鄂鋼130t轉(zhuǎn)爐低鐵耗低成本工藝實(shí)踐
2024-06-17 11:25:27
目前，我國(guó)鐵礦資源日益貧乏，進(jìn)口礦石成本不斷增加，大部分鋼鐵企業(yè)的鐵水供應(yīng)一直是生產(chǎn)的限制性環(huán)節(jié)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)機(jī)械、車輛、軌道、建筑等行業(yè)產(chǎn)生大量的廢鋼，且廢鋼的產(chǎn)量也在逐步增加�；诖耍瑖�(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)對(duì)開發(fā)低鐵耗、高廢鋼比的低成本轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)新工藝進(jìn)行了諸多探索，最大限度地利用廢鋼資源，以解決鐵水供應(yīng)不足的問題。河北敬業(yè)鋼鐵有限公司通過調(diào)整鋼鐵料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化煉鋼工藝參數(shù)等措施，有效降低了生產(chǎn)成本；南京鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程和廢鋼種類，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐在低鐵耗條件下穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)減少了碳排放；宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司采取優(yōu)化氧槍系統(tǒng)、擴(kuò)大出鋼口直徑等手段，縮短了冶煉周期，實(shí)現(xiàn)低鐵耗的快節(jié)奏生產(chǎn)；馬鞍山鋼鐵股份有限公司通過物料平衡與熱平衡計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,對(duì)操作工藝不斷進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，如調(diào)整鐵水、生鐵及廢鋼的裝入量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)低成本精準(zhǔn)控制；首鋼集團(tuán)及長(zhǎng)治鋼鐵有限公司等采用爐內(nèi)補(bǔ)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(tuán)有限責(zé)任公司通過鐵包加壓塊、改變爐料結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)爐內(nèi)預(yù)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(diào)整鋼鐵料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工藝等操作，在降低了鐵耗的同時(shí)，生產(chǎn)效率也得到明顯提高。但有關(guān)低鐵耗工藝對(duì)渣料消耗、終渣成分以及終點(diǎn)磷含量影響的研究鮮有報(bào)道。本文對(duì)寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司（簡(jiǎn)稱鄂鋼，下同）煉鋼廠 130 t 轉(zhuǎn)爐低鐵耗生產(chǎn)進(jìn)行研究，通過與常規(guī)鐵耗生產(chǎn)模式各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分析討論了低鐵耗工藝對(duì)渣料消耗、終渣成分以及終點(diǎn)磷含量的影響。
1 工藝裝備
鄂鋼煉鋼廠現(xiàn)有 3 座轉(zhuǎn)爐，主要生產(chǎn)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(tái)及船板鋼等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于水利、鐵路及橋梁等行業(yè)。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(zhuǎn)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(shù)為 2.02，噴頭夾角設(shè)計(jì)為13°，供氧流量為 33 000~35 000 m3/h。轉(zhuǎn)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(jù)高爐鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度等條件，選擇合理的造渣工藝。
實(shí)施低鐵耗低成本生產(chǎn)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(bǔ)冶煉過程中的熱量損失。
2 低鐵耗工藝試驗(yàn)結(jié)果
2.1 低鐵耗工藝對(duì)出鋼量及終點(diǎn)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(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量變化并不明顯。
2.2 低鐵耗工藝對(duì)輔料消耗的影響
低鐵耗工藝與常規(guī)工藝的各項(xiàng)輔料消耗對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)爐終渣的影響
低鐵耗工藝與常規(guī)工藝的終渣成分對(duì)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(zhuǎn)爐后期回磷現(xiàn)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(duì)出鋼溫度和終點(diǎn)碳含量的影響
鐵耗對(duì)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(zhuǎn)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(chǎn)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(dǎo)致出鋼溫度降低，同時(shí)，較低的出鋼溫度也能有效抑制回磷現(xiàn)象發(fā)生。
