伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比的工藝試驗(yàn)

劉旺平

（新疆伊犁鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

摘要：增加廢鋼比是轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中主要的降本增效工藝方法，也是減少鋼鐵企業(yè)能耗的有效途徑。本文介紹了伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐為提高廢鋼比所作的工藝試驗(yàn)，為今后轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比做好理論支持。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；熱平衡；廢鋼比；降本增效

0  前言

伊鋼地處新疆伊犁哈薩克自治州新源縣則可臺(tái)鎮(zhèn)，鋼鐵生產(chǎn)具有一定的地緣優(yōu)勢(shì)，但是局限于煉鐵產(chǎn)能的限制，伊鋼在生產(chǎn)旺季提高產(chǎn)能擴(kuò)大規(guī)模效益上存在短板，同時(shí)隨著去年鋼鐵市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的萎縮，降本增效成為鋼鐵企業(yè)贏得發(fā)展的主要出路，為此伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐開(kāi)始研究轉(zhuǎn)爐提高廢鋼比的工藝方法，提高煉鋼工序的生產(chǎn)盈利水平。

根據(jù)已有的文獻(xiàn)介紹^[1-3]，目前增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比的工藝方法主要有廢鋼預(yù)熱工藝、轉(zhuǎn)爐噴吹燃?xì)饧訜釓U鋼、轉(zhuǎn)爐留渣操做、使用提溫材料、降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度幾種工藝方法。

作者研究了幾種增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比的工藝后認(rèn)為，伊鋼是2011年投產(chǎn)建設(shè)的煉鋼生產(chǎn)線，采用鐵水一罐制工藝，生產(chǎn)流程緊湊，環(huán)保配置工藝僅能夠滿足原有工藝的需求，廢鋼預(yù)熱工藝所需的能源介質(zhì)與環(huán)保配套設(shè)施無(wú)法滿足廢鋼預(yù)熱工藝的需求，所以廢鋼預(yù)熱工藝對(duì)于伊鋼沒(méi)有實(shí)施的可能性，提高廢鋼比只有從使用轉(zhuǎn)爐提溫材料和留渣操作兩個(gè)方面入手。

由于伊鋼生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是建筑用鋼，從2021年開(kāi)始，已經(jīng)實(shí)施了向鋼包內(nèi)加入軋制廢品和清潔廢鋼的工藝，并且轉(zhuǎn)爐為提高產(chǎn)能，操作工藝采用轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后直接倒?fàn)t出鋼，出鋼結(jié)束后實(shí)施濺渣護(hù)爐，然后倒出殘?jiān)哪Ｊ剑@種模式倒出的殘?jiān)枯^少，基本上與留渣操作工藝的接近，所以伊鋼轉(zhuǎn)爐增加廢鋼比的工藝只有利用使用提溫劑這一種工藝方法。

1 伊鋼65噸轉(zhuǎn)爐增加廢鋼比的工藝研究

1.1 伊鋼現(xiàn)有工藝分析

伊鋼現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐的冶煉基本情況有以下的幾個(gè)特點(diǎn)：

（1） 鐵水的成分和溫度波動(dòng)較大，造成轉(zhuǎn)爐冶煉的操作波動(dòng)大，伊鋼典型的鐵水成分和冶煉過(guò)程的基本數(shù)據(jù)見(jiàn)下表1、2.

表1：伊鋼生產(chǎn)用鐵水的成分基本情況

表2：伊鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的基本工藝數(shù)據(jù)

（2） 轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏緊湊，在出現(xiàn)低溫鐵水和低硅鐵水（Si%<0.3%）的冶煉爐次，為保證轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，補(bǔ)吹提溫操作造成轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)過(guò)吹，增加了轉(zhuǎn)爐出鋼的脫氧合金化操作的難度，并且熔池中的金屬鐵被氧化進(jìn)入爐渣后，增加了轉(zhuǎn)爐的吹損；大多數(shù)爐次采用吹煉到終點(diǎn)結(jié)束后直接倒?fàn)t出鋼，出鋼量波動(dòng)較大，造成合金化成分調(diào)整有較大的誤差，影響生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行；

（3） 轉(zhuǎn)爐緊湊的工藝，有相當(dāng)一部分爐次爐內(nèi)濺渣護(hù)爐的殘?jiān)粼跔t內(nèi)，造成轉(zhuǎn)爐吹煉前期溢渣和噴濺現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

   根據(jù)以上的分析可知，在現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐爐容比的工藝條件下，增加轉(zhuǎn)爐廢鋼比，必須考慮增加廢鋼比后，要解決好增加廢鋼比，轉(zhuǎn)爐吹煉前期由低溫引起的前期溢渣與噴濺^[4-5]，否則增加廢鋼比的收益隨著噴濺與溢渣從鋼渣中流失。

