轉爐少礦石煉鋼工藝的開發與應用

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠)

轉爐少礦石煉鋼工藝的開發與應用

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠)

介紹了轉爐少礦石煉鋼工藝的開發與應用情況。通過優化轉爐裝入制度、供氧制度和礦石加入方法，解決了少礦石煉鋼工藝中冶煉前期升溫快、冶煉中期爐渣易發生返干等技術難題，使噸鋼礦石消耗降低至8 kg，取得了較好的經濟效益和環境效益，提高了鋼水的純凈度。

少礦石 轉爐 返干

0 前言

礦石作為轉爐煉鋼的常規原料，在轉爐煉鋼過程中起到如下作用：(1)冷卻和調溫；(2)增加轉爐爐渣中(FeO)的含量，促進爐渣熔化；(3)降低鋼鐵料消耗。目前的轉爐煉鋼工藝中礦石的加入量一般為20 kg/t鋼～35 kg/t鋼，高的能夠達到50 kg/噸鋼。但是，高礦石消耗煉鋼也帶來了鐵水消耗高、爐襯侵蝕嚴重、冶煉過程噴濺大、煙塵外溢現象頻發以及轉爐終點鋼水夾雜含量和氫含量高等副作用。為減輕鐵水供應壓力、延長爐襯使用壽命、減少環境污染、提高鋼水質量和降低冶煉成本，減少高礦石耗給轉爐冶煉帶來的弊端， 山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠120 t轉爐區(以下簡稱濟鋼120區)要求噸鋼礦石加入量控制在8 kg以內，為此開發少礦石煉鋼工藝迫在眉睫。

1 裝備條件

濟鋼120區配備有公稱容量120 t的頂底復吹轉爐三座，每座轉爐配有副槍一套，在吹煉至80%～85%和吹煉終點時分別測量一次。轉爐工序的設備工藝參數見表1。

表1 轉爐設備工藝參數

2 少礦石煉鋼工藝的操作難點

由上述分析可知，在轉爐煉鋼中礦石是很好的降溫劑和化渣劑，對轉爐冶煉過程的溫度調節和爐渣熔化起到良好的促進作用。少礦石煉鋼工藝由于礦石加入量較少，不能靈活方便地對轉爐冶煉過程中的溫度進行調節，導致過程溫度和終點溫度控制不精準。同理由于礦石加入量減少，在劇烈的碳氧反應期，渣中(FeO)消耗快，渣中(FeO)若得不到時補充，易發生爐渣返干，降低爐渣的冶金反應能力，易導致鋼水磷、硫含量超標等質量事故和氧槍粘鋼渣嚴重等生產事故。

3 少礦石煉鋼工藝的開發

3.1 優化轉爐裝入制度

原有的裝入制度為鐵水145 t，廢鋼10 t，此裝入制度下的礦石加入量32 kg/t鋼～35 kg/t鋼。為了降低轉爐熱量，將鐵水裝入量調整為135 t。為了充分利用礦石調溫靈活的特點和發揮其能夠增加渣中(FeO)的作用，避免在碳氧激烈反應的冶煉中期出現爐渣返干，少礦石煉鋼工藝將礦石全部在冶煉中期加入。因該工藝前期不加入礦石，易導致前期升溫過快，前期爐渣不易化透。鐵塊熔化溫度在1150℃左右，在開吹1分鐘后鐵塊便開始逐漸熔化，并吸收熱量，可以延緩轉爐前期升溫速度，有利于前期爐渣中(FeO)含量的積累和穩定，促進前期渣化透，但是渣中(FeO)含量過高將導致溢渣和噴濺，因此配加適量鐵塊隨廢鋼一起加入爐內，可控制冶煉前期合適的升溫速度。鐵塊冷卻效應值：廢鋼冷卻效應值：礦石冷卻效應值為0.7:1.0:3.0[1]，根據熱量平衡初步計算結果，在總裝入量不變的情況下，少礦石煉鋼工藝按照10 t廢鋼+10 t鐵塊和15 t廢鋼+5 t鐵塊兩種配料模式進行對比試驗。試驗結果如下。

3.1.1 10 t廢鋼+10t鐵塊模式

(1)鐵塊加入量較多，轉爐冶煉前期升溫速度慢，造成渣中(FeO)大量聚集，在溫度升高后，聚集的(FeO)將與熔池中碳發生激烈的碳氧反應，生成大量CO外排時易將爐渣帶出爐口，導致轉爐冶煉前期溢渣事故。

