張祥遠(yuǎn)
（福建三鋼閩光股份有限公司，福建三明 365000）
【摘要】通過分析影響渣中鐵含量的因素，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作工藝和終點(diǎn)控制目標(biāo)，特別是留渣控制、鋼水終點(diǎn) C含量控制、終點(diǎn) T 控制和縮短一提至出鋼時(shí)間等措施，渣中總鐵含量由原先的 22.7 %降低至 20.3 %，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t。
【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐；鐵含量；實(shí)踐
引言
鋼鐵料耗是衡量煉鋼成本的一項(xiàng)重要指標(biāo)之一。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的金屬損失有爐渣帶走的金屬損失、噴濺損失、化學(xué)氧化損失和煙氣帶走的金屬損失等，相比之下，爐渣帶走的金屬損失占比較大。常規(guī)采取少渣冶煉可降低鋼鐵料耗，但若渣中的鐵含量較高，少渣冶煉亦無法使鋼鐵料耗降低。根據(jù)物質(zhì)守恒定律，推進(jìn)影響爐渣中鐵含量因素的分析，采取有針對性的降低渣中鐵含量的工藝優(yōu)化措施，有助于降低煉鋼生產(chǎn)成本，且意義重大。
1 主要設(shè)備及工藝參數(shù)
1.1 主要設(shè)備
福建三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠二系統(tǒng)擁有 3 座 120 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐（實(shí)際有效容積120.98 m3），2 座 130 tLF 爐（第 3 座正在建設(shè)中），1 座 130 tVD 爐，2 臺七機(jī)七流方坯連鑄機(jī)，斷面是 160 mm×160 mm，1 臺六機(jī)六流連鑄機(jī)，斷面是 160 mm×160 mm 或 165 mm×285mm，還有 1 臺大方坯連鑄機(jī)正在建設(shè)中。基本工藝路線是轉(zhuǎn)爐—精煉（過 LF 爐或 VD 爐）—連鑄，滿負(fù)荷生產(chǎn)情況下具備年產(chǎn) 500 萬噸粗鋼的能力。其中鐵水不經(jīng)鐵水預(yù)處理，因成分不達(dá)標(biāo)需勾兌后入爐或者直接采取一罐到底方式組織生產(chǎn)。
1.2 工藝參數(shù)
福建三鋼煉鋼廠二煉鋼轉(zhuǎn)爐約有 50 %的普鋼生產(chǎn)比例，主要以 400 系列和 500 系列的螺紋建材為主。表 1 為氧槍和主要冶煉參數(shù)情況，長期統(tǒng)計(jì)當(dāng)前平均入爐鐵水溫度為 1336.9 ℃。
其它鐵水有關(guān)成分見表 2 所示。
2 影響渣中鐵含量的因素分析
目前福建三鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，影響渣中鐵含量波動的因素主要包括：（1）原材料供應(yīng)的不穩(wěn)定性，特別是廢鋼的裝斗重量和鐵水中 C、Si 含量的波動，給爐前的熱值判斷帶來一定影響，造成終點(diǎn)的長時(shí)間補(bǔ)吹或者過氧化；（2）生產(chǎn)組織的不穩(wěn)定性，包括鋼、鐵水的銜接異常，造成爐內(nèi)熱量的損失、高溫出鋼帶來的渣中鐵含量的損失；（3）推進(jìn)快節(jié)奏高效生產(chǎn)的情況下，采取大渣量操作、追求過高的脫磷率控制、不合時(shí)宜的一提直接出鋼操作等，造成渣中鐵含量的損失[1]。
針對上述存在的問題，通過進(jìn)一步規(guī)范廢鋼裝斗重量要求，并采取鋼筋切頭上料倉的方式，配合礦石使用綜合調(diào)整冶煉過程中的熱量控制來解決；同時(shí)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，開展試驗(yàn)探討渣中鐵含量的具體影響因素，固化 SOP 冶煉操作模式以引導(dǎo)生產(chǎn)。
2.1 終點(diǎn)C含量控制的影響
