曹祎哲，武波

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司)

摘要：河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼一煉鋼廠通過增加生鐵塊加入量的措施來減緩鐵水緊張的問題，然而生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉過程不易控制，造成爐口溢渣，噴濺嚴(yán)重，終點(diǎn)命中率低等問題。針對(duì)這些問題，本文對(duì)生鐵塊與廢鋼的冷卻效應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比，并分析了生鐵塊對(duì)吹煉過程的影響。

關(guān)鍵詞：生鐵塊；轉(zhuǎn)爐吹煉；熔池溫度；噴濺

0 引言

2016 年10 月份至2017 年4 月份，為了積極響應(yīng)國(guó)家應(yīng)急環(huán)保預(yù)案，保護(hù)環(huán)境，邯鋼進(jìn)行了限產(chǎn)，外加上邯鋼煉鐵廠高爐運(yùn)行不順，鐵水供應(yīng)不足，使煉鋼生產(chǎn)上出現(xiàn)了多次的等鐵水現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)，針對(duì)這種情況，邯鋼一煉鋼廠通過增加鐵塊加入量的措施來降低鐵水消耗，在一定程度上緩和了鐵水緊張的問題，保證了生產(chǎn)。

1 生鐵塊與廢鋼對(duì)冶煉過程熔池冷卻效應(yīng)的對(duì)比

邯鋼一煉鋼廠擁有兩座120 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，平均出鋼量為135 t，最大出鋼量為150 t，主要生產(chǎn)工藝流程為鐵水預(yù)處理( 脫S) →120 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→爐外精煉→連鑄。其冶煉鐵水平均溫度為1 320 ℃，所用鐵水及生鐵塊平均成分分別見表1 和表2。

由于生鐵塊與廢鋼在成分與特性上有所差異，所以他們對(duì)熔池溫度的影響也有所不同，生鐵塊與廢鋼入爐后，首先使得鐵水溫度降低，隨著吹煉進(jìn)行逐漸完全熔化，這個(gè)階段的冷卻效應(yīng)是生鐵塊與廢鋼由室溫升高到其各自熔點(diǎn)所吸收的熱量與熔化潛熱之和，由鐵碳相圖可知，廢鋼的平均熔點(diǎn)為1 500 ℃，生鐵塊的平均熔點(diǎn)為1 100 ℃ ～ 1 200 ℃。

可用平均比熱容的關(guān)系式來計(jì)算它們的溫降，如式( 1) ，所用到的參數(shù)^［1］見表3 所示。

式中: C平———該溫度范圍內(nèi)的平均比熱容，kJ /( kg·℃) ;

△Q———該溫度范圍內(nèi)所吸收的熱量，kJ /kg;

T始、T終———分別表示始態(tài)溫度與終態(tài)溫度，℃;

m———物質(zhì)質(zhì)量，kg。

1 kg 生鐵塊完全熔化所吸收的熱量( 生鐵塊熔點(diǎn)取1 125 ℃) 為0． 744 × ( 1 125 － 25) + 217． 6 =1 036 kJ/kg，鐵水的平均比熱容為0．836 kJ/( kg·℃) ，邯鋼一煉鋼廠近幾個(gè)月的裝入量見表4，生鐵塊加入量與熔池溫降的關(guān)系見表5。

同理，1 kg 廢鋼完全熔化所吸收的熱量為0．698×( 1 500－25) +272 = 1 301．55 kJ /kg。

廢鋼加入量與熔池溫降的關(guān)系見表6。

從表5、表6 可以看出，在鐵水裝入量相同時(shí)，等量生鐵塊的冷卻效應(yīng)大約為等量廢鋼冷卻效應(yīng)的4 /5 倍，兩者的冷卻效應(yīng)稍有差異，所以調(diào)整其分配比對(duì)熔池溫降變化不大。此外，隨著生鐵塊的熔化釋放出一定量的硅元素，硅是主要的發(fā)熱元素之一，在一定程度上彌補(bǔ)了一些溫度的損失。熔池的升溫曲線大致如圖1 所示。

2 生鐵塊加入對(duì)吹煉過程的影響

2．1 對(duì)吹煉前期的影響

( 1) 降低廢鋼熔化速度。熔池液體溫度與廢鋼的表面溫度差是推動(dòng)廢鋼熔化的動(dòng)力，一部分熱量用于廢鋼的熔化，另一部分用于廢鋼其余部分的加熱，加入一定量的生鐵塊后，熔池長(zhǎng)時(shí)間處于低溫狀態(tài)，鐵塊易堆積，惡化了熔化時(shí)的動(dòng)力學(xué)條件，熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度低，降低了廢鋼的熱傳導(dǎo)能力，從而減緩了廢鋼的熔化速度，同時(shí)，生鐵塊自身的熔化速度也受到限制。

