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)。
參考文獻
［1］吳明，石知機，吳發(fā)達，等．120t 轉(zhuǎn)爐高鐵水比冶煉模式的生產(chǎn)實踐［J］．煉鋼，2013，29（1）：4．
［2］鄭杰，王顯軍，魏瀟，等．萊鋼高鐵水比轉(zhuǎn)爐冶煉工藝實踐［J］．山東冶金，2010，32（6）：2．
［3］殷寶有．轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)［J］．上海金屬，1998（06）：17－22．
［4］劉煬． 轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣操作及脫磷效果［J］．安徽科技，2004（11）：49．
［5］孟凡玉，劉彥平，劉正華，等．轉(zhuǎn)爐爐型控制與應(yīng)用［J］．山東冶金，2007（S2）：3．
［6］劉立德，胡友紅，伍從應(yīng)，等．高鐵水比條件下 100t 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝實踐 ［J］． 四川冶金，2017，39（5）：6．