圖2所示為鐵耗對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量的影響。兩種工藝的終點(diǎn)碳含量都集中在0.05%~0.08%之間，說明鐵耗的變化對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量影響較小。因此，低鐵耗工藝可以滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中鋼種對(duì)終點(diǎn)碳含量的要求。
3.2 低鐵耗工藝對(duì)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(zhuǎn)爐冶煉過程中，為完成脫磷任務(wù)，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(diào)節(jié)堿度。石灰添加量主要受鐵水中硅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。在低鐵耗工藝下，由于鐵水量的降低，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐的硅元素總量減少，這是導(dǎo)致同堿度的爐渣下，低鐵耗工藝的石灰消耗量相應(yīng)降低的主要原因。為避免對(duì)爐襯的侵蝕，爐渣中MgO含量需保持較高的水平，這也是導(dǎo)致低鐵耗工藝相比于常規(guī)工藝在實(shí)際生產(chǎn)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(zhuǎn)爐的熱利用效率，有助于提高廢鋼比，且總渣量降低，溢渣現(xiàn)象得到緩解，渣料利用率增加，同時(shí)還能提高 P 等雜質(zhì)元素的去除率。
3.3 低鐵耗工藝對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣的影響
圖 5 和圖 6 所示分別為不同工藝對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣TFe含量和堿度的影響。在實(shí)際生產(chǎn)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(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣的成分變化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①低鐵耗工藝條件下，轉(zhuǎn)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(duì)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(dòng)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(zhuǎn)爐終渣TFe含量是轉(zhuǎn)爐冶煉控制水平的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，理論上應(yīng)當(dāng)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(dá)到降低終點(diǎn)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(duì)爐襯的侵蝕。
3.4 低鐵耗工藝對(duì)脫磷率和終點(diǎn)磷的影響
脫磷是轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的主要任務(wù)之一。圖7和圖8所示分別為鐵耗對(duì)轉(zhuǎn)爐脫磷率和吹煉終點(diǎn)磷含量的影響。通過對(duì)比可知，低鐵耗工藝的脫磷率較高，平均脫磷率達(dá)到77.9%，與常規(guī)工藝相比提高了8.1%。低鐵耗工藝終點(diǎn)磷含量低于0.03%的爐次比例高達(dá)90%以上，遠(yuǎn)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(diǎn)磷含量的降低驗(yàn)證了低鐵耗工藝的脫磷效果更優(yōu)。
在轉(zhuǎn)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(yīng)的方程式及平衡常數(shù)與溫度的關(guān)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(shù)的數(shù)值；T 為溫度的數(shù)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(diǎn)化合物 2CaO·SiO（2 熔點(diǎn) 2 130 ℃），F(xiàn)eO含量高又極易造成噴濺，且對(duì)轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕嚴(yán)重。因此，轉(zhuǎn)爐冶煉過程存在兩個(gè)脫磷時(shí)機(jī)：一是在轉(zhuǎn)爐冶煉前期，采用低溫、低堿度條件進(jìn)行前期脫磷；二是轉(zhuǎn)爐冶煉后期，以較高堿度、強(qiáng)氧化性與大渣量促進(jìn)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(qiáng)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(xiàn)象發(fā)生。
4 結(jié) 論
本文通過介紹鄂鋼130 t轉(zhuǎn)爐的低鐵耗工藝生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)比低鐵耗工藝與常規(guī)工藝對(duì)出鋼溫度、渣料消耗、終渣成分及終點(diǎn)磷含量等的影響，得到以下結(jié)論：
1）在低鐵耗工藝條件下，轉(zhuǎn)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(diǎn)碳含量都集中在 0.05%~0.08%之間，說明鐵耗的變化對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)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(zhuǎn)爐終渣TFe含量降低了1.76%。
3）低鐵耗工藝的平均脫磷率達(dá)到 77.9%，相對(duì)于常規(guī)工藝提高了8.1%；且終點(diǎn)磷含量在0.03%以下的爐次達(dá)到90%以上。
來源：江西冶金
