低铁耗条件下提高转炉废钢比的冶炼工艺优化

2019-12-14温永才

中国金属通报 2019年11期

温永才

（酒钢集团宏兴股份公司储运部，甘肃嘉峪关 735100）

2018年废钢市场价格呈窄幅震荡，环保督查常态化与钢厂利润的压缩对于传统冶炼工艺提出了改进优化的需求。低铁耗条件下提高转炉炼钢的废钢比能够有效降低生产成本，然而如何保持转炉冶炼过程中的热平衡、解决出钢温度不足的问题，也成为当下冶炼工艺优化的关键要点，值得我们进行深入探讨。

1 提高转炉废钢比的冶炼工艺改造思路分析

（1）应用实例分析。以某炼钢厂生产实际为例，该炼钢厂拥有3座120t顶底复吹转炉，其炼铁产能低于炼钢，铁水供应不足现象较为显著。为实现降低铁水耗的生产目标，该厂开展了铁包加废钢试验，并采用加入双斗废钢等方法，在个月时间内促使铁水耗降至846.7kg/t钢、废钢耗增至189.65kg/t钢。由于该厂外购废钢多为轻薄料，重型占比仅为，且单斗炉次仅能装入22t~23t废钢，因此还需针对常规废钢斗进行改造，并设法进一步降低铁水耗、提高废钢比，在简化转炉炼钢工序的基础上实现冶炼工艺的有效优化。

（2）冶炼工艺改造思路。受废钢斗结构与单斗废钢配重的影响，废钢堆密度无法得到有效提升，而该厂采用加入双斗废钢的方式虽然可以一定程度上提高废钢比，但同时也易产生废钢卡斗等问题，不利于提高转炉生产效率。在此拟针对其工艺方案进行改造创新，针对现有废钢斗进行扩容处理，促使废钢斗体积增加4.2m3、重量增至25t~26t，有效降低对转炉生产节奏的影响。基于物料冷却原理可得出废钢冷却效应的计算公式为：

其中C代表质量热容，T代表温度，272kJ/kg为废钢熔化潜热。将实际生产数据代入到上式中，可得出1000kg废钢带走热量约为1421216kJ。基于铁水热量收入、热量支出原理，可计算出Q富余为13146248kJ，在当前铁水热值较高的情况下，加入单斗废钢的炉次还可再增加9.25t废钢。由于现有铁水条件无法实现持续降低铁耗目标，在过吹情况下易造成炉衬侵蚀问题，因此该厂采用加入焦炭的方式进行热补偿，以此削弱过吹、过氧化所造成的影响[1]。通常焦炭在转炉熔池内反应生成的一氧化碳与二氧化碳的比值为9：1，因此固定碳与焦炭的热效应的计算公式分别为：

由此来看，1kg焦炭在转炉熔池内反应释放的热量可使8.479kg废钢由常温升高至1645℃，在实行废钢斗改造的情况下要想将增加的9.25t废钢进行全部消化，还需额外加入1090kg焦炭方可解决生产过程中热量供应不足的问题。

2 低铁耗条件下提高转炉废钢比的冶炼工艺优化策略探讨

2.1 废钢斗改造工艺

（1）转炉装入制度。将扩容改造后的废钢斗投入运行后，每个废钢斗平均容量为25t~26t，单斗废钢最高可达29t，双斗平均可装入32t废钢，在低铁耗条件下入炉废钢比均值由21.9%增至24.6%，单斗废钢耗约为182.7kg/t，可有效实现多吃废钢、提高产量的目标。

（2）热量平衡控制。在留渣量的设置上，为保障整体冶炼过程的稳定性，针对大批量炉次采用留渣操作，将留渣量控制在范围内，针对个别存在铁水热值不足的炉次则采取不留渣操作。在渣料用量控制方面，将轻烧白云石用量设为固定值，采取少渣冶炼方式，将转炉平均石灰耗控制在25kg/t~26kg/t范围内，选取长度不超过5mm的钢筋切头上到高位料仓，以此降低渣料消耗量。倘若出现铁水热值不足的情况，则可加入1t焦炭进行热补偿，但需注重将焦炭用量最大值控制在10kg/t钢范围内。

