徐文凱，韓曉丹
（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司，江蘇 南京 210035）
摘 要：為了促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，煉鋼工藝不僅需要促進(jìn)工藝質(zhì)量與生產(chǎn)效率的提升，還需要向著低耗能、低污染以及低成本的方向發(fā)展。這樣不僅能夠有效實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，還能夠帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文章以煉鋼回余鋼為前提，在成分約束、溫度約束以及時(shí)間約束等條件都滿足的情況下，分析煉鋼工序中節(jié)能管理的薄弱環(huán)節(jié)，制定出科學(xué)合理的轉(zhuǎn)爐各環(huán)節(jié)的節(jié)能目標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)需求與節(jié)能需求制定優(yōu)化措施。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐回余；煉鋼工藝；技術(shù)理念；加料制度
在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中，若是溫度不達(dá)標(biāo)、鋼水成分不合格或由于機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障降低澆筑質(zhì)量時(shí)，就需要在轉(zhuǎn)爐中重新添加鋼水進(jìn)行吹煉，這便是回余鋼。回余鋼與非回余鋼在煉鋼方面存在明顯的區(qū)別，分別是轉(zhuǎn)爐內(nèi)的初始溫度、爐渣初始成分以及金屬液體的初始碳含量等。鑒于這種情況，在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐回余鋼重現(xiàn)吹煉工作時(shí)，就不能利用傳統(tǒng)的正常鋼吹來模式，不然就會(huì)導(dǎo)致回余鋼在冶煉過程中很可能會(huì)出現(xiàn)噴濺的情況，不僅會(huì)造成鋼鐵料的損失消耗，造成黃煙外溢，還會(huì)增加煉鋼工序的安全隱患，不利于煉鋼工序相關(guān)工作的順利推進(jìn)。此外，在回余鋼煉鋼過程中的爐內(nèi)熱量與常規(guī)煉鋼工藝也有所不同，容易影響轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和碳含量的控制效果。因此，為了促進(jìn)轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用，需要針對實(shí)際情況制定優(yōu)化措施，提升社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。
1 轉(zhuǎn)爐高效率、長壽命復(fù)合吹煉技術(shù)觀念
在當(dāng)前的時(shí)代背景下，鋼鐵企業(yè)提升自身的核心競爭力，能夠?qū)崿F(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展，正在努力降低成本、提升鋼水潔凈度以及強(qiáng)化管理，并且已經(jīng)取得了一定的工作效果。但是在實(shí)際情況下，鋼鐵企業(yè)在如何構(gòu)建高效率、長壽命復(fù)合吹煉的立體平臺技術(shù)方面受到制約，并且在實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化的過程中存在一些難題需要進(jìn)行合理解決。在這些問題情況當(dāng)中，存在著以下幾點(diǎn)矛盾。首先，體現(xiàn)在鋼水潔凈度與回余鋼冶煉效率方面的矛盾。在傳統(tǒng)的鋼鐵冶煉觀念當(dāng)中，這兩個(gè)工藝之間的矛盾很難進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，使實(shí)際生產(chǎn)工序的效率和質(zhì)量難以順利達(dá)到理想的生產(chǎn)目標(biāo)。其次，體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐運(yùn)行過程中的低氧化控制方面的矛盾。受到鋼鐵冶煉生產(chǎn)工藝與技術(shù)的限制，現(xiàn)階段依然沿用傳統(tǒng)“三高一低”的操作模式，這就導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐脫磷工作受到了嚴(yán)重的限制。低氧化性及低渣料消耗會(huì)直接降低轉(zhuǎn)爐脫磷工序的效率和質(zhì)量。再次，體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐底吹與復(fù)吹之間的矛盾。在傳統(tǒng)的觀念當(dāng)中認(rèn)為髙底吹氣強(qiáng)度會(huì)在某種程度上引起爐底侵蝕速率的提升，從而影響到復(fù)吹的壽命。為了能有效延長復(fù)吹壽命，就需要降低底吹強(qiáng)度，并根據(jù)底吹原件進(jìn)行集中供氣攪拌工作。
