大型轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化研究

朱斐斐

（唐山中厚板公司，河北 唐山 063000）

大型轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備在投產(chǎn)運(yùn)行之后，較快能達(dá)到正常生產(chǎn)狀態(tài)，但大型轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)過(guò)程中供氧，造渣和復(fù)吹等技術(shù)存在許多問(wèn)題，使得整個(gè)工藝過(guò)程的脫磷和終點(diǎn)鋼含氧量達(dá)不到要求。經(jīng)過(guò)大量的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)匯總，解決了目前大型轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，并且最終經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升明顯。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

為了更準(zhǔn)確地了解當(dāng)前轉(zhuǎn)爐工藝制造過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及合理的優(yōu)化措施，對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，主要包括每爐鋼鐵水兒吹煉前期和吹煉終點(diǎn)的溫度，以及C、Si、Mn、P、S 等5 種元素的分析，對(duì)爐渣CaO、MgO、SiO2、P2O5、Al2O3、MnO、TFe 和S進(jìn)行各種成分分析。在吹煉過(guò)程中，對(duì)供氧壓力流量和槍位時(shí)間等做好相關(guān)工藝參數(shù)記錄。

1.1 吹煉前期脫磷率低

表1為轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐中，前5分鐘倒?fàn)t取樣的脫磷效果，吹煉前期脫離率平均為45.46%。

表1 轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中倒?fàn)t取樣脫磷效果

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐中，在氧氣吹掃和采樣的前5 分鐘內(nèi)，經(jīng)?？梢钥吹綘t渣中有很多鋼水，而且爐渣是完全看不見(jiàn)的。這種情況主要是由于氧槍射流沖擊裸露鐵水形成的大量噴渣粘附在氧槍上，可見(jiàn)在冶練過(guò)程中吹煉初期化渣不好，是轉(zhuǎn)爐工藝中的主要問(wèn)題。

1.2 吹煉終點(diǎn)鋼水的碳氧積高

轉(zhuǎn)爐煉鋼結(jié)束時(shí)液態(tài)鋼的碳羥基指標(biāo)是評(píng)估熔融工藝質(zhì)量的重要指標(biāo)。圖1 為生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)研中，吹煉終點(diǎn)鋼水氧含量圖，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，碳氧機(jī)平均為0.003，其中低于0.002的爐數(shù)占比為22.2%，這與吹煉后期脫磷任務(wù)重鋼水表面結(jié)渣過(guò)厚有關(guān)。

圖1 吹煉終點(diǎn)[C]與[O]的關(guān)系

1.3 轉(zhuǎn)爐頂吹供氧和底吹供氣情況

國(guó)內(nèi)大型轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，噴槍的連續(xù)吹氣很少使用。在一些小型轉(zhuǎn)爐中，鐵水的磷含量較低。 連續(xù)噴槍可用于簡(jiǎn)化工作流程。從生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)化渣不好，這種化渣不好的現(xiàn)象，主要由于氧槍外管粘渣，應(yīng)該是在吹煉過(guò)程中操作不合理，參數(shù)配比，工作壓力低造成。

1.4 石灰質(zhì)量差，渣量大

一般煉鋼轉(zhuǎn)爐投入輔料，石灰的燃燒速度高，粉末的速度高。石灰質(zhì)量差，很難結(jié)渣，這會(huì)影響整個(gè)爐渣堿度的不穩(wěn)定性。 爐渣的量太大，這增加了各種成本的消耗并降低了金屬產(chǎn)量。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化的主要措施

2.1 氧氣管道壓力損失和噴頭射流流場(chǎng)測(cè)定

管道中壓力損失的測(cè)量為改進(jìn)氧氣管噴嘴的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)真實(shí)的轉(zhuǎn)爐煉鋼現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)提供的吞吐量，在實(shí)際噴嘴流量的15%處測(cè)量模擬流量，并準(zhǔn)確記錄氧氣噴射速度和壓力衰減。同時(shí)，噴嘴平均速度下的壓力變化也不同。速度分配等，做好相應(yīng)的詳細(xì)記錄，噴孔中心線上的射流速度衰減，如圖2 所示。

圖2 噴孔射流中心線上速度衰減

2.2 氧射流與熔池作用的水模試驗(yàn)

