伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比的工藝試驗

劉旺平

（新疆伊犁鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

摘要：增加廢鋼比是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中主要的降本增效工藝方法，也是減少鋼鐵企業(yè)能耗的有效途徑。本文介紹了伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐為提高廢鋼比所作的工藝試驗，為今后轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比做好理論支持。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；熱平衡；廢鋼比；降本增效

0  前言

伊鋼地處新疆伊犁哈薩克自治州新源縣則可臺鎮(zhèn)，鋼鐵生產(chǎn)具有一定的地緣優(yōu)勢，但是局限于煉鐵產(chǎn)能的限制，伊鋼在生產(chǎn)旺季提高產(chǎn)能擴大規(guī)模效益上存在短板，同時隨著去年鋼鐵市場經(jīng)濟效益的萎縮，降本增效成為鋼鐵企業(yè)贏得發(fā)展的主要出路，為此伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐開始研究轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比的工藝方法，提高煉鋼工序的生產(chǎn)盈利水平。

根據(jù)已有的文獻介紹^[1-3]，目前增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比的工藝方法主要有廢鋼預(yù)熱工藝、轉(zhuǎn)爐噴吹燃氣加熱廢鋼、轉(zhuǎn)爐留渣操做、使用提溫材料、降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度幾種工藝方法。

作者研究了幾種增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比的工藝后認為，伊鋼是2011年投產(chǎn)建設(shè)的煉鋼生產(chǎn)線，采用鐵水一罐制工藝，生產(chǎn)流程緊湊，環(huán)保配置工藝僅能夠滿足原有工藝的需求，廢鋼預(yù)熱工藝所需的能源介質(zhì)與環(huán)保配套設(shè)施無法滿足廢鋼預(yù)熱工藝的需求，所以廢鋼預(yù)熱工藝對于伊鋼沒有實施的可能性，提高廢鋼比只有從使用轉(zhuǎn)爐提溫材料和留渣操作兩個方面入手。

由于伊鋼生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是建筑用鋼，從2021年開始，已經(jīng)實施了向鋼包內(nèi)加入軋制廢品和清潔廢鋼的工藝，并且轉(zhuǎn)爐為提高產(chǎn)能，操作工藝采用轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后直接倒?fàn)t出鋼，出鋼結(jié)束后實施濺渣護爐，然后倒出殘渣的模式，這種模式倒出的殘渣量較少，基本上與留渣操作工藝的接近，所以伊鋼轉(zhuǎn)爐增加廢鋼比的工藝只有利用使用提溫劑這一種工藝方法。

1 伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐增加廢鋼比的工藝研究

1.1 伊鋼現(xiàn)有工藝分析

伊鋼現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐的冶煉基本情況有以下的幾個特點：

（1） 鐵水的成分和溫度波動較大，造成轉(zhuǎn)爐冶煉的操作波動大，伊鋼典型的鐵水成分和冶煉過程的基本數(shù)據(jù)見下表1、2.

表1：伊鋼生產(chǎn)用鐵水的成分基本情況

表2：伊鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的基本工藝數(shù)據(jù)

（2） 轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏緊湊，在出現(xiàn)低溫鐵水和低硅鐵水（Si%<0.3%）的冶煉爐次，為保證轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，補吹提溫操作造成轉(zhuǎn)爐終點過吹，增加了轉(zhuǎn)爐出鋼的脫氧合金化操作的難度，并且熔池中的金屬鐵被氧化進入爐渣后，增加了轉(zhuǎn)爐的吹損；大多數(shù)爐次采用吹煉到終點結(jié)束后直接倒?fàn)t出鋼，出鋼量波動較大，造成合金化成分調(diào)整有較大的誤差，影響生產(chǎn)的平穩(wěn)運行；

（3） 轉(zhuǎn)爐緊湊的工藝，有相當(dāng)一部分爐次爐內(nèi)濺渣護爐的殘渣留在爐內(nèi)，造成轉(zhuǎn)爐吹煉前期溢渣和噴濺現(xiàn)象時有發(fā)生。

   根據(jù)以上的分析可知，在現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐爐容比的工藝條件下，增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比，必須考慮增加廢鋼比后，要解決好增加廢鋼比，轉(zhuǎn)爐吹煉前期由低溫引起的前期溢渣與噴濺^[4-5]，否則增加廢鋼比的收益隨著噴濺與溢渣從鋼渣中流失。