(2)在鐵塊熔化完畢后，由于廢鋼較少，冶煉中期升溫快，碳氧反應劇烈，爐渣易出現返干，降低了爐渣反應能力，導致終點鋼水磷、硫超標事故。

(3)由于鐵塊的冷卻效應值低于廢鋼的冷卻效應值，為了平衡轉爐熱量，仍需補加部分礦石。

3.1.2 15 t廢鋼+5 t鐵塊模式

該模式下，轉爐冶煉前期和中期升溫平穩，碳氧反應均勻，冶煉過程穩定可控，礦石加入量較10 t廢鋼+10 t鐵塊模式有所降低，能夠較好地滿足少礦石煉鋼工藝的礦石加入量的要求。

由上述試驗結果可知，無論吹煉過程平穩性還是礦石加入量，15 t廢鋼+5 t鐵塊模式都優于10 t廢鋼+10 t鐵塊模式，因此少礦石煉鋼工藝的裝入制度確定為135 t鐵水+15 t廢鋼+5 t鐵塊。

3.2 改善供氧制度

3.2.1 調整氧氣流量和壓力

常規工藝中為了減緩吹煉前期的熔池升溫速度和減輕吹煉過程的礦石布料壓力，在開吹前需向爐內加入部分礦石。所加入礦石覆蓋在金屬液面上，增加了開吹起燃難度。為了確保開吹起燃，常規工藝使用較高的開吹氧氣流量和壓力，分別為30000 Nm3/h和0.85 MPa。少礦石煉鋼工藝無需在開吹前向爐內加入礦石，不存在開吹起燃問題，開吹氧氣流量和壓力可分別調整為27000 Nm3/h和0.78 MPa，確保了用氧安全。另外，使用較低的氧氣流量和壓力，可減弱氧氣流股對熔池的攪拌強度，有利于渣中(FeO)的生成和穩定存在，促進轉爐前期渣化透。終點前拉碳時，常規工藝中為了加強熔池攪拌，促進所加礦石與金屬中的[C]充分反應，降低終渣(FeO)含量，在吹煉終點前1 min將氧氣流量和壓力分別調整為32000 Nm3/h和0.96 MPa。少礦石煉鋼工藝由于礦石加入量少，礦石在冶煉過程中已充分反應，所以拉碳氧氣流量和氧壓與吹煉過程一致即可，無需調整。

3.2.2 優化吹煉氧槍槍位

氧槍槍位操作是氧氣頂底復吹轉爐吹煉過程中最為有效的調節手段之一，通過調整吹煉槍位的高低，控制熔池攪拌的強弱，以控制爐渣熔化速度及元素的反應過程，達到使冶煉過程適時化渣、減少噴濺及準確拉碳等目的。轉爐冶煉過程的化渣效果如何，主要取決于渣中(FeO)含量的高低。高槍位操作由于對熔池的攪拌較弱，鋼中元素特別是碳的氧化將減弱，而金屬熔池表面和爐渣不斷氧化，造成渣中(FeO)含量升高；相反，若槍位過低，則氧氣流股強烈攪拌熔池，吹入的氧氣都被碳的氧化所消耗，降低了渣中(FeO)含量，造成爐渣“返干”。常規工藝吹煉過程因加入大量的礦石，渣中不缺少(FeO)，為了使碳氧反應平穩進行，氧槍應該在低槍位運行；為了使加入的大量鐵礦石充分反應，減少鐵損，在吹煉后期適當降低拉碳槍位。少礦石煉鋼工藝礦石加入量較少，渣中(FeO)缺少礦石的有效補充，為了使渣中(FeO)含量保持在合適的水平，吹煉過程宜使用高槍位操作。少礦石煉鋼工藝與原工藝吹煉槍位對比如圖1所示。

圖1 少礦石煉鋼工藝與原工藝吹煉槍位對比圖

3.3 改進礦石加入時機3.3.1 吹煉前期

少礦石煉鋼工藝配加了5 t左右的鐵塊，熔化時吸收大量熱量，能夠確保冶煉前期平穩、均勻升溫，不需要像常規工藝中為了防止前期溫度過快升溫在兌鐵前和開吹后加入部分礦石。