隨著二煉鋼系統(tǒng)品種開發(fā)的不斷推進(jìn)，冶煉品種日益增多，終點(diǎn) C 控制一般要求 0.03 %～0.13 %。在確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，除部分低碳鋼種以外，煉鋼廠轉(zhuǎn)爐車間目標(biāo)終點(diǎn) C 含量一般控制在 0.06 %以上。根據(jù)同期同鋼種生產(chǎn)的 3000 爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：不同的終點(diǎn) C 含量控制下的渣中鐵含量波動較大，特別是出現(xiàn)低碳或者過氧化出鋼時(shí)，具體見表 3。從實(shí)際跟蹤數(shù)據(jù)來看，終點(diǎn) C 含量控制在 0.07 %～0.09 %的范圍內(nèi)，渣中的鐵含量相對較低，故將爐長經(jīng)濟(jì)責(zé)任制中終點(diǎn)控制目標(biāo)由 0.08 %～0.10 %變更為 0.07 %～0.09 %。
2.2 終點(diǎn)T控制的影響
以 400 系列普鋼生產(chǎn)為例，隨著鐵水一罐到底比例逐步提升至 65 %以上，入爐鐵水的富余熱值需要配加鋼筋切頭或者礦石來平衡。往往終點(diǎn)出現(xiàn)溫度大于 1660 ℃以上時(shí)，需要打氮?dú)庋a(bǔ)吹以降低鋼水溫度，保證鑄機(jī)的穩(wěn)態(tài)化控制，同時(shí)也帶來爐渣發(fā)泡、渣中鐵含量的大幅增加等問題，對比渣樣數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)渣中鐵上升 2.11 %。在鋼包加蓋的情況下，終點(diǎn)溫度一般控制在1630 ℃～1645 ℃即可，盡可能避免高溫出鋼或者補(bǔ)吹打氮?dú)獠僮鳎膳浼硬糠值V石輔助降溫[2]。
2.3 爐渣發(fā)泡性帶來的影響
為保證冶煉前期快速成渣和脫磷效果，除測量槍位、測量爐襯厚度或者補(bǔ)爐情況外，一般采用留渣操作模式。從以往的經(jīng)驗(yàn)分析，引起爐渣發(fā)泡的因素主要包括：（1）留渣量過多；（2）吊槍操作不當(dāng)或者終點(diǎn)壓槍時(shí)間不足。對不同的留渣量冶煉終點(diǎn)情況進(jìn)行跟蹤發(fā)現(xiàn)，爐渣發(fā)泡性（流動性）越好，對應(yīng)的爐渣中的鐵含量亦呈現(xiàn)上升趨勢，常規(guī)要求在保證脫磷需求的情況下，根據(jù)熱值情況要嚴(yán)格落實(shí)“留半渣”操作以防范爐渣發(fā)泡，不允許全留渣操作，具體見表4所示。
轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)采用壓槍操作，一方面降低氧槍槍位以加大射流沖擊深度，促進(jìn)熔池的攪拌效果，另一方面增強(qiáng)C-O 反應(yīng)，進(jìn)一步降低爐渣中的鐵含量。跟蹤數(shù)據(jù)表明，壓槍時(shí)間達(dá)到60 s以上后，渣中鐵含量下降不再明顯，但是冶煉后期長時(shí)間的壓槍操作，在低碳的情況下容易發(fā)生C-Fe反應(yīng)，進(jìn)而損傷爐襯。因此，壓槍時(shí)間一般要求控制在60 s～90 s即可。
2.4 補(bǔ)吹時(shí)間控制的影響
由于現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)尚未投用副槍系統(tǒng)和二級計(jì)算模型，而是根據(jù)倒?fàn)t后的成分分析和溫度測量進(jìn)行補(bǔ)吹操作，以達(dá)到成分合格、滿足鋼水上臺溫度的要求。去年以來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)終點(diǎn)平均倒?fàn)t C 控制在 0.098 %，按固定 30000 Nm3 /h的氧流量補(bǔ)吹 24 s，基本可以確保終點(diǎn)出鋼 C控制在 0.07 %～0.09 %目標(biāo)范圍內(nèi)，故盡可能縮短補(bǔ)吹時(shí)間以減少鋼水過氧化是降低渣中鐵含量的有效方法，確定補(bǔ)吹時(shí)間≤25 s 為“點(diǎn)吹命中”；同時(shí)爐長經(jīng)濟(jì)責(zé)任制中變更“倒?fàn)t后補(bǔ)吹時(shí)間≤25 s 比例”由 83 %提高至 87 %以上。針對個(gè)別爐次熱值明顯不足的情況，采取提高單爐鐵水耗或者配加石墨球輔助提溫，以進(jìn)一步提高“點(diǎn)吹”出鋼命中率。
2.5 一提至出鋼時(shí)間控制的影響
