張 垚，史文禮

（河鋼集團(tuán)唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北063016）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和信息化水平的提高，轉(zhuǎn)爐煉鋼正在向緊湊式、快節(jié)奏、準(zhǔn)連續(xù)式生產(chǎn)的方向發(fā)展，轉(zhuǎn)爐煉鋼高效生產(chǎn)技術(shù)對提高鋼水潔凈度、降低消耗和污染、提高煉鋼生產(chǎn)效率具有明顯的促進(jìn)作用[1]。國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對轉(zhuǎn)爐流程高效化生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐，取得良好效果[2-6]：首鋼京唐轉(zhuǎn)爐冶煉周期降低5 min，出鋼溫度降低26℃；攀鋼80 t 轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短3.4 min；鞍鋼260 t轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短4.2 min，100 t 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率明顯提高，一次吹煉命中率達(dá)到97%以上。唐鋼二鋼軋廠煉鋼生產(chǎn)采用轉(zhuǎn)爐—連鑄流程，主要品種為建筑用鋼，與國內(nèi)同類型生產(chǎn)線相比，存在轉(zhuǎn)爐冶煉周期長、生產(chǎn)效率低的問題，因此，開發(fā)應(yīng)用轉(zhuǎn)爐高效冶煉技術(shù)對提高生產(chǎn)效率、降低煉鋼成本是非常必要的。

1 二鋼軋廠轉(zhuǎn)爐煉鋼概況

二鋼軋廠建于1958 年10 月，目前具備年產(chǎn)180 萬t 鋼的生產(chǎn)能力。煉鋼區(qū)域主要設(shè)備有1 座鐵水預(yù)處理站、2 臺鐵水撈渣機(jī)、2 座頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、2 座LF 精煉爐和2 臺小方坯連鑄機(jī)。2013 年對煉鋼區(qū)域設(shè)備進(jìn)行安全改造，改造后工藝布局更加合理，生產(chǎn)組織順暢。特別是轉(zhuǎn)爐煙氣處理系統(tǒng)采用先進(jìn)的干法除塵技術(shù)，煙塵排放濃度明顯降低。二鋼軋廠2 座頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1所示。

2 轉(zhuǎn)爐冶煉周期分解及影響因素

按轉(zhuǎn)爐冶煉流程對冶煉周期進(jìn)行分解見圖1所示。圖1 表明，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中吹氧、拉碳等成分、出鋼和濺渣消耗時(shí)間為26 min，所占比例為80.5%。倒渣時(shí)間為1.5 min，通過優(yōu)化過程控制，提高留渣率，可以明顯降低倒渣環(huán)節(jié)消耗的時(shí)間。根據(jù)圖1 可以將轉(zhuǎn)爐冶煉周期分為冶煉作業(yè)時(shí)間和輔助作業(yè)時(shí)間兩部分。冶煉作業(yè)包括吹氧、出鋼和濺渣作業(yè)三個(gè)環(huán)節(jié)；輔助作業(yè)包括加廢鋼、兌鐵、拉碳等成分和倒渣等環(huán)節(jié)。針對不同類型的作業(yè)環(huán)節(jié)，分別采取技術(shù)措施和管理措施縮短冶煉周期，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高效冶煉的目的。

表1 轉(zhuǎn)爐技術(shù)參數(shù)

圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉周期分解

3 優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)，縮短吹氧時(shí)間

對氧槍噴頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化前后的噴頭結(jié)構(gòu)見圖2 所示，噴頭參數(shù)對比見表2 所示。

從圖2 和表2 可以看出，噴頭參數(shù)優(yōu)化后，馬赫數(shù)增加0.02，噴孔夾角增加0.5°，喉口直徑增加0.6 mm，出口直徑增加1.6 mm，氧氣流量提高500 Nm3/h，基本槍位降低200 mm，沖擊深度增加40 mm。噴頭參數(shù)優(yōu)化的預(yù)期目的是增加熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度，均勻鋼水成分和溫度，提高冶煉速度，減少吹氧時(shí)間。