煉鋼原料在煉鋼生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，是轉(zhuǎn)爐正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，必須對其進(jìn)行必要的試驗(yàn)。目前我國主要采用的是國產(chǎn)化鐵、低合金化退渣劑和高錳酸鉀兩大類材料作為鋼鐵原料；但由于高錳酸鉀含量較多且毒性大以及設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等原因造成了國內(nèi)使用轉(zhuǎn)爐料量較大而質(zhì)量較差且價(jià)格昂貴時(shí)應(yīng)選擇此鋼材來煉鋼。在實(shí)際運(yùn)行過程中，為保證轉(zhuǎn)爐冶煉工藝的效果，相關(guān)人員必須要將重要的控制要點(diǎn)放在溫度路徑和成渣規(guī)律方面，同時(shí)也要做好多元素氧化協(xié)同去除工作。由于在轉(zhuǎn)爐煉鐵過程中各參數(shù)組合存在著較大差異，如轉(zhuǎn)爐類型不同、爐料結(jié)構(gòu)不同、加料順序不同、出鋼操作不同等，所以就會(huì)導(dǎo)致吹煉反應(yīng)的規(guī)律出現(xiàn)起伏較大的變化。同時(shí)，在吹煉過程中，需要使用不同的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，只有這樣才能夠精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合的錘煉時(shí)間，從而保障精準(zhǔn)冶煉的高效率，對于做好爐底維護(hù)工作也有著積極的促進(jìn)作用。提高鋼鐵冶煉質(zhì)量和效率的同時(shí)，切實(shí)有效的控制冶煉時(shí)產(chǎn)生的成渣量，實(shí)現(xiàn)低氧化的有效控制，促使出鋼溫度能夠與高潔凈度的標(biāo)準(zhǔn)相匹配。此外，在轉(zhuǎn)爐煉鐵過程中，相關(guān)人員還需要運(yùn)用抑制爐渣過氧化性的措施，從而降低底吹透氣元件壽命的維護(hù)難度。通過協(xié)調(diào)解決矛盾與傳統(tǒng)慣性思維，才能夠精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)爐煉鐵這項(xiàng)工藝的各個(gè)流程，從而達(dá)到潔凈鋼的生產(chǎn)要求，為鋼鐵企業(yè)今后發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
2 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝現(xiàn)狀
如今，轉(zhuǎn)爐煉鐵工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用與鋼鐵冶煉過程中，對于煉鐵工作的效率和質(zhì)量都具有一定影響。由于轉(zhuǎn)爐煉鐵的應(yīng)用過程中會(huì)存在一些問題，因此，需要對這些問題情況進(jìn)行深入分析，結(jié)合實(shí)際情況制定出科學(xué)有效的問題解決方法，使鋼鐵冶煉過程中的轉(zhuǎn)爐煉鐵發(fā)揮出更多的積極影響。轉(zhuǎn)爐回火是利用鐵水預(yù)熱法在高溫區(qū)對鋼坯進(jìn)行加熱處理，使其溫度達(dá)到一定的高值，然后再將鐵水冷卻到室溫以保證冶金過程中不產(chǎn)生廢渣。由于鋼鐵生產(chǎn)工藝和煉鋼技術(shù)都有各自不同的特點(diǎn)。因此對于同一塊礦石來說它所使用的是同一種材料來制造出兩種或者多種金屬產(chǎn)品；而對于同塊原礦而言則是在相同原礦上進(jìn)行預(yù)熱處理后使其溫度達(dá)到一定高值。
2.1 吹煉前期脫磷率低
在轉(zhuǎn)爐煉鐵工序當(dāng)中，通過進(jìn)行倒?fàn)t取樣來進(jìn)行脫磷情況的記錄可以了解到，需要在正式吹煉前，將脫磷率的平均值處理到大約在 35％作用，半鋼中的含量也會(huì)呈現(xiàn)出偏低的情況，由此可見，并沒有達(dá)到理想的爐渣脫磷利用能力。觀察爐渣樣本的吹氧檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)爐渣中存在著較多的石灰塊，若是爐渣與石灰塊黏連在一起，就會(huì)形成石灰坨，從而影響到脫磷反應(yīng)。在開展冶煉工作時(shí)，化渣是一項(xiàng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に噯栴}，如果平均脫磷率呈現(xiàn)出偏低的情況，那么在鋼鐵質(zhì)量把控方面也會(huì)存在一定困難，不能夠順利達(dá)到理想狀態(tài)。
2.2 吹煉終點(diǎn)鋼水的碳氧積高
在轉(zhuǎn)爐煉鐵工藝過程中，鋼鐵冶煉的效率和質(zhì)量可以通過鋼水的碳氧積數(shù)值來反映。因此，相關(guān)工作人員在評價(jià)冶煉工藝時(shí)，有必要將碳氧積數(shù)值作為重要指標(biāo)。在當(dāng)前階段，部分鋼鐵企業(yè)在冶煉過程中呈現(xiàn)出碳氧積高的情況，因此需要根據(jù)鋼鐵冶煉需求積極制定更加科學(xué)有效的優(yōu)化措施，確保碳氧積數(shù)值能夠時(shí)刻處于可控的范圍內(nèi)。
2.3 轉(zhuǎn)爐頂吹供養(yǎng)和底吹供氣情況
