張祥遠
（福建三鋼閩光股份有限公司，福建三明 365000）
【摘要】通過分析影響渣中鐵含量的因素，優化轉爐操作工藝和終點控制目標，特別是留渣控制、鋼水終點 C含量控制、終點 T 控制和縮短一提至出鋼時間等措施，渣中總鐵含量由原先的 22.7 %降低至 20.3 %，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t。
【關鍵詞】轉爐；鐵含量；實踐
引言
鋼鐵料耗是衡量煉鋼成本的一項重要指標之一。轉爐煉鋼過程的金屬損失有爐渣帶走的金屬損失、噴濺損失、化學氧化損失和煙氣帶走的金屬損失等，相比之下，爐渣帶走的金屬損失占比較大。常規采取少渣冶煉可降低鋼鐵料耗，但若渣中的鐵含量較高，少渣冶煉亦無法使鋼鐵料耗降低。根據物質守恒定律，推進影響爐渣中鐵含量因素的分析，采取有針對性的降低渣中鐵含量的工藝優化措施，有助于降低煉鋼生產成本，且意義重大。
1 主要設備及工藝參數
1.1 主要設備
福建三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠二系統擁有 3 座 120 t 頂底復吹轉爐（實際有效容積120.98 m3），2 座 130 tLF 爐（第 3 座正在建設中），1 座 130 tVD 爐，2 臺七機七流方坯連鑄機，斷面是 160 mm×160 mm，1 臺六機六流連鑄機，斷面是 160 mm×160 mm 或 165 mm×285mm，還有 1 臺大方坯連鑄機正在建設中。基本工藝路線是轉爐—精煉（過 LF 爐或 VD 爐）—連鑄，滿負荷生產情況下具備年產 500 萬噸粗鋼的能力。其中鐵水不經鐵水預處理，因成分不達標需勾兌后入爐或者直接采取一罐到底方式組織生產。
1.2 工藝參數
福建三鋼煉鋼廠二煉鋼轉爐約有 50 %的普鋼生產比例，主要以 400 系列和 500 系列的螺紋建材為主。表 1 為氧槍和主要冶煉參數情況，長期統計當前平均入爐鐵水溫度為 1336.9 ℃。
其它鐵水有關成分見表 2 所示。
2 影響渣中鐵含量的因素分析
目前福建三鋼煉鋼廠轉爐冶煉過程中，影響渣中鐵含量波動的因素主要包括：（1）原材料供應的不穩定性，特別是廢鋼的裝斗重量和鐵水中 C、Si 含量的波動，給爐前的熱值判斷帶來一定影響，造成終點的長時間補吹或者過氧化；（2）生產組織的不穩定性，包括鋼、鐵水的銜接異常，造成爐內熱量的損失、高溫出鋼帶來的渣中鐵含量的損失；（3）推進快節奏高效生產的情況下，采取大渣量操作、追求過高的脫磷率控制、不合時宜的一提直接出鋼操作等，造成渣中鐵含量的損失[1]。
針對上述存在的問題，通過進一步規范廢鋼裝斗重量要求，并采取鋼筋切頭上料倉的方式，配合礦石使用綜合調整冶煉過程中的熱量控制來解決；同時結合大數據分析，開展試驗探討渣中鐵含量的具體影響因素，固化 SOP 冶煉操作模式以引導生產。
2.1 終點C含量控制的影響
隨著二煉鋼系統品種開發的不斷推進，冶煉品種日益增多，終點 C 控制一般要求 0.03 %～0.13 %。在確保產品質量穩定的情況下，除部分低碳鋼種以外，煉鋼廠轉爐車間目標終點 C 含量一般控制在 0.06 %以上。根據同期同鋼種生產的 3000 爐生產數據對比發現：不同的終點 C 含量控制下的渣中鐵含量波動較大，特別是出現低碳或者過氧化出鋼時，具體見表 3。從實際跟蹤數據來看，終點 C 含量控制在 0.07 %～0.09 %的范圍內，渣中的鐵含量相對較低，故將爐長經濟責任制中終點控制目標由 0.08 %～0.10 %變更為 0.07 %～0.09 %。
2.2 終點T控制的影響
以 400 系列普鋼生產為例，隨著鐵水一罐到底比例逐步提升至 65 %以上，入爐鐵水的富余熱值需要配加鋼筋切頭或者礦石來平衡。往往終點出現溫度大于 1660 ℃以上時，需要打氮氣補吹以降低鋼水溫度，保證鑄機的穩態化控制，同時也帶來爐渣發泡、渣中鐵含量的大幅增加等問題，對比渣樣數據發現渣中鐵上升 2.11 %。在鋼包加蓋的情況下，終點溫度一般控制在1630 ℃～1645 ℃即可，盡可能避免高溫出鋼或者補吹打氮氣操作，可配加部分礦石輔助降溫[2]。
2.3 爐渣發泡性帶來的影響
為保證冶煉前期快速成渣和脫磷效果，除測量槍位、測量爐襯厚度或者補爐情況外，一般采用留渣操作模式。從以往的經驗分析，引起爐渣發泡的因素主要包括：（1）留渣量過多；（2）吊槍操作不當或者終點壓槍時間不足。對不同的留渣量冶煉終點情況進行跟蹤發現，爐渣發泡性（流動性）越好，對應的爐渣中的鐵含量亦呈現上升趨勢，常規要求在保證脫磷需求的情況下，根據熱值情況要嚴格落實“留半渣”操作以防范爐渣發泡，不允許全留渣操作，具體見表4所示。