實(shí)際生產(chǎn)過程中，終點(diǎn)提槍以后，隨著搖爐過程中溫度的降低，觀察發(fā)現(xiàn)一提至出鋼超過270 s 時(shí)爐內(nèi)會出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象，爐渣流動性變差，甚至粘黏結(jié)塊，造成渣中鐵含量的大幅上升；在兼顧產(chǎn)品質(zhì)量的情況下應(yīng)盡可能縮短鋼水在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以減少“返干”現(xiàn)象，在成分、溫度適宜的條件下直接出鋼。為進(jìn)一步提高一提直接出鋼命中率和脫磷效果，根據(jù)現(xiàn)有的渣料制度調(diào)整石灰和輕燒白云石的使用量（見表 5），以確保終渣堿度達(dá)到 2.6～2.8（調(diào)整前普鋼堿度控制在 2.5 左右）[3-5]。針對沒留渣爐次，石灰和礦石的使用量可酌情增加，旨在提高終點(diǎn)成分與溫度命中率。
3 效果分析
對影響渣中鐵含量的因素進(jìn)行分析后確定終點(diǎn)控制范圍，從冶煉留渣量控制著手，通過濺渣后開展“目測觀察+爐渣稱重”試驗(yàn)，得出不同終點(diǎn) C 要求下的留渣模式：（1）冶煉終點(diǎn) C 控制要求在 0.06 %～0.09 %的鋼種，轉(zhuǎn)爐留渣量控制在 1/3，控制量約 3 t～4 t；（2）冶煉低碳鋼種，如終點(diǎn) C 控制要求在 0.03 %～0.045 %的鋼種，出鋼后直接將爐渣濺干，再搖爐至 175°以上進(jìn)行倒渣，留渣量控制在 1～2 t 即可，為防范爐渣發(fā)泡，冶煉全程不吊槍操作，且壓槍時(shí)間按90 s 控制，其冶煉槍位和流量控制如圖 1 所示；（3）針對冶煉中高碳鋼或者終點(diǎn) P 要求 20 以內(nèi)的鋼種，轉(zhuǎn)爐留渣量控制在 1/2，控制量約 5 t～6 t。從實(shí)際冶煉操作來看，明顯的提升了爐前開吹點(diǎn)火的成功率和穩(wěn)定性，因留渣不當(dāng)造成的爆發(fā)性噴濺比例直接降低至 2.7 ‰，且未出現(xiàn)終渣發(fā)泡的情況。
同時(shí)，明確訂立終點(diǎn) C 控制目標(biāo)為 0.07 %～0.09 %、調(diào)配過程熱值以達(dá)到終點(diǎn) T 控制在1630 ℃～1645 ℃、力爭一提至出鋼的時(shí)間控制在 240 s 以內(nèi)等，多措并舉以達(dá)到降低渣中鐵含量的攻關(guān)目標(biāo)。對比工藝控制優(yōu)化前、后的普鋼冶煉數(shù)據(jù)，如表 6 所示。
從表 6 可以看出，冶煉控制工藝和目標(biāo)調(diào)整后，總體的補(bǔ)吹時(shí)間相差 2.3 s，但點(diǎn)吹合格率可達(dá) 83.5 %，大大減少鋼水過氧化的概率，平均終點(diǎn) C 控制水平可達(dá)到 0.076 %，較之前提高了0.011 %。在提高鐵水耗至 880 kg/t 以上組織生產(chǎn)期間，平均終點(diǎn) C 控制水平可達(dá)到 0.085 %，同時(shí)也有效減少了對爐襯的侵蝕程度。
冶煉終點(diǎn)提槍后，進(jìn)一步細(xì)化測溫、取樣環(huán)節(jié)的時(shí)間控制，特別是在終渣異常的情況下，配加礦石輔助化渣和降溫，平均一提至出鋼的時(shí)間由原先的 285 s 縮短至 247 s，有效地避免了爐內(nèi)出現(xiàn)“返干”的情況，渣中總鐵含量由原先的22.7 %降低至 20.3 %，達(dá)到預(yù)期攻關(guān)效果。因調(diào)整石灰和輕燒白云石等渣料使用，實(shí)際生產(chǎn)過程中石灰的使用量略有增加，但過程返干現(xiàn)象得到明顯緩解，有效的減少吹煉過程的金屬損耗，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t [6]。
4 結(jié)論
（1）通過對影響渣中總鐵含量的因素分析，進(jìn)一步確定 1/2 留渣量控制、終點(diǎn) C 控制、終點(diǎn)T 控制、一提至出鋼的時(shí)間控制，有利于降低渣中鐵含量。
（2）通過優(yōu)化冶煉控制、推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)以規(guī)范操作，渣中總鐵含量由原先的 22.7 %降低至 20.3 %，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
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