彭 琦， 梁少鵬

（龍門鋼鐵有限責任公司， 陜西 韓城 715400）

摘 要：陜鋼集團龍鋼煉鋼廠采用生鐵塊補爐后出現了磷高和補吹率高等問題，為進一步科學有效補爐，龍鋼煉鋼廠開展了生鐵塊補爐工藝優化探索，以穩定轉爐補爐后的操作。利用轉爐火焰分析系統動態校正，對轉爐冶煉過程渣量進行計算，建立生鐵塊計算方案。通過生鐵塊計算，獲到每次補爐所需生鐵塊的精確量。生鐵塊補爐工藝優化后，實現了補爐后第一爐一倒磷合格率提高了 19.1%，補吹率降低了 26.1%，轉爐年工序時間節約了 4 752 min，節約生鐵成本 1 774.08 萬元。

關鍵詞：轉爐；生鐵塊；轉爐渣；補爐；工藝優化

0 引言

轉爐生鐵塊補爐是利用生鐵塊中的化學元素，降低渣中的 TFe 含量，析出高熔點的鈣鎂化合物，從而達到爐渣補爐的目的，可提高耐材壽命，降低噸鋼成本。生鐵塊補爐技術是轉爐冶煉完成后，不倒終渣，將準備好的生鐵塊倒入轉爐大面受損嚴重部位，將轉爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉爐 5 min 左右，待生鐵塊與爐渣黏合后，搖正轉爐進行濺渣護爐，使渣料濺至爐腔爐壁，濺渣護爐完畢后倒掉渣料，進行下一爐冶煉^[1-2]。

陜鋼集團龍鋼煉鋼廠轉爐爐襯主要受到鐵水和廢鋼的機械沖刷，前大面爐襯維護頻繁，且終點的過氧化爐渣對爐襯也會造成侵蝕。龍鋼 120 t 轉爐全爐役（18 000 爐左右）使用補爐料 10 t 左右，其中絕大部分的補爐料都使用生鐵塊，每爐用量達到了 6 t。轉爐在補完爐后出現磷高和補吹的現象比較多。為進一步科學有效補爐，龍鋼煉鋼廠開展了生鐵塊補爐工藝優化探索，以穩定轉爐補完爐后操作。本文通過對龍鋼煉鋼轉爐現有的火焰分析系統修正計算轉爐的渣量，建立生鐵塊用量計算方案，精確計算每次補爐所需生鐵塊的量。

1 生鐵塊補爐原理與計算

1.1 龍鋼轉爐終渣情況以及計算條件

生鐵塊補爐工藝主要是利用生鐵塊中的碳、硅、錳等元素被渣中的氧化鐵氧化，從而降低渣中的氧化鐵含量，析出高熔點的鈣鎂材料。龍鋼目前使用的生鐵塊和終渣情況分別如表 1、表 2 所示。

龍鋼生鐵塊補爐計劃將渣中的氧化鐵質量分數降低至 5%以下。計算生鐵塊用量時，假設生鐵中的碳完全參與反應，有質量分數為 90%的硅和 30%的錳參與反應，相關的反應方程式為：

（FeO）+C=Fe+CO. （1）

2（FeO）+Si=2Fe+SiO₂. （2）

（FeO）+Mn=Fe+MnO. （3）

生鐵量計算式為：

W _生鐵 =0.3 kW _渣. （4）

式中：W 生鐵為生鐵的使用量；k 為修正系數；W 渣為轉爐冶煉過程中產生的總渣量。

根據終點渣情況，建立生鐵塊計算方案流程，如圖 1 所示。

1.2 渣量的計算

轉爐熔劑一般分為 CaO 類、MgO 類、助熔劑類和調溫度熔劑類。

CaO 類：對應熔劑主要為活性石灰，根據鐵水中的[Si]含量，確定 CaO 量，主要用于調劑終渣堿度，保證脫磷、脫硫效果，采用留渣操作，可以充分發揮留渣中 CaO 的脫磷效果，降低標準終渣的堿度，從而有效降低石灰用量。

