黃 匯
(福建三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠, 福建三明 365000)
【摘要】 通過分析三鋼高鐵耗冶煉期間存在的問題, 結(jié)合脫碳速率、 升溫模型及熱平衡分析, 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐造渣制度、 流量和槍位控制及終點控制要求, 達到消耗控制穩(wěn)定、 爐型穩(wěn)定、 生產(chǎn)順行的目的。
【關(guān)鍵詞】 轉(zhuǎn)爐; 高鐵水耗; 冶煉工藝
前言
三鋼采用高鐵水耗生產(chǎn)模式時, 鐵水耗由原來的 839kg /t 提高到 900kg / t 以上, 鐵水入爐占比大, 存在明顯熱量富余, 需要加入大量冷卻劑。 由于操作不適應(yīng)加上過程控制困難, 導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)冶煉爐渣返干、 噴濺、 物料消耗大、鋼鐵料耗增加、 終點命中率低、 爐襯侵蝕重等問題, 進而引發(fā)爐口、 汽化煙罩、 氧槍槍身結(jié)渣, 影響生產(chǎn)順行。 根據(jù)三鋼現(xiàn)有的2座100t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐, 在高鐵水耗生產(chǎn)模式下, 對100t 轉(zhuǎn)爐的造渣制度、 供氧制度、 濺渣護爐工藝及爐型控制進行了研究和生產(chǎn)實踐。
1 存在的主要問題
高鐵耗生產(chǎn)模式下, 總裝入量約 104.5t,其中鐵水90t, 廢鋼 14.5t, 鐵水比由77%提高到 86%, 入爐物料的化學(xué)熱+物理熱已經(jīng)大大超過需求量, 由此帶來以下問題:
(1) 冶煉過程異常。 冶煉過程熔池升溫迅速, 碳氧反應(yīng)速度加快, 渣中 FeO減少從而引發(fā)爐渣返干, 長時間爐渣返干是造成爐口、 汽化煙罩、 氧槍槍身結(jié)渣的主要原因, 但是冶煉后期調(diào)整返干過度容易造成金屬噴濺, 影響料耗;
(2) 終點控制異常。 過程升溫快導(dǎo)致 C -T-P平衡失控, 為控制終點溫度, 加入大量冷料, 脫磷效率低, 二次補吹爐次多, 終點命中率低;
(3) 物料消耗異常。 為平衡熱值富余, 礦石耗消耗大, 且未達到預(yù)期效果, 過程爐渣返干與噴濺爐次多, 補吹時間延長, 鐵損大, 鋼鐵消耗高;
(4) 爐型控制異常。 過程爐渣返干與噴濺造成爐口結(jié)渣, 爐口過小造成卡廢鋼影響生產(chǎn),終點命中率低, 補吹時間長致使爐渣過氧化,對爐襯侵蝕加重。
2 熱平衡分析
以目前的裝入制度即鐵水90t, 廢鋼14.5t,一罐到底入爐鐵水的平均溫度 1300℃ , 設(shè)定終點C含量 0.13%、 終點溫度 1630℃ 、 堿度值為3, 來計算礦石使用量。 計算得到的在一定的條件下礦石使用量見表1。
在熱值大量富余的情況下, 可以依據(jù)實際生產(chǎn)情況, 增大留渣量來達到節(jié)省物料的目的,結(jié)合物料冷卻系數(shù)參考表2, 動態(tài)平衡各物料使用量進行渣料結(jié)構(gòu)調(diào)整。
3 優(yōu)化改進措施
3.1 造渣制度
3.1.1 冷卻劑種類及加入量
為平衡高鐵水比帶來的高熱值, 冷卻劑的需求量大大增加。 使用礦石作為冷卻劑不足以滿足需求, 且成本較高, 故增加了石灰石和爐下渣(即對固態(tài)轉(zhuǎn)爐渣進行篩選而得到的含鐵原料)使用量。 石灰石每爐加入量 300 ~ 600kg, 爐下渣每爐加入量 300~400kg, 具體使用量參考表3。