1.2 提溫材料的選擇與分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用鐵水的物理熱和化學(xué)熱提供煉鋼反應(yīng)的熱力學(xué)條件，通過氧化反應(yīng)提供的動力學(xué)條件，通過吹氧的工藝方法去除鐵水中的C、Si、M n、P、S 等元素后，在出鋼和鋼水精煉過程中調(diào)整煉鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分的系統(tǒng)工程。轉(zhuǎn)爐煉鋼加入廢鋼、礦石的作用是平衡煉鋼化學(xué)熱的冷卻劑, 增加轉(zhuǎn)爐的廢鋼比，同比條件下，增加轉(zhuǎn)爐煉鋼的化學(xué)熱，減少過程的熱量消耗, 是提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的有效途徑。伊鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中不同冷卻材料對于轉(zhuǎn)爐熔池溫度的影響經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)見下表3：               表3：伊鋼不同冷卻材料對于轉(zhuǎn)爐熔池降溫的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

根據(jù)以上的分析可知，轉(zhuǎn)爐廢鋼比每增加1%，熔池的溫度降低8～12℃。為保持轉(zhuǎn)爐正常的冶煉工藝，使用提溫劑提高轉(zhuǎn)爐冶煉的廢鋼比的工藝，可供采用的材料有動力煤、焦炭、碳化硅等。

使用碳化硅的成本較高，動力煤由于含有揮發(fā)分、有害元素元素S含量也偏高，并且已有使用的案例表明^[6]，加入工藝是轉(zhuǎn)爐開吹前從高位料倉一次加入，這兩種工藝方法都不適合伊鋼現(xiàn)有的生產(chǎn)情況。可供選擇的已知材料只有焦炭。

焦炭是固體燃料的一種。由煤在約1000℃的高溫條件下經(jīng)干餾而獲得。主要成分為固定碳，其次為灰分，所含揮發(fā)分和硫分均甚少。呈銀灰色，具金屬光澤。質(zhì)硬而多孔，著火溫度（空氣中）為 450-650℃。這種性質(zhì)對于伊鋼而言。焦炭隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘渣中的FeO+MnO能夠與焦炭反應(yīng)，在沒有冶煉之前，會有部分的熱量流失，并且目前伊鋼的焦炭量也不富裕，所以提溫材料的選擇只能夠另辟蹊徑。

2 伊鋼利用新型提溫材料的試驗

  根據(jù)以上的分析，首先想到了LF精煉爐廢棄的石墨電極，其穩(wěn)定性好，含碳量高，并且石墨資源在新疆的儲量豐富，所以本次試驗利用石墨制品作為提溫材料，驗證石墨類制品作為提溫材料的可行性。

2.1 石墨類提溫材料的特點與應(yīng)用的可行性

石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過渡型晶體，所以化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在純氧中燃點為720-800℃，200～300 目左右石墨細粉的燃點可降到 600℃ 以下，所以石墨粉在電爐冶煉過程中作為泡沫渣造渣材料有應(yīng)用。以上這種性質(zhì)，在轉(zhuǎn)爐作為提溫材料是有利的。為此做了向熱態(tài)鋼渣中添加石墨的試驗，現(xiàn)場試驗的照片見下圖1：

圖a：試驗用石墨碎片    圖b：塊狀石墨碎片加入熱鋼渣中    圖c：石墨粉末加入900℃鋼渣表面

試驗結(jié)果表明，石墨塊和粉末在轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣和紅熱鋼渣中反應(yīng)緩慢，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中隨廢鋼加入，不會引起噴火等事故。

2.2 石墨制品作為提溫材料的研究

本次試驗用石墨制品為煅燒強化的水墨塊，經(jīng)過破碎加工后獲得，其化學(xué)成分見下表4：

表4：煅燒石墨塊的主要化學(xué)成分

其熱值計算按照以下公式進行 Q=337.5C+1442 (H-O/8)+93S

式中：Q：為材料的熱值，千焦/千克；

C、H、O、S分別為材料中的碳、氫、氧、硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為%。

根據(jù)計算材料的熱值2.3×10⁷J/kg，低于焦炭的3.0×10⁷J/kg，但是穩(wěn)定性優(yōu)于焦炭，有助于增加轉(zhuǎn)爐煉鋼的化學(xué)熱。根據(jù)計算得出材料加入量與增加廢鋼量的關(guān)系見下表5：

表5：同比條件下提溫材料的加入量與增加廢鋼量的關(guān)系

2.3  工業(yè)試驗過程和結(jié)論

   工程試驗按照計算結(jié)果開展，轉(zhuǎn)爐冶煉5爐，其中兩爐為低硅鐵水，兩爐補爐后轉(zhuǎn)爐爐膛溫度較低的情況，沒有調(diào)整廢鋼比例，考察提溫材料對于冶煉的影響和改善低硅鐵水冶煉的工藝操作，試驗過程的鐵水成份和冶煉數(shù)據(jù)見下表6：

表6：試驗過程鐵水的主要成分

試驗過程5爐的冶煉基本數(shù)據(jù)如下表7：

表7：試驗過程的基本工藝數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場的試驗觀測有以下特點：

（1） 提溫材料隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐后，無噴火溢渣現(xiàn)象，表明提溫材料沒有與轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)殘渣反應(yīng)，隨后兌加鐵水過程也沒有出現(xiàn)異常情況；