MgO 類：對應熔劑包括輕燒白云石、白云石、碳鎂球等熔劑。

助熔劑類：包括氧化鐵皮和螢石等。

調溫劑類：包括發熱劑和冷卻劑，對于低鐵水比冶煉，一般是加發熱劑，包括硅碳球，焦丁、硅鐵等，冷卻劑包括廢鋼、氧化鐵皮、礦石、燒結礦、球團等^[3-4]。

渣量的計算是根據現有附近有渣量的爐次為參考爐次，做增量計算。冶煉過程[Si]主要來自鐵水和生鐵，以及轉爐冶煉過程中[Si]被氧化生成（SiO₂ ）過程中熔劑中帶入的硅。轉爐冶煉過程中產生的（SiO2 ）計算如下：

式中：W_SiO2為轉爐冶煉過程中產生的 SiO₂ 總量，t；W _鐵水為鐵水質量，t；w[Si]為鐵水中的[Si]含量，%；W _生鐵為生鐵質量，t；w[Si]為生鐵中的[Si]含量，%；i 為不同溶劑種類；W 熔劑，i 為轉爐含（SiO₂）熔劑的質量，t； w（SiO₂）熔劑，i 為轉爐熔劑中的 SiO₂ 的質量分數，%。

實際堿度的計算根據經驗公式（6）進行計算，即：

式中：R 為實際堿度；R _設計為設計堿度；W _設計渣量為設計渣量，t；w（CaSiO）_設計為設計渣中的 CaSiO 質量分數，%。

實際渣量用式（7）進行計算，即：

1.3 生鐵塊的計算修正

基于龍鋼現有轉爐智慧制造設備，利用火焰信息分析系統（見圖 2）通過對轉爐爐口火焰圖像特征及大數據對比學習，實時預報轉爐冶煉過程爐渣狀態，跟蹤爐渣的活躍情況，判斷噴濺和返干現象，實時預測爐渣的厚度^[5]。本模型根據 12.5~13.0 min 火焰信息分析系統預測的渣厚校正系數 k 如表 3 所示。

2 優化效果

龍鋼在補爐過程中生鐵塊的用量一直固定為6 t，采用生鐵塊計算模型后，生鐵塊的用量得到了精確控制，一般為 3.5~5.0 t。生鐵塊補爐工藝優化后的補爐效果與之前的 6 t 用量效果基本相同，如表 4 所示。

使用生鐵塊計算模型后，補爐所需的生鐵塊量平均減至 4.4 t。龍鋼煉鋼廠采用的是全留渣操作，雖然多加入的生鐵會進入下一爐冶煉的鋼水中，并未浪費原材料，但對于下一爐煉鋼冶煉操作的穩定性有很大的影響。未熔化完的生鐵塊會參與到補完爐后的第一爐冶煉中，對于磷的控制和溫度的控制影響較大。

通過對生鐵塊補爐優化進行計算控制，補爐后生產的一倒磷和補吹率得到了明顯改善。表 5 顯示了龍鋼轉爐煉鋼生鐵塊補爐工藝優化前后對補爐后第一爐操作的影響對比。從表 5 中可知，生鐵塊補爐工藝優化后，補爐后第一爐冶煉的一倒磷合格率提高了19.1%，補吹率降低了 26.1%，效果十分明顯。

3 經濟效益

生鐵塊補爐工藝優化后，補爐時間平均減少 1.2min。當前龍鋼有 120 t 轉爐 2 座，每座轉爐日用生鐵塊補爐6 次，生鐵塊的價格按 2 800 元 /t，年工作日按 330 d計，每年在補爐過程中節約生產時間 4 752 min，每年節省生鐵塊用量 6 336 t，每年節約成本 1 774.08 萬元。

4 結論

1）生鐵塊計算優化前后，生鐵塊補爐對于爐況影響效果相當。

2）龍鋼在使用生鐵塊計算優化后，補爐后第一爐的一倒磷合格率和補吹率明顯降低，提高了補爐后冶煉爐次的穩定性。

3）通過模型的使用，提高了轉爐作業效率，每年可節約生產時間 4 752 min，節約成本約 1 774.08 萬元。

參考文獻

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