3.1.2 造渣料加入方法
因為入爐原料熱平衡富足, 造渣料和冷卻劑加入時機可前移, 在開吹后加入50%的石灰、100%輕燒白云石、 100%爐下渣、 50%石灰石、約 20%礦石, 若冷料過多, 爐下渣可在加進廢鋼后加入; 第二批料在硅錳氧化基本結(jié)束后,加入剩余的 50%的石灰、 50%石灰石、 約 30%礦石, 同樣分小批量多批次加入, 在開吹 5.5min 內(nèi)加完; 剩余50%礦石同樣小批多次加入爐內(nèi)進行調(diào)溫和化渣, 防止爐渣返干, 吹煉9.5min 后不允許加料, 防止后期金屬噴濺。 渣料加入方法可參考表4。
3.2 供氧制度
3.2.1 氧槍槍位控制
氧槍槍位的高低會對冶煉過程爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生較大影響。 低槍位硬吹時, 熔池攪拌強烈,碳氧反應(yīng)迅速, 熔池升溫快, 脫碳速度快, 但爐渣中FeO 降低, 不利于化渣且易造成爐渣返干; 高槍位軟吹時, 爐內(nèi)碳氧反應(yīng)速度減緩,熔池升溫慢, 富余的氧氣氧化爐渣中的鐵珠,使爐渣中 FeO增加, 更甚者如果氧氣流不能吹開液面, 攪動不了熔池, 極易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺,嚴重影響料耗。
槍位的變化要適應(yīng)不同冶煉階段的冶金特點, 在高鐵水耗冶煉模式下, 槍位與氧壓的配合采取變槍變壓操作, 避免吹煉中后期長時間爐渣返干及金屬噴濺現(xiàn)象, 過程槍位按高—低—高—低的冶煉模式, 根據(jù)爐內(nèi)情況及時調(diào)整。
3.2.2 氧氣流量控制
因前期加入造渣料量大, 可調(diào)大氧氣流量增加射流對熔池的攪拌, 待頭批料加完, 起渣時逐漸降低氧氣流量, 控制噴濺; 中期低流量吹煉降低碳氧反應(yīng)激烈程度, 防止熔池溫度上升過快造成爐渣返干; 后期可以通過短時間高槍位吊槍來緩解爐渣返干, 冶煉提槍前再壓低槍位調(diào)大氧流量, 使熔池溫度、 成分更均勻,有利于終點控制。 冶煉過程槍位與流量控制可參考圖1。
3.3濺渣護爐工藝
3.3.1 調(diào)渣劑
高鐵水耗冶煉模式下轉(zhuǎn)爐入爐熱量富余, 冶煉過程加入大量礦石和爐下渣, 爐渣中的 FeO含量高。 如按照以前的方式直接濺渣, 濺渣過程只調(diào)整槍位完成濺渣操作, 爐渣中的 MgO含量低且會與CaO生成低熔點鐵酸鈣, 使濺渣層的耐火度大大降低。 在濺渣過程中加入 300~600kg 輕燒白云石, 使渣中MgO含量達到11% ~14%, 既能提高爐渣的熔點, 輕燒白云石的熔解吸熱又增加了爐渣黏度, 使濺渣層有高的耐火度。
3.3.2 濺渣槍位
一般在同等的氮氣壓力下, 采用高槍位濺渣有利于轉(zhuǎn)爐熔池掛渣; 低槍位有利于轉(zhuǎn)爐爐身與爐帽掛渣。 為了提高濺渣護爐的效果, 需要合理的控制槍位使兩種濺渣機制有效地協(xié)調(diào)結(jié)合, 濺渣初期采用低槍位對爐內(nèi)熔渣進行快速降溫凝固, 直到能夠觀察到有渣滴飛濺出爐口, 再提高氧槍階段式壓槍濺渣, 使爐渣均勻掛在爐襯各部位, 大大提升了濺渣護爐效果。濺渣過程槍位參考圖 2。
3.4 爐型控制
