趙 龍 1 ， 康欣蕾 2 ， 張立強 2
（1.陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司， 廣東 陽春 529600； 2.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院， 安徽 馬鞍山 243032）
摘 要：為了保證鋼產(chǎn)量，提高廢鋼用量，降低護爐的成本以及提高經(jīng)濟效益，通過理論及生產(chǎn)實踐，從冶煉護爐、濺渣護爐、日常補爐三方面著手對轉(zhuǎn)爐低鐵耗冶煉進行研究，并針對爐況侵蝕情況提出了改進措施。通過降低鐵水比，減輕了因轉(zhuǎn)爐冶煉熱量不足、終點命中率低、后吹率高、終點鋼水過氧化多而造成的轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕嚴(yán)重和轉(zhuǎn)爐漏鋼事故。結(jié)果表明，通過低鐵耗生產(chǎn)模式的運行，使得轉(zhuǎn)爐操作技能得到質(zhì)的飛躍。
關(guān)鍵詞：低鐵耗；轉(zhuǎn)爐；護爐；濺渣；廢鋼
0 引言
鋼鐵具有“工業(yè)糧食”的稱號，是實現(xiàn)國家現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展中不可或缺的重要資源。近年來，我國在金屬冶煉行業(yè)上發(fā)展較快，并且鋼鐵在國內(nèi)市場上占有較大份額。隨著社會的進步，對于產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高[1]。鐵水既是煉鋼的主要金屬料又是提供轉(zhuǎn)爐冶煉的主要熱源，占比較大，迫于環(huán)保及成本壓力，多數(shù)企業(yè)采購低品位鐵礦石 （鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)54%），鐵水量供應(yīng)不足。就目前來說，轉(zhuǎn)爐煉鋼法是最主要的煉鋼方式，而對于濺渣護爐技術(shù)來說，此技術(shù)可以節(jié)約生態(tài)資源，并且在一定程度上可提高對轉(zhuǎn)爐的利用率。爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)[ 2]，1991 年美國 LTV 鋼鐵公司印第安納港廠首先開始采用濺渣技術(shù)，而我國于 1994 年開發(fā)出濺渣護爐技術(shù)，經(jīng)過兩年半時間的實踐研究，使得濺渣護爐技術(shù)在我國得到推廣[3]。提高爐齡的好處不僅在于能夠盡可能地減少耐火材料的能耗，還可以降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，這樣就使得生產(chǎn)過程更加穩(wěn)順。同時，在一定程度上，濺渣技術(shù)也是提高轉(zhuǎn)爐爐齡最有效并且最為經(jīng)濟的方式[4]。
面對當(dāng)今鋼鐵市場形勢，對護爐工藝進行優(yōu)化處理，提高轉(zhuǎn)爐的爐齡，降低護爐的成本以及提高經(jīng)濟效益成為最主要生產(chǎn)方針[5]。人們對于鋼鐵的需求量日益增加，然而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)在生產(chǎn)中存在生產(chǎn)效率不高、能耗較為嚴(yán)重等一系列問題，很難適應(yīng)當(dāng)今鋼鐵行業(yè)發(fā)展的需求。為了有效解決低碳鋼冶煉中存在的爐襯侵蝕嚴(yán)重和鐵損高等難題[6]，以陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠的 2 座 120 t 頂吹轉(zhuǎn)爐為例進行研究，2 座轉(zhuǎn)爐爐齡在 23 000~28 000 爐，隨著鐵耗降低至 750 kg/t 左右，護爐問題日益嚴(yán)峻，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，煉鋼廠的工藝操作水平也在不斷優(yōu)化、與時俱進。通過對冶煉護爐、濺渣護爐、強制補爐等方面進行了分析，并針對性地提出了改進措施，在實際應(yīng)用過程中取得了良好的應(yīng)用效果，從而提高了護爐效果以及轉(zhuǎn)爐爐型的穩(wěn)定控制[7]。
