爐供氧壓力至0.90 MPa以上，通過高供氧強(qiáng)度冶煉提高轉(zhuǎn)爐熔池溫度，盡快將爐內(nèi)廢鋼熔化。延長前期高槍位至5 min 左右，通過高槍位冶煉增加渣中氧化亞鐵含量，保證爐渣化透。大廢鋼量導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐開渣時(shí)間由吹煉4 min 延長到6～7 min，轉(zhuǎn)爐開渣后氧槍逐漸至正常槍位。廢鋼冷卻效果穩(wěn)定，高廢鋼比冶煉過程穩(wěn)定，不易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺，適合轉(zhuǎn)爐智能動態(tài)控制。

（2）轉(zhuǎn)爐加料模型的優(yōu)化調(diào)整。高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉前期爐溫低，造渣料加入過多容易造成爐渣不化等問題，在現(xiàn)有加料模型中將頭批石灰加入量調(diào)整為總量的1/2，白云石調(diào)整為總量的2/3，燒結(jié)礦加入時(shí)機(jī)延后4～5 min，并分批均勻加入。高廢鋼比冶煉前期去磷效果好，廢鋼量由9 t 增加到19 t，燒結(jié)礦加入量由噸鋼30 kg降低到10 kg，石灰消耗由噸鋼38 kg 降低到35 kg，渣料消耗、冷料消耗明顯降低，供氧時(shí)間也由16 min縮短到15 min左右。

3.2 提高廢鋼比對終點(diǎn)控制的影響

通過理論分析和工業(yè)試驗(yàn)，形成了大廢鋼量轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)，制定并優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐操作模型。通過提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比例有效降低了鐵水消耗，實(shí)施大廢鋼量模型使轉(zhuǎn)爐冶煉過程化渣效果良好，終點(diǎn)碳、溫度控制正常，去磷效果完全滿足冶煉鋼種終點(diǎn)要求，經(jīng)濟(jì)和社會效益十分明顯。部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5，為保證數(shù)據(jù)對比可靠性，全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)均選自型鋼線Q355B1鋼種。

3.3 試驗(yàn)出鋼口的使用影響

提高廢鋼比，必然面臨轉(zhuǎn)爐熱量不足化渣困難情況，因此，要適當(dāng)降低出鋼溫度。萊鋼銀山型鋼煉鋼廠通過試驗(yàn)帶碗磚轉(zhuǎn)爐出鋼口確保在工藝生產(chǎn)不受影響的情況下，保證轉(zhuǎn)爐出鋼溫度下調(diào)10 ℃。

帶碗磚出鋼口在使用前期由于內(nèi)徑較小，放鋼時(shí)間相對較長，一般在6 min 以上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐放鋼溫降大，生產(chǎn)周期長。隨著高溫鋼水及爐渣的侵蝕，出鋼口內(nèi)徑逐漸增大，出鋼時(shí)間逐漸縮短，到出鋼口后期，出鋼時(shí)間將縮短到接近3 min，此時(shí)轉(zhuǎn)爐放鋼溫降小，生產(chǎn)周期變短，但轉(zhuǎn)爐下渣量大，對鋼水質(zhì)量影響較大。為保證鋼水質(zhì)量，需更換新出鋼口。

出鋼口在使用過程中內(nèi)水口與接口磚都會侵蝕嚴(yán)重，帶碗磚出鋼口將接口磚前段可以在使用過程進(jìn)行更換，以提高接口磚的使用壽命，從而提高轉(zhuǎn)爐出鋼口的使用壽命。原出鋼口壽命為200 爐左右，帶碗磚出鋼口壽命300～350 爐，從而減少了出鋼口的更換頻次，且降低了出鋼口整體的出鋼時(shí)間，原來出鋼口平均出鋼時(shí)間為5 min左右，碗磚出鋼口平均出鋼時(shí)間為4.5 min。出鋼口壽命提升，以及平均出鋼時(shí)間的縮短可有效降低轉(zhuǎn)爐出鋼過程溫降，提高生產(chǎn)效率。

表5 低廢鋼配比與高廢鋼配比冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

萊鋼銀山型鋼煉鋼廠研究轉(zhuǎn)爐廢鋼配比的特點(diǎn)，開發(fā)出高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)，以有效利用廢鋼資源，降低鐵水消耗，節(jié)鐵增鋼；通過確定轉(zhuǎn)爐的物料平衡和熱平衡計(jì)算，得出轉(zhuǎn)爐廢鋼最佳的配比；研究轉(zhuǎn)爐大廢鋼量操作模型，開發(fā)出高廢鋼比轉(zhuǎn)爐冶煉新工藝，有效降低了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)成本。