轉(zhuǎn)爐爐型的穩(wěn)定能為冶煉創(chuàng)造良好的條件,反之爐型變化異常則帶來許多不利影響。 爐底上漲造成轉(zhuǎn)爐有效容積減小、 噴濺現(xiàn)象加重、鋼鐵料耗增加、 爐帽粘鋼, 嚴重影響了生產(chǎn)節(jié)奏; 爐底下降則會對轉(zhuǎn)爐安全帶來威脅, 極易造成爐底漏鋼事故, 形成的死角也加劇吹煉后期鋼水成分與溫度的不均勻。
依據(jù)爐型測厚數(shù)據(jù)確定合理穩(wěn)定的供氧制度、 造渣制度和濺渣工藝, 維持爐底最低點≥ 450mm, 爐身厚度≥400mm。 當爐襯侵蝕超過警戒點時, 適當減少氧氣沖擊深度, 提高爐渣堿度, 采取高槍位調(diào)渣濺渣模式, 濺渣結(jié)束后搖爐掛渣, 即轉(zhuǎn)爐往出鋼面搖80°左右停留3 ~ 5s 再往回搖倒渣, 使少量的爐渣掛在轉(zhuǎn)爐的出鋼面和倒渣面, 提高護爐效果, 控制爐型穩(wěn)定為冶煉過程創(chuàng)造最佳的動力學(xué)條件。
高鐵水比條件下冶煉過程易出現(xiàn)金屬噴濺、溢渣或爐渣返干現(xiàn)象, 爐口、 爐帽積渣粘鋼嚴重可能會造成卡廢鋼, 影響生產(chǎn), 結(jié)槍、 結(jié)汽化煙罩易引起安全事故和設(shè)備事故。 為降低事故率, 穩(wěn)定生產(chǎn), 制定如下要求:
(1) 爐口維護, 當爐口直徑<1800mm 或爐口結(jié)渣高度> 1500mm時, 必須使用拆爐機處理爐口, 確保廢鋼能夠順利入爐以及避免爐口結(jié)渣刮壞設(shè)備, 班中至少維護爐口 2次, 落實好爐口交接制度;
(2) 氧氣吹掃, 爐口結(jié)渣太厚時, 可以在冶煉終點提槍后, 氧槍槍位控制在7~7.5m, 調(diào)節(jié)氧氣流量16000~18000m3 /h 吹掃 30s 左右;
(3) 汽化管、 爐身冷鋼檢查, 接班時與班中每冶煉 4 爐需到氧槍封口觀察汽化管結(jié)渣情況, 出鋼過程觀察爐身、 汽化煙罩結(jié)渣情況,及時處理;
(4) 氮氣吹掃, 若汽化管結(jié)渣較多, 在終點提槍、 補吹前或濺渣后, 控制氧槍槍位在8.5~14m 之間, 根據(jù)汽化管結(jié)渣部位決定氧槍高度 , 使用氮氣進行吹掃。
4 冶煉工藝的改善
改進前后各項指標對比可見表5。 采取改進措施后, 冶煉過程返干時間縮短107s, 噴濺爐次減少, 碳氧反應(yīng)過程平穩(wěn), 基本解決了汽化煙罩結(jié)渣、 氧槍槍身粘鋼等問題。 對造渣料結(jié)構(gòu)進行調(diào)整后, 根據(jù)鐵水Si 合理分配入爐冷卻劑, 節(jié)省了物料消耗。 冶煉終點溫度與P 雖有所提高, 但是終點P控制更穩(wěn)定, 補吹時間反而減少, 鋼鐵料耗整體下降2.1kg/t。 終點命中率的提高使二次補吹爐次減少, 縮短了提槍至出鋼的時間, 緩解高溫鋼水對爐襯的侵蝕, 保障了爐襯安全。
5 結(jié)語
在高鐵水比的裝入制度下, 通過對造渣料結(jié)構(gòu)進行調(diào)整, 增加石灰石和爐下渣使用量, 改變造渣料加入的時機, 以及冶煉過程槍位與氧壓的配合, 避免吹煉中后期長時間爐渣返干及金屬噴濺現(xiàn)象, 降低了鋼鐵料消耗; 同時在濺渣過程中加入調(diào)渣劑使濺渣層有較高的耐火度, 合理控制槍位提高濺渣效果, 并通過一系列措施維持爐口與爐襯穩(wěn)定, 提高金屬收得率,減少了生產(chǎn)過程中異常情況, 保證轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)。
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