通過優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)后，在實(shí)際的吹煉過程中，縮短了前期的硅錳氧化時(shí)間，熔池溫度在前期迅速提升。與原來的氧槍相比，碳氧化期得到提前，如果采用原來的吹煉模式，容易造成前期噴濺和中期返干，所以需要操槍人員及時(shí)判斷火焰，根據(jù)吹煉情況調(diào)整槍位。在采取新的吹煉模式下，終點(diǎn)C和終點(diǎn)溫度基本持平，一次拉碳P 合格率提高4.5%；終渣FeO 含量降低0.6%；在相同的鐵水條件和鐵水消耗情況下，吹氧時(shí)間能縮短0.8 min/爐。

3.2 采用焦丁調(diào)渣，縮短濺渣時(shí)間

圖2 優(yōu)化前后噴頭結(jié)構(gòu)

表2 優(yōu)化前后噴頭參數(shù)對比

采用留渣操作可以有效的縮短倒渣時(shí)間，但采用留渣操作，對終點(diǎn)爐渣就必須要有一定的要求，同時(shí)還需要調(diào)整好渣中MgO 和TFe 含量，保證爐渣的熔點(diǎn)和耐火度，只有適當(dāng)粘度的爐渣才能在濺渣過程中更好地掛在爐襯上，起到保護(hù)爐襯的作用。

對渣中MgO 的調(diào)整，可以通過配加輕燒鎂球來完成。對渣中TFe 含量，按照以往的操作模式，只有通過終點(diǎn)碳來調(diào)整，終點(diǎn)碳高則TFe 含量低，反之則高。如果終點(diǎn)碳低，為了將爐渣濺干，往往在配加輕燒鎂球的同時(shí)需要通過長時(shí)間濺渣才能完成，不但浪費(fèi)了濺渣時(shí)間，而且往往下一爐由于高TFe 爐渣，容易引起噴濺。為了將碳低的爐渣也能快速留渣，我們在濺渣護(hù)爐前向爐內(nèi)配加焦丁調(diào)渣，焦丁主要成分為碳，通過濺渣過程的碳氧反應(yīng)，降低爐渣的TFe 含量，使?fàn)t渣能快速的符合留渣要求。對終點(diǎn)C 含量小于0.10%時(shí)，出鋼結(jié)束時(shí)將轉(zhuǎn)爐搖直，加入200-300 kg 焦丁進(jìn)行調(diào)渣操作。對嚴(yán)重后吹，終渣過稀爐次，可用輕燒鎂球配合焦丁共同調(diào)渣。優(yōu)化前后濺渣時(shí)間對比見圖3 所示。

圖3 優(yōu)化前后濺渣時(shí)間對比

由圖3 表明，通過采取焦丁調(diào)渣工藝后，濺渣時(shí)間縮短0.5 min，濺渣效果明顯改善。

3.3 提高一次拉碳出鋼率

通過對入爐鐵水和廢鋼的精細(xì)管控，保證吹煉過程平穩(wěn)，減少噴濺和返干，促進(jìn)轉(zhuǎn)爐化渣。當(dāng)鐵水硅、磷含量波動時(shí)，及時(shí)與操作工溝通，吹煉過程中選擇合適槍位和加料方式，保證冶煉過程穩(wěn)定。冶煉終點(diǎn)采用壓槍操作，要求壓槍時(shí)間大于30 s，加強(qiáng)對熔池的攪拌，保證終點(diǎn)鋼水成分和溫度均勻，減少終渣FeO 含量，降低鋼水氧化性。同時(shí)在開吹前，要求根據(jù)鐵水和廢鋼條件，采用靜態(tài)煉鋼模型進(jìn)行預(yù)計(jì)算，初步估計(jì)本爐鋼的各種物料加入量，達(dá)到精準(zhǔn)控制終點(diǎn)。采用上述措施后，一次拉碳出鋼率由原來的75.3%提高到87.9%。

