電爐煉鋼熱裝鐵水工藝操作探討*

朱為凱

(江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司, 江蘇 蘇州 215151)

電爐煉鋼熱裝鐵水工藝操作探討*

朱為凱

(江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司, 江蘇 蘇州 215151)

介紹了江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司電弧爐熱裝鐵水工藝的現(xiàn)狀及操作中存在的問題，對問題的原因進(jìn)行了分析探討，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際提出了處理方法和建議。

電弧爐; 熱裝鐵水； 耐材消耗； 混鐵爐

引 言

世界鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過長期的發(fā)展和選擇，形成了兩大主要工藝流程：以高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝為中心的生產(chǎn)流程，即長流程；以廢鋼-電爐煉鋼為中心的生產(chǎn)流程，即短流程。目前,世界電爐煉鋼平均比例已占到粗鋼產(chǎn)量的31%以上；由于中國屬于發(fā)展中國家，廢鋼資源緊缺，電力供需不平衡，造成電爐煉鋼成本較高，從而導(dǎo)致長流程發(fā)展過快，而電爐煉鋼則呈下降趨勢，2008年，電爐煉鋼的比例僅有15.5%，遠(yuǎn)低于世界平均水平。如何通過技術(shù)創(chuàng)新、工藝優(yōu)化解決電爐煉鋼現(xiàn)存的問題，促進(jìn)短流程的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)成為廣大冶金科技工作者思考的問題。

在這樣的大環(huán)境下，江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司(以下簡稱“蘇鋼”)勇于探索，從2000年就開始了電爐熱裝鐵水的工藝創(chuàng)新，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，并且緩解了電力能源緊張的情況。蘇鋼在多年的實(shí)際演練操作中，不斷分析和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成了比較成熟的工藝操作制度；于2009年年初，為緩解廢鋼采購困難以及充分消化廠內(nèi)鐵水資源，試驗(yàn)了在100 t電爐中熱裝鐵水80～95 t,實(shí)現(xiàn)了零電耗的冶煉，并獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和更強(qiáng)的市場競爭優(yōu)勢。

1 工藝現(xiàn)狀

根據(jù)中國現(xiàn)有的煉鋼資源的國情，在電爐轉(zhuǎn)爐化的轉(zhuǎn)換進(jìn)程中，蘇鋼率先實(shí)現(xiàn)了電爐零電耗的冶煉工藝，積累了大量的操作經(jīng)驗(yàn)。但是，在實(shí)踐操作中仍存在以下幾個問題，有待探討和改進(jìn)：

(1)爐門跑鋼：當(dāng)爐中加入鐵水達(dá)到80%～85%后,易發(fā)生較為突出的爐門跑鋼現(xiàn)象。

(2)電爐爐溫難以控制：由于裝入鐵水量大，其相應(yīng)的配碳量也大，故而電爐出鋼的溫度較難控制，溫度過高易發(fā)生穿滑板等生產(chǎn)事故，從而損壞設(shè)備，打亂生產(chǎn)節(jié)奏，影響生產(chǎn)；

(3)耐材消耗大：由于鐵水裝入量的增加，電爐爐體的耐材的消耗有所增加。這不僅增加了生產(chǎn)成本，而且由于頻繁的換爐，也增加了人工成本，降低了電爐生產(chǎn)的作業(yè)率；

(4)時間難以控制：由于鐵水加入量的增多，鐵水加入的時間控制，也存在著一定的問題；在兌鐵水的過程中會產(chǎn)生大量的煙塵，影響電爐的現(xiàn)場環(huán)境；

(5)流渣增加：有時鐵水溫度偏低，w(P),w(Si)偏高，導(dǎo)致煉鋼過程流渣多，帶走熱量多，跑鋼現(xiàn)象亦相應(yīng)增加。

2 工藝改進(jìn)與操作改善的建議

2.1 對鐵水的要求

2.1.1 三種元素的氧化反應(yīng)

在電爐冶煉過程中,對氧化反應(yīng)的控制能力主要體現(xiàn)在w(C),w(Si),w(P)的控制上。氧化反應(yīng)式如下：

(1)碳的氧化

氧氣直接氧化:C+1/2 O2=CO；

溶解氧間接氧化:C+1/2 O2=CO；

一個在破壞，另一個在創(chuàng)造； 一個“亂扔靴子”，另一個則(默默地)把它扶起來，放回原處。 兩種“瘙癢”。 問題就在于，存在著兩種“瘙癢”，而世界就建筑在“兩”上。[2]493

熔渣的FeO與碳氧化:C+FeO=CO+Fe。

(2)硅的氧化

鋼液中的硅主要在鋼液界面上反應(yīng)。反應(yīng)由下兩階段組成:

2FeO=O2+2Fe、Si+O2=SiO2

Si+2FeO=SiO2+2Fe

(3) 磷的氧化

5FeO=5/2O2+5Fe, 2P+5/2O2=P2O5

P2O5+4CaO=4CaO·P2O5,2P+5FeO+4CaO=4CaO·P2O5+5Fe

(1)鐵水溫度：鐵水溫度高，可使?fàn)t料加快熔化，因此鐵水溫度應(yīng)大于1 200 ℃。

(2)控制元素含量：硅、錳含量增加可以使鐵水化學(xué)能增加，但導(dǎo)致渣量增加；較高的硅、錳含量將使氧化放熱過程升溫速度加快，且渣中w(FeO)降低，不利于脫磷。而磷、硫含量增加將增加冶煉負(fù)擔(dān)。所以，入爐鐵水中硅、錳含量應(yīng)適中，磷、硫含量應(yīng)較低，其成分應(yīng)控制為：w(Si)=0.65 %～0.40 %，w(P)≤0.070 %,w(S)≤0.060 %。

鐵水中的硅含量對冶煉過程的影響尤其突出，需要控制在合理的范圍內(nèi)，其原因?yàn)椋?/p>

①根據(jù)Si的氧化方程式和實(shí)踐可知，由于硅和磷均在較低溫度下氧化,所以必須降低鐵水中w(Si),以利于低溫脫磷；

②由于Si是在電爐冶煉的前期與氧發(fā)生反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的爐渣；隨著大量爐渣的涌出，必然會帶出反應(yīng)中的鋼水，從而導(dǎo)致爐門跑鋼現(xiàn)象；

③w(Si)過高也必然引起電爐冶煉周期的延長，由于在煉鋼過程中O2先與Si反應(yīng)，從而延長了冶煉的周期。蘇鋼電爐2010年4月份至6月份的冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。從表上可看出，w(Si)在0.65%～0.40%為最佳,若w(Si)低于0.40%,則爐溫偏低，影響出鋼。

表1 冶煉數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

④w(Si)過高其產(chǎn)生的熱量也高，故而使鋼水溫度過高，加劇了對電爐爐體耐材的侵蝕，降低爐體壽命，進(jìn)而污染鋼水，影響鋼水純凈度。同時也易引起返干現(xiàn)象，致使冶煉過程中的鋼渣飛濺，易造成爐蓋結(jié)死和加料管堵塞等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)周期和電爐生產(chǎn)現(xiàn)場的清潔。

(3) 穩(wěn)定鐵水溫度：建議增加1座混鐵爐，用以均勻鐵水的溫度，防止鐵水在鐵水包中的溫降，在電爐需要時及時送到，從而實(shí)現(xiàn)JIT生產(chǎn)方式。

(4)鐵水預(yù)處理：對鐵水進(jìn)行預(yù)處理，降低鐵水中P，S等有害元素的含量，穩(wěn)定鐵水成分，從而穩(wěn)定單爐鐵水裝入量，進(jìn)而提高電爐作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

2.2 操作過程的改進(jìn)

(1)嚴(yán)格執(zhí)行鐵水的裝入制度，制定標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序。冶煉過程中適當(dāng)搖高爐體，或適當(dāng)提高爐門坎的高度；

(2)嚴(yán)格執(zhí)行爐門坎的清理制度，做到次數(shù)少，清理精；

(3)嚴(yán)格執(zhí)行吹氧制度，做到均衡用氧，防止出現(xiàn)返干現(xiàn)象和局部過氧化產(chǎn)生的大沸騰，避免重大事故的發(fā)生；

(4)提高爐門槍的使用效率，適當(dāng)縮短槍口與鋼水液面的距離，從而取得最佳的吹氧深度；

(5)在渣料中加入白云石,使?fàn)t渣中w(MgO)大于5.0%,可以有效地減緩熱裝爐次對爐體耐材的侵蝕；

(6)統(tǒng)計、分析有關(guān)數(shù)據(jù)，制定嚴(yán)格、精準(zhǔn)的冶煉標(biāo)準(zhǔn)化操作制度，從而提高冶煉速度和鋼水質(zhì)量；

(7)在爐門口試用雙孔氧槍，增大供氧量，使氧氣射流舒緩，可以減輕爐門區(qū)域的耐材侵蝕，提高氧氣利用率，利于造泡沫渣；

(8)在冶煉過程中，分析廢氣中氧的含量，依此制定分階段的供氧制度，控制鋼液過氧化，提高氧氣利用率。

3 結(jié)束語

目前，蘇鋼已在熱裝鐵水方面取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和較成熟的操作工藝，為蘇鋼的優(yōu)、特鋼產(chǎn)品生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

[1] 張承武.煉鋼學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1991.

[2] 馬廷溫.電爐煉鋼學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1990.

2014-12-07

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