3.3.2 吹煉中期

隨著冶煉過程的進行，石灰逐漸熔化，爐渣堿度逐漸升高，吹煉至中期時，爐渣堿度一般在2.3左右。此時，若爐渣中(FeO)比較高，爐渣是均勻的液體，渣中存在大量的熔點為1220 ℃的CaO·Fe2O3。吹煉過程中，脫碳速度與渣中(FeO)含量的變化大致呈相反的關系。吹煉至6 min～11 min時是脫碳速度最快的時期，因此該時期的渣中(FeO)消耗也最快。當(FeO)<16%時，爐渣中將析出熔點為2130 ℃的2CaO·SiO2[2]，爐渣熔點也隨之升高，造成爐渣粘度增加，出現返干現象[2]。為了有效補充渣中(FeO)，所有的礦石在此時期全部加入，以確保渣中由足夠的(FeO)。礦石單批加入量為260 kg～300 kg，根據熔池溫度和爐渣返干程度，集中加入3～4批。

4 實施效果

少礦石煉鋼工藝自2015年6月份開發和應用以來，取得了較好的經濟效益、環境效益和提高了鋼水質量，應用效果顯著。少礦石煉鋼工藝和原工藝效果對比見表2。

表2 少礦石煉鋼工藝和原工藝效果對比表

(1)減少了轉爐噴濺率。轉爐噴濺率由原工藝的5.6%降低至0.8%，受益于噴濺率的降低，鋼鐵料消耗降低了0.83 kg/t鋼，石灰消耗降低了2.7 kg/t鋼，并且基本杜絕了黃煙外溢現象，降低了鋼鐵料和造渣料成本，減輕了環境污染。

(2)降低了終點鋼水夾雜物和氫含量。原工藝由于礦石加入量大，礦石的加入貫穿整個吹煉過程，吹煉后期所加入的礦石由于反應時間短，所帶入的硅酸鹽夾雜和礦石中的水分分解產生的氫來不及完全上浮，部分殘留在鋼水中，增加了鋼水夾雜物和氫含量。少礦石煉鋼工藝的礦石全部集中在冶煉中期加入，后期不再加入礦石，從而避免了后期帶入夾雜和水分。試驗結果表明，少礦石煉鋼工藝的常規鋼種中的夾雜物和氫含量分別由原工藝的3.0級、4.72×10-6降低至2.5級、3.92×10-6，提高了鋼水純凈度和鋼材質量。

(3)降低了轉爐補爐料消耗和轉爐爐齡。原工藝由于礦石加入量大，增加了爐渣的氧化性，加快了以鎂碳磚為材質的爐襯的侵蝕速度。原工藝每冶煉10爐需補爐一次，少礦石煉鋼減緩了爐渣對爐襯的侵蝕，相應的補爐間隔達到了12爐，噸鋼補爐料消耗由原來的1.41 kg降低至1.17 kg，而平均爐齡則由原工藝的11206爐提高至目前的13160爐，降低了轉爐耐材成本。

5 結論

(1) 少礦石煉鋼工藝實施后，礦石加入量控制在5 kg/t鋼～8 kg/t鋼，滿足了公司下達的礦石消耗不能超過8 kg/t鋼的目標要求。

(2)少礦石煉鋼工藝的開發與應用，取得了較好的經濟效益、環境效益，提高了鋼材質量。

[1] 王雅珍,李承祚,等.轉爐煉鋼問答[M].北京：冶金工業出版社，2004:131.

[2] 吳勉華.轉爐煉鋼500問[M]. 北京：中國計量出版社，1992：68.

THE DEVELOPMENT AND APPLICATION OF CONVERTER LESS ORE - MAKING PROCESS

Song Linhai

(Steelmaking plant of Shandong Iron and Steel Co., Ltd. Jinan Branch)

The development and application of the converter less ore - making process are introduced. By optimizing the loading system, oxygen system of converter and ore join method, solve the less ore steelmaking process in smelting of pre rapid temperature rise, and smelting slag mid prone to returning dry and other technical problems, ore per ton of steel consumption is reduced to 8 kg, and better economic benefits and environmental benefits are achieved, therefore improved the cleanliness of molten steel.

less ore converter returning dry

2015-7-15

*聯系人：宋林海，助理工程師，山東.濟南(250101)，山鋼股份濟南分公司煉鋼廠120煉鋼車間；