（3）冶炼过程控制。由于多数炉次采用少留渣操作，在考虑到成渣、脱磷效果的情况下，应将开吹枪位提高50mm左右，待到起渣阶段再逐渐高枪100mm，并结合炉内冶炼的实际情况进行压枪处理，避免产生溢渣问题，促使废钢更好地熔化。针对加入焦炭的炉次，则需将开吹枪位控制在1.2m~1.3m左右，便于促进化渣。针对炼钢厂内废钢比为24.7%的炉次，其铁水热值通常不会出现富余的情况，倘若出现高热值的情况，则在冶炼中期其一氧化碳含量将迅速增至48%以上，致使炉口出现返干问题，在此情况下需适量加入钢筋切头、提高炉渣内FeO含量，以此优化脱磷效果。最后基于铁水热值情况，将终点倒炉C控制在0.08%~0.11%范围内，将终点倒炉温度控制在1640±10℃左右，并实行点吹出钢，以此降低炉衬侵蚀影响[2]。

（4）脱磷效果分析。在实行废钢斗改造工艺后，单斗废钢入炉重量平均可增至25.8t，终点倒炉C下降0.8×10-3%、倒炉P下降3.8×10-3%，促使脱磷率提高2.3%。选取常规入炉铁水热值与加入焦炭炉次的铁水热值进行对比，加入800kg~1000kg焦炭后可使终点倒炉温度提高12.9℃，然而脱磷率同比却下降4.5%，造成这一现象的主要原因为前期升温过快、出现返干问题，对脱磷效果造成了一定的影响。因此还需注重在中后期实行吊枪操作，结合冶炼实际情况补充300kg~500kg石灰，以此保障脱磷效果。

选取废钢比分别为19%、22%、25%的三个炉次进行消耗情况对比，其转炉料耗分别为1057.7kg/t、1059.4kg/t与1060.2kg/t，金属料耗分别为1076.6kg/t、1078.5kg/t以及1078.9kg/t。从中可以看出，在热值增幅有限的情况下，废钢比的增加将加剧返干与吹损问题，导致转炉料耗与金属料耗相应增大，但综合来看平均废钢耗将由189.65kg/t钢增至206.05kg/t钢，具有较为显著的经济效益。因此需在废钢斗扩容改造的基础上，采用加入焦炭的方式实现热补偿，能够弥补冶炼过程中热值不足的缺陷，减轻炉衬侵蚀问题，配合开吹枪位调整、吊枪操作、补充石灰等方式，有效提高炉渣碱度，保障良好的脱磷效果。

2.2 炉内温度控制

在低铁耗条件下，由于铁水装入量较少、冷料占比较大，因此导致冶炼前期温升速度较慢，不利于保障良好的成渣效果，因此需匀速加入少量轻烧白云石，避免因前期升温过慢导致熔池内含有大量FeO而产生低温泡沫喷溅问题，待碳火焰起来后再匀速加入适量石灰。在用量控制上，应注重将吹炼前期与中后期的加料量控制在2：1左右，其原因包含以下两方面：其一是炉内冷料偏多，在中期炉内废钢熔化致使脱碳反应释放的热量被抵消，倘若加料量过大、速度过快，将导致其温度迅速下降，炉渣内的FeO含量升高，进而在后期温度上升时引发喷溅问题；其二是受中期炉内温度的影响，生铁、废钢熔化量较少，待温度增至1470℃时其熔化速度才能加快，因此需利用炉内渣料起到抑制温差的作用，控制温度上升速度，并且在后期废钢熔化时需适当提高枪位，以此控制脱碳反应速度，实现对炉内温升速度的有效调节。

2.3 炉渣喷溅控制

通常炉渣喷溅现象集中体现在前期泡沫喷溅、中后期泡沫金属喷溅两个节点：在前期喷溅阶段，由于铁水中Si、P含量较高，因此炉渣中的SiO2、P2O5含量也会偏高，受前期温升速度的影响，炉渣表面张力下降引发泡沫化问题，渣层厚度增加影响到气体的顺利排出，进而引发喷溅问题，对此还需注重将枪位压低、减少前期渣量，以此降低喷溅现象发生的几率。在中后期喷溅阶段，主要需控制炉渣中FeO的含量，防范因温度升高引发碳氧反应，并注重控制加料量，防范因炉渣化得不好而造成金属喷溅问题。

2.4 调节液面上涨速度

通常炉内液面上涨速度与泡沫溢渣现象也存在密切关联，倘若液面上涨速度较快，炉内泡沫渣含量较多，也极易引发喷溅问题。而炉内碳氧反应速度、一氧化碳气体停留时间是决定液面上涨速度的重要因素，在铁水温度较高的情况下，将导致前期温升速度加快，泡沫渣含量的增多将进一步加快液面上涨速度，进而引发喷溅问题。在产生泡沫溢渣的情况下，需结合炉内反应情况进行调节，当炉内反应较为稳定时，可以向炉内加入适量渣料促进气体排出。因此还需密切观察炉内反应情况，选取调节枪位、控制加料速度等方式，以此控制液面上涨速度、解决喷溅问题。