如今，轉(zhuǎn)爐煉鐵工藝的應(yīng)用范圍比較大，各項(xiàng)工藝技術(shù)也日漸成熟。在實(shí)際情況下，很多鋼鐵企業(yè)在應(yīng)用轉(zhuǎn)爐煉鐵工藝來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低碳鋼的過程中沒有將恒槍位吹煉法進(jìn)行有效的應(yīng)用，應(yīng)用效果和應(yīng)用頻率有限。
反而是一些小型的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠才會(huì)積極運(yùn)用恒槍位吹煉法來進(jìn)行冶煉工作，為了能夠更直觀的了解化渣情況，就需要在噴頭參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化槍位曲線兩方面制定有效策略，促進(jìn)鋼鐵冶煉生產(chǎn)質(zhì)量與效果的提升。
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)爐煉鋼工藝用著單渣法、雙渣法以及留渣法。在應(yīng)用轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝的過程中，轉(zhuǎn)爐終渣當(dāng)中會(huì)含有一定比例的 FeO，比例為 12%~18%。運(yùn)用留渣法進(jìn)行操作，可以有效提升前期渣中 FeO 的含量，使前期渣的融化能夠適當(dāng)提前，降低石灰消耗量的同時(shí)，提升冶金反應(yīng)能力。在回余鋼冶煉過程中，如果運(yùn)用了留渣法進(jìn)行操作處理，渣中含有的 FeO 含量會(huì)在一定程度上加劇碳氧反應(yīng)，很容易在鋼鐵冶煉階段出現(xiàn)噴濺事故，增加冶煉工序的安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際工作中，需要相關(guān)人員將爐內(nèi)剩余的殘?jiān)颗鰜恚龅睫D(zhuǎn)爐不留渣，為后續(xù)鋼鐵冶煉工作的效果與安全提供可靠保障。
3.2 倒出部分精煉渣
精煉渣中具有較多的 Al2O3，其堿度含有量較高，一定程度上使精煉渣的熔點(diǎn)進(jìn)一步提高。在這樣的情況下，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后，精煉渣便會(huì)結(jié)殼，導(dǎo)致爐內(nèi)的氣體不能夠順利排除。如此一來，回余鋼吹煉時(shí)就會(huì)產(chǎn)生噴濺的現(xiàn)象，增加了安全事故發(fā)生的幾率。所以為了避免這種情況的發(fā)生，精煉渣就需要在轉(zhuǎn)爐前全部排出。
3.3 制定合適的鐵水、廢鋼裝入量
在應(yīng)用轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的過程中，必須要保證成分與爐內(nèi)重點(diǎn)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)［5］ 。這就需要相關(guān)人員在決策鐵水和廢鋼裝入量時(shí)，參考回余鋼水的重量，一般情況下，鐵水與廢鋼的比例為 10∶1~12∶1。針對回余鋼中碳、硅、錳等合金元素方面，所有含量比例較高就需要取下限值，反之要取下限值。將回余鋼、鐵水和廢鋼裝入量相加在一起，就是正常爐次的裝入量，裝入過程中也需要遵循技術(shù)要求，嚴(yán)格按照廢鋼、回余鋼和鐵水的順序進(jìn)行裝入。
3.4 優(yōu)化加料制度
在優(yōu)化加料制度的過程中，必須明確輕燒白云石的裝入量。為保證爐渣中 MgO 含量的適宜，在加入輕燒白云石時(shí)，將其與石灰加入量相比，大約占據(jù)石灰裝入量的 40％左右。其次，加入造渣料時(shí)，選擇合理的加料方式。將鐵水和回余鋼混合一起，若是沒有超過百分之一的金屬液碳含量，就要一次性完成輕燒白云石和石灰的加料。如果在加料時(shí)，若是高于 1%，就要及時(shí)觀察脫碳反應(yīng)，采用合理的手段降低金屬液碳含量，當(dāng)溫度控制在能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈脫氧反應(yīng)時(shí)，則表明金屬液碳含量已經(jīng)降低到了 1%以下。此時(shí)的脫氧反應(yīng)速度會(huì)慢慢減緩，不易發(fā)生噴濺情況，所以就可以省略抑制噴濺情況的環(huán)節(jié)。另外，由于碳含量比較低，吹煉時(shí)間也較短，如果采用分批次加料的方式加入爐渣，第二批在未充分融化之前便已經(jīng)完成了吹煉，這回造成造渣料的浪費(fèi)，不能夠保障冶煉過程中的經(jīng)濟(jì)效益。
4 轉(zhuǎn)爐回余鋼煉鋼工藝應(yīng)用效果
4.1 提升鋼水質(zhì)量
相關(guān)人員在分析回余鋼鋼種和質(zhì)量時(shí)，能夠得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，并以此來決策渣料和鐵水等加入量，能夠有效控制回余鋼煉鋼過程中的路內(nèi)熱，提升轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率，防止正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)鋼水過氧化的現(xiàn)象，有效保障的鋼水質(zhì)量。