( 2) 降低石灰熔化速度。溫度是影響石灰的關(guān)鍵因素，加入生鐵塊后熔池一直處于低溫低堿度狀態(tài)，爐襯侵蝕嚴(yán)重，SiO₂ 聚集較多，石灰加入轉(zhuǎn)爐后如果不能較快的熔化，其表層的CaO 很容易與SiO₂反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的2CaO·SiO₂ 附著在石灰表面，阻礙石灰進(jìn)一步熔化，如果石灰加入過早，不僅廢鋼鐵快難以熔化，前期還易造成低溫爆發(fā)性噴濺，如果加入過晚，由于氧化鐵累積過多還易造成泡沫噴濺。

2．2 對(duì)吹煉中期的影響

生鐵塊中含有雜質(zhì)較多，包含Si、S、P 等元素，為保證脫磷適宜的堿度，石灰消耗相應(yīng)增加，鐵水和生鐵塊中硅含量的高低，直接決定了轉(zhuǎn)爐每爐石灰的消耗量，石灰有效氧化鈣按照85%計(jì)算，在終渣堿度控制在2．8 時(shí)，硅含量每增加0．1%，石灰加入量將增加7 kg /t，因此鐵塊的加入會(huì)使?fàn)t內(nèi)渣量變大，極易發(fā)生噴濺，當(dāng)槍位偏低時(shí)，隨著鐵塊的熔化，碳氧反應(yīng)劇烈造成氧化鐵不足發(fā)生返干性噴濺，當(dāng)槍位偏高時(shí)，鐵塊熔化速度變慢，又由于氧化鐵聚集過多造成泡沫性噴濺，造成金屬與熱量損失，此外鐵塊的熔化會(huì)在中期溫度出現(xiàn)急劇上升的趨勢(shì)，如果槍位控制不好，既容易發(fā)生返干噴濺，又容易發(fā)生泡沫噴濺，對(duì)轉(zhuǎn)爐成渣過程有不利影響，影響脫磷反應(yīng)。

2．3 對(duì)吹煉后期終點(diǎn)控制影響

生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)控制波動(dòng)比較大，首先，終點(diǎn)溫度不容易控制，終點(diǎn)升溫速度比一般升溫速度低很多，平均升溫速度為每100 Nm³ 氧氣升溫5 ℃( 一般平均升溫速度為每100 Nm³ 氧氣升溫8 ℃) ，分析原因有兩個(gè): ( 1) 吹煉過程爐渣泡沫化嚴(yán)重，終點(diǎn)供氧的能量大部分轉(zhuǎn)化為泡沫渣的動(dòng)能，極小一部分轉(zhuǎn)化成熱能; ( 2) 生鐵塊在吹煉后期沒有熔化完全，所供應(yīng)的氧大部分用來熔化未熔鐵塊。其次，終點(diǎn)脫磷率降低，后吹率高，倒?fàn)t次數(shù)多，進(jìn)而導(dǎo)致合金利用率降低，其原因就是前期溫度低達(dá)不到脫磷合適溫度，中期溫度上升后槍位控制不得當(dāng)，化渣不良。最后，由于鐵塊中含碳硅等元素，氧氣消耗增加，使得冶煉周期變長(zhǎng)，平均每爐鋼冶煉延長(zhǎng)約2 min ～ 3 min。此外，對(duì)于要求碳含量極低的鋼種，終點(diǎn)碳可能會(huì)偏高，就是因?yàn)殍F塊未熔化完全造成的。

3 結(jié)語

鐵塊的冷卻效應(yīng)和廢鋼基本相同，它熔化釋放碳硅元素還能彌補(bǔ)一定的熱量，但鐵塊的過多加入會(huì)使吹煉過程極不穩(wěn)定，造成石灰、廢鋼及自身不易熔化，容易噴濺，脫磷困難，金屬料消耗增加，延長(zhǎng)冶煉周期，降低終點(diǎn)命中率等問題，所以針對(duì)這些問題需要進(jìn)一步優(yōu)化煉鋼加料、槍位等過程控制，細(xì)化操作，進(jìn)而改善鋼水質(zhì)量。

4 參考文獻(xiàn)

［1］ 王大海，莊文廣，王東衛(wèi)，等．煉鋼原理［M］．北京: 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，1997: 12－13．