根據(jù)氣體慣性力和熔體重力的定性準(zhǔn)數(shù)，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐中，主要測(cè)定項(xiàng)目為射流對(duì)熔池的穿透深度和熔池的混勻時(shí)間。同時(shí)還要注意轉(zhuǎn)錄過(guò)程中爐渣和鋼水之間的噴濺懸浮能量變化。圖3 為不同噴吹條件下熔池的混勻時(shí)間示意圖。

圖3 不同噴吹條件的熔池混勻時(shí)間

2.3 優(yōu)化噴頭參數(shù)

當(dāng)前，轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程的主要問(wèn)題是初始爐渣差，脫磷率低，這導(dǎo)致后期的繁重分離任務(wù)和爐渣的大量氧化。經(jīng)過(guò)改進(jìn)氧槍噴頭參數(shù)設(shè)定，增加噴孔數(shù)量，大大提升了氧氣射流，對(duì)熔池的攪拌能力，改善了終點(diǎn)化渣環(huán)境，噴頭優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 氧槍噴頭參數(shù)

3 轉(zhuǎn)爐吹煉工藝優(yōu)化效果

3.1 吹煉終點(diǎn)熔池成分及溫度

經(jīng)過(guò)上述措施的改進(jìn)之后，表3 列出了29 爐轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中終點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出終點(diǎn)吹煉過(guò)程中，缸水和爐渣的成分及溫度都處在正常變化范圍之內(nèi)。

與吹煉工藝的改進(jìn)相比，最終溫度從平均1618°C 升高到1649°C。它滿足下游精煉和連續(xù)鑄造的要求，消除了鋼包加熱過(guò)程，降低了生產(chǎn)成本。 同時(shí)，由于改進(jìn)的脫磷工藝，出口溫度在正常范圍內(nèi)，無(wú)需采取改善措施降低出口溫度以降低最終磷含量。

3.2 吹煉終點(diǎn)磷的平衡狀況

圖4 為吹煉終點(diǎn)時(shí)，脫磷反應(yīng)未達(dá)到平衡，提高錘煉終點(diǎn)，脫離能力，采用復(fù)吹技術(shù)的關(guān)系圖。

圖4 吹煉終點(diǎn)[P]的平衡值與實(shí)際含量關(guān)系

表3 吹煉終點(diǎn)成分及溫度

3.3 吹煉終點(diǎn)鋼中碳氧積

工藝改進(jìn)前，終點(diǎn)鋼水中碳氧積平均為0.003。采用工藝優(yōu)化后，終點(diǎn)鋼水碳氧積降至0.002，圖5 為，錘煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水碳氧關(guān)系圖，由圖中可以看出，終點(diǎn)鋼水溫度少數(shù)爐次高于平均值，使鋼水中的金屬加雜物大幅度降低，提高了成品鋼的潔凈度，為優(yōu)質(zhì)低碳鋼生產(chǎn)建立了基礎(chǔ)，同時(shí)也節(jié)省了在煉鋼過(guò)程中脫氧劑的消耗量。

圖5 工藝優(yōu)化后終點(diǎn)鋼中碳氧關(guān)系

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

由于改進(jìn)生產(chǎn)工藝氧槍的使用時(shí)長(zhǎng)明顯提升，減少了氧槍噴頭的維修支出費(fèi)用。由于在生產(chǎn)中各種轉(zhuǎn)爐煉鋼輔料及脫氧劑大幅降低，最終實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼高收益經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)優(yōu)化氧氣噴槍噴嘴的設(shè)計(jì)參數(shù)，增加了氧氣噴槍射流的沖擊面積，并提高了向熔融鋼包浴的氧氣射流的能力。更有利于在煉鋼過(guò)程中實(shí)現(xiàn)化渣和脫磷。

（2）調(diào)整氧槍槍位曲線代替恒槍位操作模式，使?fàn)t渣中氧化鐵含量明顯降低，滿足吹煉過(guò)程中合金的需要，也避免了吹練中出現(xiàn)的噴濺現(xiàn)象。

（3）通過(guò)工藝改進(jìn)優(yōu)化后，在大型轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的過(guò)程中，脫磷率高達(dá)89.2%。為后期生產(chǎn)低碳鋼優(yōu)質(zhì)品種提供了基礎(chǔ)條件。

（4）轉(zhuǎn)爐煉鋼的鋼水終點(diǎn)平均溫度提升至1649℃，滿足了后續(xù)援助的生產(chǎn)需求，避免了能源的再次消耗。