1 濺渣護爐技術(shù)的使用
進入 2021 年，各鋼廠均把多吃廢鋼作為煉鋼過程中重要的節(jié)能措施來抓，較為先進的一些鋼廠鐵耗已降至 780 kg/t 以下，但鐵耗的降低給轉(zhuǎn)爐爐況維護帶來了困難，圖 1 為 2022 年每月平均的鐵損耗。
為實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及轉(zhuǎn)爐高爐齡下的安全運行，將煉鋼廠 2 座轉(zhuǎn)爐的冶煉鐵耗降至 780 kg/t，此時轉(zhuǎn)爐安全穩(wěn)定運行，同時平均出鋼溫度達到≤1 630 ℃。該研究的創(chuàng)新點在于降低出鋼溫度，并提高一次命中的冶煉護爐。此項目在實施前轉(zhuǎn)爐噸鋼鐵耗基本達到750 kg/t，轉(zhuǎn)爐爐殼溫度經(jīng)常出現(xiàn) 350 ℃的報警溫度，整個爐膛熔池渣線及接縫處見磚，轉(zhuǎn)爐液面經(jīng)常在-200~-100 mm 波動，轉(zhuǎn)爐終點為 w（C）＜0.05%的過氧化鋼，并且過氧化率達到 20%以上。本文通過采取冶煉護爐手段和濺渣護爐手段，有效降低了爐襯侵蝕速度，同時通過提高轉(zhuǎn)爐運行效率、減少補爐時間來增加鋼產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。
2 濺渣護爐關(guān)鍵原因分析
2.1 渣料配比
研究人員[8]在工業(yè)生產(chǎn)初期對轉(zhuǎn)爐冶煉工藝進行了系統(tǒng)性地研究，濺渣技術(shù)是目前能夠提高轉(zhuǎn)爐煉鋼壽命最為關(guān)鍵的技術(shù)手段，其基本原理是利用氧化鎂和爐渣反應(yīng)形成高熔點的物質(zhì)作為耐材層來保護爐襯。爐渣的堿度對于具有高熔點物質(zhì)的產(chǎn)生有直接影響，同時 MgO 和 FeO 含量又影響著保護層的強度。通過優(yōu)化渣料之間的配比關(guān)系來實現(xiàn)渣堿度、w（MgO）、w（FeO）的實時跟蹤，并調(diào)整輕燒鎂球的用量，在轉(zhuǎn)爐出鋼以后，會出現(xiàn)很多終渣，而這些終渣又可以補充下一爐的冶煉，為了滿足這一需求，主要通過調(diào)節(jié)渣的黏度以及氧化鎂的含量來實現(xiàn)，這項技術(shù)不僅操作簡便，且可以提高轉(zhuǎn)爐爐齡和生產(chǎn)效率。
對爐襯厚度進行監(jiān)測的傳統(tǒng)方式為由人工肉眼進行判斷，這將會造成以下問題：人工肉眼誤判會導(dǎo)致爐體漏鋼；人工操作不當(dāng)，過量投入補爐料，會導(dǎo)致爐襯一些地方過厚，并且影響后續(xù)操作。而此次實踐通過激光測厚儀測量轉(zhuǎn)爐爐襯厚度，比較濺渣的效果，并根據(jù)爐襯厚度的變化趨勢調(diào)整渣堿度及 w（MgO），在不洗爐的前提下維持正常爐型，同時將液面控制為 120 t/-200 mm~120 t/-600 mm。
2.2 出鋼溫度
出鋼溫度直接關(guān)系到終渣溫度，需要把控好出鋼溫度，重點推進冶煉周期≤28 min/ 爐鋼，同時優(yōu)化直接開澆以及開澆第二爐的溫度變化，確保出鋼溫度分別降低 5 ℃、10 ℃，全面深化鋼水罐加蓋，進一步降低出鋼溫度到 1 628 ℃以下，具體出鋼溫度如表 1 所示。
同時提出終點 w（C）≥0.10%等樣點一倒出鋼操作，規(guī)范出鋼時長等基礎(chǔ)工作，最終實現(xiàn)過氧化率≤ 15%、一倒出鋼占比≥90%，圖 2 為一倒出鋼率及平均出鋼溫度情況。
2.3 護爐時間
根據(jù)鋼筋壓塊使用量大、易卡爐口的特點，多采用雙槽廢鋼模式，以減少卡爐口和沖擊前大面，從而減少前大面補爐次數(shù)，提升轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和鋼產(chǎn)能。同時加強轉(zhuǎn)爐爐口的特護工作，提高打爐口頻率和規(guī)范打爐口頻次，按 4 爐鋼 / 次且 3 min/ 次的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，同時做好拆爐機、打爐口操作的監(jiān)護，在降低打爐口超時控速現(xiàn)象的同時確保轉(zhuǎn)爐爐口壽命在 12 000 爐以上，達到一個爐役只換一次水冷爐口的要求。