（2） 低硅鐵水冶煉的爐次，轉(zhuǎn)爐吹煉情況正常，平均轉(zhuǎn)爐開吹3min左右能夠正常進入脫碳反應(yīng)期，5爐中僅有一爐出現(xiàn)脫碳開始引起的溢渣；

（3） 4爐次冶煉終點溫度無需補吹升溫操作，控制情況較好，轉(zhuǎn)爐終點成分控制的也較好，增碳量和脫氧強度降低；

（4） 最后一爐冶煉，由于鐵水硅含量和碳含量高，加上增加了提溫材料后，在硅錳氧化期結(jié)束，熔池溫度升溫較快，出現(xiàn)了溢渣現(xiàn)象，影響了操作。

2.4 試驗分析

  根據(jù)現(xiàn)場試驗的情況，做以下的分析：

（1） 使用煅燒石墨塊作為提溫材料，隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐沒有噴火和煙氣產(chǎn)生，表明煅燒石墨與轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘留的鋼渣反應(yīng)的量少，與石墨的性質(zhì)吻合；

（2） 文獻指出^[6]，轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，熔池前期出現(xiàn)溫度低，在Si、Mn、P氧化結(jié)束后，脫碳反應(yīng)不能夠及時進行，爐渣內(nèi)將富集FeO，在脫碳反應(yīng)開始后，會發(fā)生脫碳反應(yīng)劇烈引起的噴濺和溢渣事故，造成鋼鐵料從爐渣中流失。故試驗中增加了提溫材料后，提溫材料在爐渣中反應(yīng)，提高了熔池的溫度，降低了爐渣中FeO富集的風(fēng)險，故使用提溫材料后的冶煉爐次，消除了低硅鐵水冶煉產(chǎn)生的負面影響，與前期的分析吻合；

（3） 文獻指出^[7-8]，轉(zhuǎn)爐廢鋼的熔化過程，首先是鐵水與廢鋼熱交換后，在廢鋼表面形成滲碳凝固層，然后是廢鋼組織由珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在溫度和時間足夠后，熔池將廢鋼外層加熱到高溫鐵素體溫度，形成高溫鐵素體和液相。從冶煉過程的脫碳反應(yīng)情況來看，吹煉低硅鐵水的脫碳反應(yīng)時間與正常冶煉爐次差別不大，結(jié)合文獻結(jié)論，表明提溫材料對于廢鋼熔化起到了升溫助熔的作用；

3  結(jié)論

(1) 煅燒石墨塊能夠作為伊鋼轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的提溫材料使用，其使用過程中具有良好的高溫穩(wěn)定性，能夠為伊鋼低硅鐵水和低溫鐵水的冶煉提供化學(xué)熱，穩(wěn)定和優(yōu)化冶煉的操作工藝；

(2) 同比條件下65噸轉(zhuǎn)爐每爐加入280kg煅燒石墨塊，每爐可增加入爐廢鋼2.8噸。

(3) 轉(zhuǎn)爐在同比條件下使用提溫材料，增加轉(zhuǎn)爐終點出鋼溫度，為鋼包內(nèi)加清潔廢鋼創(chuàng)造條件，也是一種增加廢鋼用量的工藝方法。

參考文獻：

[1]  朱榮，胡紹巖． 轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉的技術(shù)進展［J］． 中國廢鋼鐵，2017( 06) : 18～27。

[2]  張濤，李哲，吳振剛． 高爐－轉(zhuǎn)爐工藝高廢鋼比冶煉實踐[J］． 河北冶金，2020 ( 9) : 35～38．

[3]  梁鵬，史秉華，邰軍凱，等． 降低噸鋼鐵水量的轉(zhuǎn)爐冶煉工藝［J］．河北冶金，2020( 8) : 43～47

[4]  葉健松，鄭衛(wèi)民，金進文，等人，轉(zhuǎn)爐前期爐渣噴濺的原因及對策[J]，安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009,26（3）:209-211

[5]  楊文遠， 吳文東, 王明林，等人，大型轉(zhuǎn)爐低硅鐵水煉鋼研究[J]，2005，40（8）：24-25

[6]  肖龍鑫，李晶，閆威，等人，合理的轉(zhuǎn)爐廢鋼比探析[J],有色金屬科學(xué)與工程，2019，10（5）48-52

[7]  楊文遠，蔣曉放，李林，等，廢鋼熔化的熱模試驗[J]鋼鐵,2017,52(3):27

[8]  韓宏松，姜鑫，仇彬，等，廢鋼在高爐內(nèi)軟熔性能研究及應(yīng)用[J]，中國冶金，2021,31（2）：60