鄂鋼130t轉爐低鐵耗低成本工藝實踐
2024-06-17 11:25:27
目前，我國鐵礦資源日益貧乏，進口礦石成本不斷增加，大部分鋼鐵企業(yè)的鐵水供應一直是生產的限制性環(huán)節(jié)。同時，國內機械、車輛、軌道、建筑等行業(yè)產生大量的廢鋼，且廢鋼的產量也在逐步增加�；诖�，國內各鋼鐵企業(yè)對開發(fā)低鐵耗、高廢鋼比的低成本轉爐生產新工藝進行了諸多探索，最大限度地利用廢鋼資源，以解決鐵水供應不足的問題。河北敬業(yè)鋼鐵有限公司通過調整鋼鐵料結構、優(yōu)化煉鋼工藝參數等措施，有效降低了生產成本；南京鋼鐵集團有限責任公司通過優(yōu)化生產工藝流程和廢鋼種類，實現了轉爐在低鐵耗條件下穩(wěn)定生產，同時減少了碳排放；宣化鋼鐵集團有限責任公司采取優(yōu)化氧槍系統(tǒng)、擴大出鋼口直徑等手段，縮短了冶煉周期，實現低鐵耗的快節(jié)奏生產；馬鞍山鋼鐵股份有限公司通過物料平衡與熱平衡計算，并結合現場試驗研究,對操作工藝不斷進行優(yōu)化與改進，如調整鐵水、生鐵及廢鋼的裝入量，實現轉爐終點低成本精準控制；首鋼集團及長治鋼鐵有限公司等采用爐內補熱、降低出鋼溫度等方式，將鐵耗降低至 845.04 kg/t，廢鋼比提高至20.65%；邯鄲鋼鐵集團有限責任公司通過鐵包加壓塊、改變爐料結構、轉爐內預熱廢鋼等措施，降低鐵水消耗至 870 kg/t。綜上所述，各鋼廠通過調整鋼鐵料結構、優(yōu)化工藝等操作，在降低了鐵耗的同時，生產效率也得到明顯提高。但有關低鐵耗工藝對渣料消耗、終渣成分以及終點磷含量影響的研究鮮有報道。本文對寶武集團鄂城鋼鐵有限公司（簡稱鄂鋼，下同）煉鋼廠 130 t 轉爐低鐵耗生產進行研究，通過與常規(guī)鐵耗生產模式各項指標進行對比，分析討論了低鐵耗工藝對渣料消耗、終渣成分以及終點磷含量的影響。
1 工藝裝備
鄂鋼煉鋼廠現有 3 座轉爐，主要生產條材及板材系列鋼，其中，條材鋼有螺紋鋼、軸承鋼、彈簧鋼等，板材鋼有低合金、容器鋼、橋梁鋼、海洋平臺及船板鋼等。產品廣泛應用于水利、鐵路及橋梁等行業(yè)。轉爐生產所用鐵水成分與溫度如表 1 所列，不同鋼坯廢鋼種類及含量如表 2 所列。轉爐吹煉使用 5 孔氧槍，喉口直徑為 42 mm，出口直徑為 55 mm，馬赫數為 2.02，噴頭夾角設計為13°，供氧流量為 33 000~35 000 m3/h。轉爐煉鋼的金屬原料包括鐵水、廢鋼，輔料主要為石灰、鎂球和白云石等。根據高爐鐵水硅質量分數、溫度等條件，選擇合理的造渣工藝。
實施低鐵耗低成本生產工藝首先要考慮冶煉過程中熱量不足的問題。目前，鄂鋼主要采用鐵水罐加廢鋼、覆蓋保溫劑減少熱量損失及外加增熱劑等方法彌補冶煉過程中的熱量損失。
2 低鐵耗工藝試驗結果
2.1 低鐵耗工藝對出鋼量及終點碳含量的影響
低鐵耗工藝與常規(guī)工藝的裝入制度及出鋼情況如表3所列。與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝的鐵水裝入量降低了3.95t，廢鋼裝入量增加了5.62t，出鋼量增加了2.41t，出鋼溫度平均降低12℃，而轉爐終點碳含量變化并不明顯。
2.2 低鐵耗工藝對輔料消耗的影響
低鐵耗工藝與常規(guī)工藝的各項輔料消耗對比如表4所列。與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝的石灰消耗降低了2.44kg/t，鎂球消耗降低了0.77kg/t，白云石消耗增加了0.26kg/t。
2.3 低鐵耗工藝對轉爐終渣的影響
低鐵耗工藝與常規(guī)工藝的終渣成分對比如表5所列。低鐵耗工藝條件下，終渣中的TFe（鐵元素的含量）變化較顯著，降低了1.76%；由于出鋼溫度的降低，有效抑制轉爐后期回磷現象發(fā)生，終渣中P2O5含量增加；終渣中的MgO、MnO含量及堿度變化較小。
3 分析討論
3.1 低鐵耗工藝對出鋼溫度和終點碳含量的影響
鐵耗對出鋼溫度的影響如圖1所示。與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝轉爐出鋼溫度主要集中在1600~1640℃之間，下降了約12℃。在滿足出鋼條件下，隨著鐵耗的增加，出鋼溫度逐漸升高。影響出鋼溫度的主要因素是鐵水自身所帶的熱量以及鐵水中硅、錳、碳等元素的氧化放熱。由于低鐵耗生產工藝中減少了鐵水的加入量，從鐵水帶入的熱量減少，從而導致出鋼溫度降低，同時，較低的出鋼溫度也能有效抑制回磷現象發(fā)生。