3 爐況侵蝕原因分析及改善措施
通過對產(chǎn)生爐況侵蝕的原因進行分析，針對轉(zhuǎn)爐低鐵耗冶煉，從冶煉護爐、濺渣護爐、日常補爐三方面入手，系統(tǒng)性地調(diào)整操作，做好護爐工作[9]，從而實現(xiàn)爐況的穩(wěn)定運行，其中陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司 2 號轉(zhuǎn)爐在鐵耗 750 kg/t 以內(nèi)，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐長周期穩(wěn)定運行，爐齡達 23 928 爐，未發(fā)生漏鋼事故。
3.1 終渣氧化性增強
3.1.1 原因分析
根據(jù)生產(chǎn)實際情況，鐵耗由 900 kg/t 降至目前的750 kg/t，終點 w（C）由 0.10%降低至目前 0.04%，終渣w（FeO）由原來的 10%提高至目前的 18%左右，終渣氧化性大大增強，加劇了爐襯的化學(xué)侵蝕，起不到冶煉護爐的作用。受品種大綱及工藝路線（轉(zhuǎn)爐→鋼包吹氬→連鑄）的影響，轉(zhuǎn)爐終點溫度偏高，為 1 650 ℃，高溫侵蝕加劇，終渣情況如表 2 所示。
3.1.2 改善措施
若在吹煉時，未能把握住吹煉的時間與流量，這會造成轉(zhuǎn)爐的爐襯遭受侵蝕，并且會降低轉(zhuǎn)爐爐齡。侵蝕爐襯主要受強氧化性和高溫影響，終渣氧化性增強通過降低出鋼溫度來彌補，加入適量的降溫劑，從而保證爐內(nèi)熱平衡，實現(xiàn)較小的碳氧積差距，進而減少爐襯侵蝕。通過將出鋼口內(nèi)徑由 170 mm 擴大到200 mm，平均出鋼時間由 5 min 降低至 3 min。
壓縮鋼水在精煉站的吹氬時間，將吹氬時間由13 min 調(diào)整至 7 min，可降低溫度損失 3 ℃/min，系統(tǒng)聯(lián)動降低連鑄上臺溫度，通過低溫快拉，加快全系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)，降低熱損失，在品種大綱及工藝路線（轉(zhuǎn)爐→鋼包吹氬→連鑄）未改變的前提下，平均出鋼溫度由1 650 ℃降至 1 620 ℃左右，在多頻次操作調(diào)節(jié)下，此時的溫度與理論數(shù)據(jù)相吻合[10]。
3.2 濺渣效果不佳
3.2.1 原因分析
濺渣護爐技術(shù)主要為在轉(zhuǎn)爐出完鋼之后加入適量的調(diào)渣劑，使 MgO 和爐渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生高熔點的物質(zhì)[11]。轉(zhuǎn)爐終渣氧化性增強大大稀釋了MgO 含量，造成終渣飽和度不夠，濺渣層不耐侵蝕，爐型不穩(wěn)定。終渣黏度極大降低，在濺渣護爐過程出現(xiàn)濺不起和濺不干的現(xiàn)象，濺渣護爐效果大打折扣[12]。濺渣過程調(diào)入渣料不能完全熔化，起不到調(diào)渣作用。
3.2.2 改善措施
濺渣材料通常采用改性料并配合加入適量的白云石[13]。優(yōu)化入爐渣料以減少溫度損失，使用鎂球代替輕燒白云石。輕燒白云石 w（MgO）為 33%，鎂球w（MgO）為 65%，1 t 鎂球的 w（MgO）相當(dāng)于 2 t 輕燒白云石，兩者的冷卻效應(yīng)基本相同，1 t 輕燒白云石或鎂球約影響熔池溫度 8 ℃。因此，采用鎂球代替輕燒白云石，可降低渣料加入量，熔池溫降相應(yīng)降低 8~10 ℃，爐渣料優(yōu)化后實現(xiàn)了爐渣 MgO 含量的精確控制，這也滿足了濺渣工藝的要求[14]。
濺渣操作時最為核心的問題是需將濺起的爐渣冷卻到其熔點以下，同時使其在爐襯表面固化[15]。以往是在濺渣開始加入調(diào)渣劑，而后進行濺渣護爐（濺渣時間為 2~3 min，物料不能完全熔化）。為了滿足濺渣護爐的要求，采取了減少低熔點物的措施，從而提高爐渣的耐火度。本方案優(yōu)化了加料時機，并且做到了優(yōu)化轉(zhuǎn)爐裝入制度及造渣制度[16]，在出鋼開始時在爐內(nèi)加入 100 kg 改質(zhì)劑，利用改質(zhì)劑 w（MgO）=55%、w（C）=10%的特性，出鋼時間段內(nèi) C-O 發(fā)生的反應(yīng)將利于改質(zhì)劑開裂并熔化，從而達到降低終渣氧化亞鐵含量、提高終渣 MgO 含量和調(diào)渣的作用，如表 3 所示，通過加入改質(zhì)劑使?fàn)t渣濺得起、掛得牢。