4.2 促進(jìn)生產(chǎn)率
通過進(jìn)行技術(shù)的合理應(yīng)用，能從根本上避免出現(xiàn)噴濺現(xiàn)象，會(huì)在一定程度上降低殘?jiān)謇砉ぷ麟y度，人員將更多的精力投入到生產(chǎn)過程中，提升企業(yè)生產(chǎn)效 率。轉(zhuǎn)爐煉鐵時(shí)，在高溫區(qū)，由于氣體和熱流密度低，溫度較高、壓力大等特點(diǎn)導(dǎo)致了轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)過程中易發(fā)生焦化現(xiàn)象。鋼鐵企業(yè)應(yīng)重視這一問題。首先要嚴(yán)格控制冶料入軋工序的質(zhì)量；其次要加強(qiáng)對渣鐵水含量及酸度進(jìn)行檢測與控溫處理以確保鋼產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)標(biāo)要求；再次要提高煉制速度和效率以便于提升生產(chǎn)率。
4.3 減少冒黃煙現(xiàn)象
通過開發(fā)回余鋼吹煉工藝，可以有效降低由于噴濺而出現(xiàn)的冒煙問題，這就可以保證鋼鐵冶煉工序不會(huì)對周邊生態(tài)環(huán)境帶來污染，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，保證社會(huì)生態(tài)效益。
5 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化措施
由于鋼廠的煉鋼工藝主要是采用的是鐵爐渣，因此在冶金生產(chǎn)中，鋼鐵企業(yè)往往會(huì)采用高效率、自動(dòng)化程度較高的轉(zhuǎn)爐。這樣不僅可以節(jié)省能源和原材料還能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來越快。對我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康增長做出了重要貢獻(xiàn)：首先我國正處于工業(yè)化時(shí)期；其次我國正在進(jìn)行社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)階段；最后就是實(shí)現(xiàn)中國特色社會(huì)化進(jìn)程，在優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的過程中，需要積極運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)理念，合理設(shè)置工藝參數(shù)。首先，要測定管道壓力損失，這樣做的目的是為了能夠了解各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，為接下來的工作制定標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段，很多鋼鐵企業(yè)在冶煉時(shí)都會(huì)產(chǎn)生較高的氧氣管道損耗。其次，進(jìn)行氧射流與熔池作用的水模試驗(yàn)。通過觀察鋼鐵冶煉過程的噴濺情況可以得知，轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)的化渣程度不理想，而這種情況與金屬噴濺現(xiàn)象有著密切的關(guān)系。如果想要解決這種問題，需要對噴頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，優(yōu)化吹煉搶位曲線和提升透氣磚維護(hù)。在吹煉過程中，恒槍位操作已經(jīng)不能迎合當(dāng)前吹煉優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)要求，需要積極進(jìn)行工藝技術(shù)的升級優(yōu)化，合理運(yùn)用搶位曲線的方法來控制渣中的氧化鐵含量。
6 結(jié) 語
轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝是應(yīng)用較為廣泛的煉鋼技術(shù)，為了進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的積極作用，需要對轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝制定優(yōu)化措施。運(yùn)用技術(shù)手段來提升生產(chǎn)質(zhì)量與效率，使鋼鐵行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到保障，為鋼鐵行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展帶來有利條件。
參考文獻(xiàn)
［1］李勇，李春雷，胡克.轉(zhuǎn)爐留渣法煉鋼技術(shù)研究及推廣意義 ［J］.化工管理，2020，（17）：107-108.
［2］王連其.煉鋼生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝探究［J］.冶金管理， 2021，（9）：1-2.