1.2 提溫材料的選擇與分析

轉(zhuǎn)爐煉鋼是利用鐵水的物理熱和化學(xué)熱提供煉鋼反應(yīng)的熱力學(xué)條件，通過(guò)氧化反應(yīng)提供的動(dòng)力學(xué)條件，通過(guò)吹氧的工藝方法去除鐵水中的C、Si、M n、P、S 等元素后，在出鋼和鋼水精煉過(guò)程中調(diào)整煉鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分的系統(tǒng)工程。轉(zhuǎn)爐煉鋼加入廢鋼、礦石的作用是平衡煉鋼化學(xué)熱的冷卻劑, 增加轉(zhuǎn)爐的廢鋼比，同比條件下，增加轉(zhuǎn)爐煉鋼的化學(xué)熱，減少過(guò)程的熱量消耗, 是提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的有效途徑。伊鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中不同冷卻材料對(duì)于轉(zhuǎn)爐熔池溫度的影響經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表3：               表3：伊鋼不同冷卻材料對(duì)于轉(zhuǎn)爐熔池降溫的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上的分析可知，轉(zhuǎn)爐廢鋼比每增加1%，熔池的溫度降低8～12℃。為保持轉(zhuǎn)爐正常的冶煉工藝，使用提溫劑提高轉(zhuǎn)爐冶煉的廢鋼比的工藝，可供采用的材料有動(dòng)力煤、焦炭、碳化硅等。

使用碳化硅的成本較高，動(dòng)力煤由于含有揮發(fā)分、有害元素元素S含量也偏高，并且已有使用的案例表明^[6]，加入工藝是轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹前從高位料倉(cāng)一次加入，這兩種工藝方法都不適合伊鋼現(xiàn)有的生產(chǎn)情況。可供選擇的已知材料只有焦炭。

焦炭是固體燃料的一種。由煤在約1000℃的高溫條件下經(jīng)干餾而獲得。主要成分為固定碳，其次為灰分，所含揮發(fā)分和硫分均甚少。呈銀灰色，具金屬光澤。質(zhì)硬而多孔，著火溫度（空氣中）為 450-650℃。這種性質(zhì)對(duì)于伊鋼而言。焦炭隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘?jiān)械腇eO+MnO能夠與焦炭反應(yīng)，在沒(méi)有冶煉之前，會(huì)有部分的熱量流失，并且目前伊鋼的焦炭量也不富裕，所以提溫材料的選擇只能夠另辟蹊徑。

2 伊鋼利用新型提溫材料的試驗(yàn)

  根據(jù)以上的分析，首先想到了LF精煉爐廢棄的石墨電極，其穩(wěn)定性好，含碳量高，并且石墨資源在新疆的儲(chǔ)量豐富，所以本次試驗(yàn)利用石墨制品作為提溫材料，驗(yàn)證石墨類(lèi)制品作為提溫材料的可行性。

2.1 石墨類(lèi)提溫材料的特點(diǎn)與應(yīng)用的可行性

石墨是碳的一種同素異形體，為灰黑色、不透明固體，是原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的一種過(guò)渡型晶體，所以化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在純氧中燃點(diǎn)為720-800℃，200～300 目左右石墨細(xì)粉的燃點(diǎn)可降到 600℃ 以下，所以石墨粉在電爐冶煉過(guò)程中作為泡沫渣造渣材料有應(yīng)用。以上這種性質(zhì)，在轉(zhuǎn)爐作為提溫材料是有利的。為此做了向熱態(tài)鋼渣中添加石墨的試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的照片見(jiàn)下圖1：

圖a：試驗(yàn)用石墨碎片    圖b：塊狀石墨碎片加入熱鋼渣中    圖c：石墨粉末加入900℃鋼渣表面

試驗(yàn)結(jié)果表明，石墨塊和粉末在轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣和紅熱鋼渣中反應(yīng)緩慢，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中隨廢鋼加入，不會(huì)引起噴火等事故。

2.2 石墨制品作為提溫材料的研究

本次試驗(yàn)用石墨制品為煅燒強(qiáng)化的水墨塊，經(jīng)過(guò)破碎加工后獲得，其化學(xué)成分見(jiàn)下表4：

表4：煅燒石墨塊的主要化學(xué)成分

其熱值計(jì)算按照以下公式進(jìn)行 Q=337.5C+1442 (H-O/8)+93S

式中：Q：為材料的熱值，千焦/千克；

C、H、O、S分別為材料中的碳、氫、氧、硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為%。

根據(jù)計(jì)算材料的熱值2.3×10⁷J/kg，低于焦炭的3.0×10⁷J/kg，但是穩(wěn)定性優(yōu)于焦炭，有助于增加轉(zhuǎn)爐煉鋼的化學(xué)熱。根據(jù)計(jì)算得出材料加入量與增加廢鋼量的關(guān)系見(jiàn)下表5：

