轉爐煉鋼氧氣高效利用的生產實踐

范慶鎮

摘 要：文章通過通過規范冶煉吹氧的實踐，實驗爐在氧氣高效利用、延長爐齡等方面取得了良好的效果，為氧氣頂吹轉爐煉鋼提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：高效；氧氣壓力；氧氣流量

引言

長期以來，各氧氣頂吹轉爐的煉鋼工為了追求高產量，比較習慣采用高氧壓、大流量的冶煉吹氧方式。這種吹氧操作方式，在加速冶煉生產的同時，也給轉爐生產帶來了眾多不利影響。

1 高氧壓、大流量冶煉吹氧方式的危害

在生產上盲目追求班組高產量，采用高氧壓和大流量的吹氧方式進行冶煉生產，雖然縮短了冶煉時間，加快了脫碳速度，但是也產生了眾多不利的影響：

（1）高氧壓、大流量冶煉加劇了對爐底的侵蝕，容易造成爐底深度的不穩定，使得冶煉過程中氧槍槍位的控制難度增加，從而導致了冶煉過程中噴濺和“返干”的現象較為嚴重。不僅增加了燒氧槍和氧槍結砣的事故，還大大地降低了金屬的收得率，影響了單爐產量的穩定。

（2）槍位控制不當，會使氧氣流過分沖刷爐襯，特別是新補完爐的補爐料，更容易被沖刷掉，既影響補爐質量，降低爐襯的壽命，又增加生產成本。

（3）使用高氧壓、大流量進行冶煉，不僅會使大量氧氣隨爐氣從爐口排出，降低了氧氣的利用率，還會增加鋼水中的氧含量，造成鋼水的過氧化，既增加了合金的使用量，又容易造鋼水成分出格。

2 實驗爐噸鋼耗氧量的計算

2.1 實驗爐100kg金屬料元素氧化消耗的氧氣量

實驗爐金屬裝入量保持在20t左右，其中，鐵水占4/5，廢鋼占1/5。假設吹煉鋼種是Q235B；渣量是金屬裝入量的8%；吹煉過程中，金屬料中90%的碳氧化生成CO、10%的碳氧化生成CO2，渣中W（FeO）=9%；W（Fe2O3）=3%。由于實驗爐所冶煉鐵水未經過鐵水預處理，Si、S、P含量極不穩定，所使用廢鋼條件也不鐵水w（C）=4.00%；占裝入量的80%；廢鋼w（C）=0.18%；占裝入量的20%；平均碳含量4.00%×80%+0.18%×20%=3.24%，同理可以算出Si、Mn、P、S的平均成分。100kg金屬料中元素氧化所需氧氣量為6.129kg，這是氧耗量的主要部分。另外還有一部分氧耗量是隨生產條件的變化而有差異。例如，爐氣中部分CO燃燒生成CO2所需要的氧氣量以及噴濺物中的氧含量等等。其數量隨槍位、氧壓、供氧強度、噴頭結構、轉爐爐容比、原材料條件等因素的變化而波動，波動范圍較大。例如，爐氣中CO2含量的波動范圍是φ{CO2}=5%～30%；自由氧含量φ{O2}=0.1%～0.8%。這部分的氧耗量是無法精確計算的，因此用一個氧氣的利用系數加以修正。根據生產經驗認為氧氣的利用系數一般在85%～95%。

每100kg金屬料氧耗量：5.992/（85%～95%）=7.050～6.307（kg）若采用鐵礦石或氧化鐵皮為冷卻劑時，將帶入熔池一部分氧，這部分氧量與鐵礦石的成分和加入的數量有關。若鐵礦石用量是金屬料的0.418%，根據礦石成分計算，每100g金屬料由鐵礦石帶入熔池的氧量為0.096kg，若全部用來氧化雜質，則每100kg金屬料的氧耗量是：（7.050～6.307）-0.096=6.954～6.211（kg）

2.2 實驗爐每噸金屬料氧化的耗氧量

氧氣純度為99.6%，密度為1.429kg/m3，則每噸金屬料的氧耗量（標態）是：

{（6.954～6.211）/（99.6%×1.429）}×（1000/100）=48.87～43.65（m3/t）。平均每噸金屬料的氧耗量為46.26（標態）（m3/t）