在濺渣過程添加含碳和含鎂的材料來達到降低渣中 TFe 含量和提高 MgO 含量的目的[17]。從數(shù)據(jù)分析可知，出鋼加入改質(zhì)劑的爐次終渣 w（FeO）平均降低1.83%，w（MgO）增加 0.36%。針對低鐵耗爐型波動大、爐底吃進問題時，采取在濺渣開始時從兩側(cè)下料口各加入 300 kg 底灰的方式，使?fàn)t底黏渣，從而控制合理的爐型。濺渣標(biāo)準(zhǔn)為爐渣盡可能地均勻覆蓋在爐襯四周，濺渣覆著層沒有垮塌現(xiàn)象，同時沒有液態(tài)渣[18]。通過建立自動濺渣模型，針對爐型的不同狀況統(tǒng)一各班組操作，從而迅速改善爐況。
3.3 護爐時間不足
3.3.1 原因分析
廢鋼結(jié)構(gòu)以大型鋼筋壓塊和工業(yè)壓塊為主，廢鋼對爐襯前大面沖擊力度特別大，爐襯前大面受損嚴(yán)重，急需維護。隨著鐵耗由原來 900 kg/t 降至 750 kg/t，日產(chǎn)爐數(shù)也由 70 爐提高至目前最高 102 爐，每天停爐1 h 補爐給轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的提升帶來了阻力，對補爐方式進行優(yōu)化勢在必行。
3.3.2 改善措施
在轉(zhuǎn)爐煉鋼時，通過增加廢鋼量從而減少鐵水量，也就是采用低鐵耗煉鋼模式進行生產(chǎn)[19]。優(yōu)化廢鋼配比，在鐵水 w（Si）＜0.3%使用 4~10 t 生鐵塊代替部分廢鋼，等量生鐵塊的冷卻效應(yīng)大約為等量廢鋼冷卻效應(yīng)的 4/5，此外生鐵塊含有一定量的硅，隨著生鐵塊的熔化釋放出一定量的硅元素，硅是主要的發(fā)熱元素之一，在一定程度上彌補了一些溫度的損失，每1 000 kg 生鐵取代廢鋼可以減少爐內(nèi) 7 ℃左右的溫度損失。利用好熱平衡，提高終點命中率，從而減少后吹次數(shù)達到護爐效果[20]。
而對于補爐而言，補爐是當(dāng)轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)突發(fā)性的破壞或者對轉(zhuǎn)爐容易被侵蝕部位進行停爐或者不停爐的修理作業(yè)[21]。在低鐵耗生產(chǎn)組織模式下，需要加大補爐頻率，但又不能降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，因此選用 w（MgO）=47.82%、w（CaO）=44.19%、相對密度為3.1~3.6、塊度為 100~150 mm 的菱鎂礦，其與爐渣的黏合性好，且耗時短（只需 5 min），加入大約 1 t 菱鎂礦后在爐渣冷凝護爐的同時，以爐渣高溫將菱鎂礦燒結(jié)冷卻在受損的爐襯部位，在澆次中每班完成一次菱鎂礦渣補，這樣就減輕了前大面受鐵水及廢鋼的沖擊損傷[22]。
4 結(jié)論
1）在開始出鋼、濺渣之前加入 w（MgO）=55%、w（C）=10%的改質(zhì)劑，利用其含碳特性，在出鋼時間段內(nèi)的碳氧反應(yīng)利于改質(zhì)劑開裂并有足夠時間熔化，真正達到提高終渣 MgO 含量和調(diào)渣的作用，使?fàn)t渣濺得起、掛得牢，穩(wěn)定爐況。濺渣從兩側(cè)加入底灰，有效穩(wěn)定了爐底高度，便于進行終點壓槍操作的同時，降低終渣氧化亞鐵含量，降低對爐襯的侵蝕。
2）利用菱鎂礦渣補，耗時短、組織靈活、可減輕前大面受鐵水及廢鋼的沖擊損傷，并能有效維持 12 h 左右的穩(wěn)定生產(chǎn)。在低鐵耗模式下優(yōu)化物料加入及廢鋼配比，實現(xiàn)了冶煉熱平衡，減少了后吹次數(shù)，冶煉終點的強過氧化能減輕對爐襯的侵蝕。
3）在此期間，鐵耗由 900 kg/t 降低至 750 kg/t，最高爐齡由 22 945 爐提升到 27 927 爐，爐襯磚侵蝕速度由 0.01 743 mm/ 爐降至 0.01 430 mm/ 爐，使得煉鋼生產(chǎn)進入良性循環(huán)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
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