3.4 提高留渣率

針對轉(zhuǎn)爐冶煉留渣率低的問題，主要采取以下措施：

（1）根據(jù)鐵水條件和裝入量精確控制轉(zhuǎn)爐冶煉總渣量，利用渣罐車的稱重裝置，拉碳出鋼時(shí)可精確控制爐內(nèi)留渣量；

（2）濺渣過程中優(yōu)化濺渣槍位控制，采用“高-低”槍位模式，使?fàn)t渣盡快固化到爐襯上；

（3）針對后吹嚴(yán)重和終渣過稀爐次，采用輕燒鎂球配合焦丁共同調(diào)渣，改善濺渣效果。特別是采用焦丁調(diào)渣操作后，大大的提高了可留渣的條件，以往終點(diǎn)C 小于0.10%時(shí)，一般不采用留渣操作，現(xiàn)在終點(diǎn)C 在0.04%以上，通過焦丁調(diào)渣，都可以采用留渣操作。

當(dāng)終點(diǎn)C＜0.070% ,采用焦丁調(diào)渣時(shí)，往往會發(fā)生劇烈的碳氧反應(yīng)，如果此時(shí)迅速降槍渣補(bǔ)，容易引起爐渣外溢事故，故對焦丁調(diào)渣的濺渣槍位必須有嚴(yán)格要求；當(dāng)C≥0.08%時(shí)，加入焦炭后在吹煉基本槍位開始濺渣，待爐口渣粒減少后逐步降槍。當(dāng)0.05%≤C≤0.08%時(shí)，加入焦炭后高于吹煉基本槍位300～400 mm 開始濺渣，待爐口紅火消失后逐步降槍到吹煉基本槍位，爐口渣粒稀少后在逐步降槍。當(dāng)C≤0.05%時(shí)，加入焦炭后待氮?dú)獯蜷_后迅速把槍提到2.7 米左右，防止?fàn)t渣溢出，待爐口火焰消失后逐步降槍到2 米，觀察爐口渣粒稀少后逐步降槍。

4 生產(chǎn)實(shí)踐及效果

通過采取上述優(yōu)化措施，在相同的鐵水條件和鐵水消耗情況下，轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間縮短了0.8 min；一次拉碳P 合格率提高了4.5%；終渣FeO 降低了0.6%、MgO 升高了0.6%。利用焦丁調(diào)渣，濺渣時(shí)間縮短0.5 min，爐襯掛渣效果明顯改善。轉(zhuǎn)爐一次拉碳出鋼率提高到70%以上，致使冶煉周期縮短1.6 min。留渣率提高到80%以上，致使冶煉周期縮短1.3 min 以上。轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間和冶煉周期分布情況分別見圖4 和圖5 所示。

圖4 和圖5 表明，轉(zhuǎn)爐平均吹氧時(shí)間縮短到13.2 min 以內(nèi)，平均冶煉周期縮短到28 min 以內(nèi)，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和生產(chǎn)效率明顯提高。

5 結(jié)語

圖4 轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間分布情況

圖5 轉(zhuǎn)爐冶煉周期分布情況

通過對國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐流程高效化生產(chǎn)技術(shù)的分析和研究，同時(shí)結(jié)合唐鋼二鋼軋廠轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況，制定了一系列降低轉(zhuǎn)爐冶煉周期、提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的措施。在分析轉(zhuǎn)爐冶煉各流程環(huán)節(jié)所耗時(shí)間的基礎(chǔ)上，有針對性地采用了優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)、冶煉終點(diǎn)焦丁調(diào)渣工藝、提高一次拉碳出鋼率和轉(zhuǎn)爐留渣率等措施，在保障出鋼溫度和爐渣堿度的基礎(chǔ)上，有效縮短了吹氧時(shí)間和濺渣護(hù)爐時(shí)間，一次拉碳出鋼率提高到70%以上，留渣率提高到80%以上，轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短了4.2 min，達(dá)到28 min 左右，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率明顯提高，對國內(nèi)同類型轉(zhuǎn)爐具有明顯的借鑒意義。