圖2所示為鐵耗對轉爐終點碳含量的影響。兩種工藝的終點碳含量都集中在0.05%~0.08%之間，說明鐵耗的變化對轉爐終點碳含量影響較小。因此，低鐵耗工藝可以滿足實際生產過程中鋼種對終點碳含量的要求。
3.2 低鐵耗工藝對輔料消耗影響
圖3和圖4所示分別為不同鐵耗工藝下石灰和鎂球的消耗量。與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝條件下石灰消耗量顯著降低，為 2.44 kg/t，而鎂球消耗量降低，為 0.77 kg/t。在轉爐冶煉過程中，為完成脫磷任務，需要較高堿度（二元堿度R≥2.3）爐渣，因此，需要加入大量的石灰調節(jié)堿度。石灰添加量主要受鐵水中硅元素質量分數的影響。在低鐵耗工藝下，由于鐵水量的降低，進入轉爐的硅元素總量減少，這是導致同堿度的爐渣下，低鐵耗工藝的石灰消耗量相應降低的主要原因。為避免對爐襯的侵蝕，爐渣中MgO含量需保持較高的水平，這也是導致低鐵耗工藝相比于常規(guī)工藝在實際生產中鎂球的消耗量相差不大的主要原因。此外，渣料消耗降低意味著總渣量的減少，可顯著提高轉爐的熱利用效率，有助于提高廢鋼比，且總渣量降低，溢渣現象得到緩解，渣料利用率增加，同時還能提高 P 等雜質元素的去除率。
3.3 低鐵耗工藝對轉爐終渣的影響
圖 5 和圖 6 所示分別為不同工藝對轉爐終渣TFe含量和堿度的影響。在實際生產過程中，兩種工藝的終渣堿度無明顯變化。與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝對轉爐終點渣的成分變化主要體現在兩個方面：①低鐵耗工藝條件下，轉爐終渣中 TFe 含量明顯降低，平均降低幅度為 1.76%；②低鐵耗工藝對終渣 TFe的控制較為穩(wěn)定，終渣 TFe含量主要集中在 12%~17%，而常規(guī)工藝下的終渣 TFe 含量波動較大，部分爐次超過20%。終渣成分的控制顯著影響鋼液脫磷和鋼鐵料消耗，轉爐終渣TFe含量是轉爐冶煉控制水平的一項非常重要的技術指標。在轉爐冶煉過程中，理論上應當提高吹煉初期爐渣全鐵含量以迅速化渣，在吹煉末期降低全鐵含量，達到降低終點氧含量和避免爐襯被侵蝕的目的。低鐵耗工藝下終渣TFe含量明顯降低，有利于降低鋼鐵料的消耗、燒損，提高金屬收得率，并減輕爐渣對爐襯的侵蝕。
3.4 低鐵耗工藝對脫磷率和終點磷的影響
脫磷是轉爐冶煉過程中的主要任務之一。圖7和圖8所示分別為鐵耗對轉爐脫磷率和吹煉終點磷含量的影響。通過對比可知，低鐵耗工藝的脫磷率較高，平均脫磷率達到77.9%，與常規(guī)工藝相比提高了8.1%。低鐵耗工藝終點磷含量低于0.03%的爐次比例高達90%以上，遠高于常規(guī)工藝爐次比例的50%。由此可見，脫磷率的提高和終點磷含量的降低驗證了低鐵耗工藝的脫磷效果更優(yōu)。
在轉爐冶煉過程中，一般采用氧化脫磷的方式，主要是指通過氧槍吹入高純度氧氣，使鋼水中磷與爐渣中氧化物形成穩(wěn)定的磷酸鹽，脫磷反應的方程式及平衡常數與溫度的關系如式（1）、式（2）所列。
2［P］+5（FeO）+4（CaO）＝（4CaO·P2O5）+5［Fe］（1）
lgKP=40 067/T-15.06 （2）
式（2）中：Kp為平衡常數的數值；T 為溫度的數值，單位K。
由此可知，較高 CaO 含量、較高 FeO 含量及低溫條件均有利于脫磷，但爐渣中CaO含量過高易生成高熔點化合物 2CaO·SiO（2 熔點 2 130 ℃），FeO含量高又極易造成噴濺，且對轉爐爐襯侵蝕嚴重。因此，轉爐冶煉過程存在兩個脫磷時機：一是在轉爐冶煉前期，采用低溫、低堿度條件進行前期脫磷；二是轉爐冶煉后期，以較高堿度、強氧化性與大渣量促進后期脫磷。
在低鐵耗工藝條件下，前期造渣過程中有效提高了渣料的利用率，增強了爐渣去磷效果；在冶煉后期，鋼水溫度低于常規(guī)工藝鋼水溫度，有效抑制了回磷現象發(fā)生。
4 結 論
本文通過介紹鄂鋼130 t轉爐的低鐵耗工藝生產實踐，通過對比低鐵耗工藝與常規(guī)工藝對出鋼溫度、渣料消耗、終渣成分及終點磷含量等的影響，得到以下結論：
1）在低鐵耗工藝條件下，轉爐出鋼溫度主要集中在 1600~1640 ℃之間，平均出鋼溫度比常規(guī)工藝降低約12 ℃。
2）兩種工藝的終點碳含量都集中在 0.05%~0.08%之間，說明鐵耗的變化對轉爐終點碳含量影響較小。
3）與常規(guī)工藝相比，低鐵耗工藝的石灰消耗量降低了2.44kg/t，鎂球消耗降低了0.77 kg/t，轉爐終渣TFe含量降低了1.76%。
3）低鐵耗工藝的平均脫磷率達到 77.9%，相對于常規(guī)工藝提高了8.1%；且終點磷含量在0.03%以下的爐次達到90%以上。
來源：江西冶金