2.3 實驗爐噸鋼耗氧量

若吹損為8%，換算成噸鋼水氧耗量（標態）為46.26/（1-8%）=50.28（m3/t）。

實驗爐的氧氣流量和供氧強度：若實驗爐吹煉一爐鋼的時間是13min，平均出鋼量為17噸，則氧氣流量Q=（50.28×17）/13=65.75（m3/min），即65.75×60=3945.25（m3/h）。因每噸金屬料的氧耗量（標態）在48.87～43.65（m3/t）的范圍內，所以換算成噸鋼氧耗（標態）為48.87～43.65/（1-8%）=53.11～47.44（m3/t）由此可推算出實驗爐的實際氧氣流量的需要范圍為[（53.11～47.44）×17]/13=69.46～62.03（m3/min），即3700～4200（m3/h）。供氧強度I=65.75/17=3.86（m3/t·min），符合國內中、小型轉爐的供氧強度（標態）為2.5～4.5m3/（t·min）的范圍。

3 供氧制度

通過設定鐵水和廢鋼的成分（入金屬料成分的平均值），計算了實驗爐噸鋼耗氧量為50.28m3/t，得出冶煉一爐鋼所需要的氧氣流量為3945.25m3/h，具體控制范圍根據爐內反應狀況定為3600～4500m3/h。

3.1 氧氣壓力

氧氣壓力控制受爐內介質壓力和流股馬赫數影響，經測定，爐內介質壓力一般為0.12～0.13MPa，流股馬赫數在1.8～2.2之間。目前，在轉爐上使用的工作壓力為0.6～1.2MPa，視各種轉爐容量而定。一般來說，轉爐容量大，使用壓力越高。

實驗爐嚴格要求冶煉前期氧壓控制在0.9MPa，冶煉中期反應激烈時應控制在0.85Mpa左右，中后期控制在0.95MPa。為了趕產量，在冶煉的前、中、后期，均把氧壓調得較高，甚至達到0.95MPa以上。

3.2 氧氣流量和供氧強度

3.2.1 氧氣流量

氧氣流量（Q）是指在單位時間內（t）向熔池供氧的數量（體積）V常用標準狀態下體積（標態）量度，其單位是m3/min或m3/h。氧氣流量是根據吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量，供氧時間等因素確定的，即：Q=V/t，式中Q表示氧氣流量（標態），m3min或m3/h；V表示一爐鋼的氧氣耗量（標態），m3；t表示一爐鋼的吹煉時間，min或h。實驗爐嚴格要求冶煉前期流量為4000～4200m3/h。右，冶煉中期流量控制在4000m3/h以內，冶煉后期流量為4200～4500m3/h。

3.2.2 供氧強度

供氧強度I是單位時間內每噸鋼的耗氧量，它的單位（標態）是m3/（t·min），可由I=Q/T來確定，式中I表示供氧強度（標態），m3/（t·min）；Q表示氧氣流量（標態），m3/min；T表示出鋼量，t。供氧強度的大小應根據轉爐的公稱噸位、爐容比來確定。供氧強度過大，會造成嚴重的噴濺，供氧強度過小延長吹煉時間。通常在不產生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強度。實驗爐的供氧強度為3.86m3/（t·min），符合國內中小轉爐的供氧氣強度（標態）2.5～4.5m3/（t·min）的范圍。

4 實踐效果

通過五個月的生產試驗，實驗爐的生產實踐取得了良好的效果，主要表現在以下幾個方面：

（1）2007年1-12月平均噸鋼耗氧量為54m3/t，最高為56.46m3/t，規范吹氧冶煉操作方式后，2008年1-5月平均噸鋼耗氧量為50m3/t，最低為48.3m3/t，表明了氧氣得到了高效地利用，降低了氧氣消耗的生產成本。

（2）2007年1-12月平均槍齡80爐，最高為200爐，規范吹氧冶煉操作后，2008年1-5月，平均槍齡為150爐，最高達到350爐。

5 結束語

通過對實驗爐供氧制度的氧壓和氧氣流量規范要求后，在生產實踐中取得了良好的效果。

（1）不僅基本上解決了氧槍結砣等事故，還有效地提高了爐襯的壽命，延長了爐齡。

（2）不僅降低了冶煉過程的噸鋼耗氧量，有效地降低了鋼水的氧化性，還進一步降低了合金和脫氧劑的消耗，降低了生產成本。

參考文獻

[1]王雅貞，等.氧氣頂吹轉爐煉鋼工藝與設備（第二版）[M].北京：冶金工業出版社，2001.