表5：同比條件下提溫材料的加入量與增加廢鋼量的關(guān)系

2.3  工業(yè)試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論

   工程試驗(yàn)按照計(jì)算結(jié)果開(kāi)展，轉(zhuǎn)爐冶煉5爐，其中兩爐為低硅鐵水，兩爐補(bǔ)爐后轉(zhuǎn)爐爐膛溫度較低的情況，沒(méi)有調(diào)整廢鋼比例，考察提溫材料對(duì)于冶煉的影響和改善低硅鐵水冶煉的工藝操作，試驗(yàn)過(guò)程的鐵水成份和冶煉數(shù)據(jù)見(jiàn)下表6：

表6：試驗(yàn)過(guò)程鐵水的主要成分

試驗(yàn)過(guò)程5爐的冶煉基本數(shù)據(jù)如下表7：

表7：試驗(yàn)過(guò)程的基本工藝數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)觀測(cè)有以下特點(diǎn)：

（1） 提溫材料隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐后，無(wú)噴火溢渣現(xiàn)象，表明提溫材料沒(méi)有與轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)殘?jiān)磻?yīng)，隨后兌加鐵水過(guò)程也沒(méi)有出現(xiàn)異常情況；

（2） 低硅鐵水冶煉的爐次，轉(zhuǎn)爐吹煉情況正常，平均轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹3min左右能夠正常進(jìn)入脫碳反應(yīng)期，5爐中僅有一爐出現(xiàn)脫碳開(kāi)始引起的溢渣；

（3） 4爐次冶煉終點(diǎn)溫度無(wú)需補(bǔ)吹升溫操作，控制情況較好，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分控制的也較好，增碳量和脫氧強(qiáng)度降低；

（4） 最后一爐冶煉，由于鐵水硅含量和碳含量高，加上增加了提溫材料后，在硅錳氧化期結(jié)束，熔池溫度升溫較快，出現(xiàn)了溢渣現(xiàn)象，影響了操作。

2.4 試驗(yàn)分析

  根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的情況，做以下的分析：

（1） 使用煅燒石墨塊作為提溫材料，隨廢鋼加入轉(zhuǎn)爐沒(méi)有噴火和煙氣產(chǎn)生，表明煅燒石墨與轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘留的鋼渣反應(yīng)的量少，與石墨的性質(zhì)吻合；

（2） 文獻(xiàn)指出^[6]，轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，熔池前期出現(xiàn)溫度低，在Si、Mn、P氧化結(jié)束后，脫碳反應(yīng)不能夠及時(shí)進(jìn)行，爐渣內(nèi)將富集FeO，在脫碳反應(yīng)開(kāi)始后，會(huì)發(fā)生脫碳反應(yīng)劇烈引起的噴濺和溢渣事故，造成鋼鐵料從爐渣中流失。故試驗(yàn)中增加了提溫材料后，提溫材料在爐渣中反應(yīng)，提高了熔池的溫度，降低了爐渣中FeO富集的風(fēng)險(xiǎn)，故使用提溫材料后的冶煉爐次，消除了低硅鐵水冶煉產(chǎn)生的負(fù)面影響，與前期的分析吻合；

（3） 文獻(xiàn)指出^[7-8]，轉(zhuǎn)爐廢鋼的熔化過(guò)程，首先是鐵水與廢鋼熱交換后，在廢鋼表面形成滲碳凝固層，然后是廢鋼組織由珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，在溫度和時(shí)間足夠后，熔池將廢鋼外層加熱到高溫鐵素體溫度，形成高溫鐵素體和液相。從冶煉過(guò)程的脫碳反應(yīng)情況來(lái)看，吹煉低硅鐵水的脫碳反應(yīng)時(shí)間與正常冶煉爐次差別不大，結(jié)合文獻(xiàn)結(jié)論，表明提溫材料對(duì)于廢鋼熔化起到了升溫助熔的作用；

3  結(jié)論

(1) 煅燒石墨塊能夠作為伊鋼轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中的提溫材料使用，其使用過(guò)程中具有良好的高溫穩(wěn)定性，能夠?yàn)橐龄摰凸梃F水和低溫鐵水的冶煉提供化學(xué)熱，穩(wěn)定和優(yōu)化冶煉的操作工藝；

(2) 同比條件下65噸轉(zhuǎn)爐每爐加入280kg煅燒石墨塊，每爐可增加入爐廢鋼2.8噸。

(3) 轉(zhuǎn)爐在同比條件下使用提溫材料，增加轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼溫度，為鋼包內(nèi)加清潔廢鋼創(chuàng)造條件，也是一種增加廢鋼用量的工藝方法。

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