轉爐冶煉終點采用壓槍操作，一方面降低氧槍槍位以加大射流沖擊深度，促進熔池的攪拌效果，另一方面增強C-O 反應，進一步降低爐渣中的鐵含量。跟蹤數據表明，壓槍時間達到60 s以上后，渣中鐵含量下降不再明顯，但是冶煉后期長時間的壓槍操作，在低碳的情況下容易發生C-Fe反應，進而損傷爐襯。因此，壓槍時間一般要求控制在60 s～90 s即可。
2.4 補吹時間控制的影響
由于現有的生產系統尚未投用副槍系統和二級計算模型，而是根據倒爐后的成分分析和溫度測量進行補吹操作，以達到成分合格、滿足鋼水上臺溫度的要求。去年以來的生產數據終點平均倒爐 C 控制在 0.098 %，按固定 30000 Nm3 /h的氧流量補吹 24 s，基本可以確保終點出鋼 C控制在 0.07 %～0.09 %目標范圍內，故盡可能縮短補吹時間以減少鋼水過氧化是降低渣中鐵含量的有效方法，確定補吹時間≤25 s 為“點吹命中”；同時爐長經濟責任制中變更“倒爐后補吹時間≤25 s 比例”由 83 %提高至 87 %以上。針對個別爐次熱值明顯不足的情況，采取提高單爐鐵水耗或者配加石墨球輔助提溫，以進一步提高“點吹”出鋼命中率。
2.5 一提至出鋼時間控制的影響
實際生產過程中，終點提槍以后，隨著搖爐過程中溫度的降低，觀察發現一提至出鋼超過270 s 時爐內會出現“返干”現象，爐渣流動性變差，甚至粘黏結塊，造成渣中鐵含量的大幅上升；在兼顧產品質量的情況下應盡可能縮短鋼水在爐內的停留時間，以減少“返干”現象，在成分、溫度適宜的條件下直接出鋼。為進一步提高一提直接出鋼命中率和脫磷效果，根據現有的渣料制度調整石灰和輕燒白云石的使用量（見表 5），以確保終渣堿度達到 2.6～2.8（調整前普鋼堿度控制在 2.5 左右）[3-5]。針對沒留渣爐次，石灰和礦石的使用量可酌情增加，旨在提高終點成分與溫度命中率。
3 效果分析
對影響渣中鐵含量的因素進行分析后確定終點控制范圍，從冶煉留渣量控制著手，通過濺渣后開展“目測觀察+爐渣稱重”試驗，得出不同終點 C 要求下的留渣模式：（1）冶煉終點 C 控制要求在 0.06 %～0.09 %的鋼種，轉爐留渣量控制在 1/3，控制量約 3 t～4 t；（2）冶煉低碳鋼種，如終點 C 控制要求在 0.03 %～0.045 %的鋼種，出鋼后直接將爐渣濺干，再搖爐至 175°以上進行倒渣，留渣量控制在 1～2 t 即可，為防范爐渣發泡，冶煉全程不吊槍操作，且壓槍時間按90 s 控制，其冶煉槍位和流量控制如圖 1 所示；（3）針對冶煉中高碳鋼或者終點 P 要求 20 以內的鋼種，轉爐留渣量控制在 1/2，控制量約 5 t～6 t。從實際冶煉操作來看，明顯的提升了爐前開吹點火的成功率和穩定性，因留渣不當造成的爆發性噴濺比例直接降低至 2.7 ‰，且未出現終渣發泡的情況。
同時，明確訂立終點 C 控制目標為 0.07 %～0.09 %、調配過程熱值以達到終點 T 控制在1630 ℃～1645 ℃、力爭一提至出鋼的時間控制在 240 s 以內等，多措并舉以達到降低渣中鐵含量的攻關目標。對比工藝控制優化前、后的普鋼冶煉數據，如表 6 所示。
從表 6 可以看出，冶煉控制工藝和目標調整后，總體的補吹時間相差 2.3 s，但點吹合格率可達 83.5 %，大大減少鋼水過氧化的概率，平均終點 C 控制水平可達到 0.076 %，較之前提高了0.011 %。在提高鐵水耗至 880 kg/t 以上組織生產期間，平均終點 C 控制水平可達到 0.085 %，同時也有效減少了對爐襯的侵蝕程度。
冶煉終點提槍后，進一步細化測溫、取樣環節的時間控制，特別是在終渣異常的情況下，配加礦石輔助化渣和降溫，平均一提至出鋼的時間由原先的 285 s 縮短至 247 s，有效地避免了爐內出現“返干”的情況，渣中總鐵含量由原先的22.7 %降低至 20.3 %，達到預期攻關效果。因調整石灰和輕燒白云石等渣料使用，實際生產過程中石灰的使用量略有增加，但過程返干現象得到明顯緩解，有效的減少吹煉過程的金屬損耗，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t [6]。
4 結論
（1）通過對影響渣中總鐵含量的因素分析，進一步確定 1/2 留渣量控制、終點 C 控制、終點T 控制、一提至出鋼的時間控制，有利于降低渣中鐵含量。
（2）通過優化冶煉控制、推進標準化作業以規范操作，渣中總鐵含量由原先的 22.7 %降低至 20.3 %，鋼鐵料耗降低了 2.2 kg/t，經濟效益明顯。
參考文獻
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