大型煉鋼廠生產的工藝優化

駱承法

摘要：文章主要討論了轉爐煉鋼的工藝優化方向和措施，從爐料配比使用、吹氧攪拌以及鋼渣控制等三個方向討論當前轉爐煉鋼工藝的優化措施，提高轉爐煉鋼的經濟效益和產品質量，促進煉鋼工藝的發展進步，提高我國鋼鐵的競爭力。

關鍵詞：轉爐;煉鋼;工藝優化

中圖分類號：TF71 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0025-04

20世紀90年代，我國鋼鐵產業開始發展，進人新世紀以來，我國鋼鐵產量提高，當前我國鋼鐵產量占全球總量的50%。鋼鐵產量得以快速提升的同時，鋼鐵冶煉技術也在不斷地提高發展，煉鋼技術逐漸向著高品質、低成本、低消耗、綠色冶煉的方向發展。不過當前我國煉鋼工藝在發展的過程中，轉爐工藝仍存在著許多改善的空間，工藝優化對提高煉鋼的效率、成本控制以及減少污染都有重要的意義。我國是傳統的冶煉大國，冶金技術發展歷史悠久。是全球鋼鐵冶煉第一大國，國內粗鋼產能超過全球總量的一半。當前我國的粗鋼生產的主要的方式仍以轉爐生產為主，轉爐生產工藝不僅生產效率高，同時對鋼材產品的質量把控也具有較大的優勢。不過隨著煉鋼工藝的不斷開發應用，新的工藝技術不斷被應用到轉爐煉鋼過程中，優化了當前轉爐煉鋼工藝。轉爐煉鋼工藝的不斷進步，促進了轉爐煉鋼的發展進步，實現了產品成本的降低，產品質量的提升，降低了資源的消耗，促進了企業競爭力的提升。轉爐煉鋼工藝的不斷進步，促進了鋼鐵產業的綠色發展，提高了生產效率。本文主要從當前大型煉鋼企業的發展現狀進行分析，討論當前優化煉鋼工藝的方向和措施，促進鋼鐵冶煉產業的健康長久發展。

1總述煉鋼行業的現狀

當前我國已經成為全球最大的鋼鐵生產國，每年的鋼鐵產能超過全球總量的50%，如圖1所示。我國鋼鐵產能巨大，其中生產鋼材的主要工藝就是采用轉爐煉鋼技術。雖然鋼鐵冶煉工藝近年來獲得較大的改善，但是當前對環保的要求以及能源的節約，采用更加優化的轉爐煉鋼工藝勢在必行。國內的鋼鐵冶煉產業中，主要的成本就是煉鋼爐料費用，占據總成本的80%，所以通過優化煉鋼爐料的使用工藝是降低煉鋼成本的重要步驟。為了實現降低金屬爐料的浪費消耗，同時還要保證鋼材產品的質量，根據當前國內大型煉鋼企業的調查，通過優化冶煉爐料的配比結構，改善鐵水預處理工藝以及后期調質合金料的使用。通過改進吹氧工藝，利用少渣煉鋼工藝等措施有效的降低了金屬爐料的消耗浪費，減少了氧氣的使用，提高了金屬回收率，實現了冶煉成本的降低，節約資源，提高企業的經濟效益。隨著煉鋼工藝的不斷優化，當前低配比鐵水冶煉、濺渣護爐、低耐材消耗等技術逐漸應用到煉鋼工藝中，實現了煉鋼工藝物質流、工藝流、時間流全方向的優化，提高了鋼鐵冶煉的效率和質量。

2優化思路

針對轉爐煉鋼當前應用的主要工藝，通過利用適當合理的爐料比例結構可以實現冶煉成本的降低，同時還可以降低對輔料以及鋼鐵料的使用，節約原料。從目前國內轉爐煉鋼的發展情況來看，爐料結構仍然存在很多不合理之處，直接增加了輔料和鋼鐵材料的消耗浪費，讓冶煉成本升高，產品質量達不到要求。當前我國轉爐煉鋼工藝仍然存在以下問題：

1）從熱力學來看，轉爐過程中富余的熱量直接影響到后期的造渣過程，如渣鐵含量以及粘度需求。在冶煉的人爐爐料中，使用的鐵水存在不均衡的問題，直接影響到造渣時渣量和渣的種類以及成分含量，直接影響到轉爐的冶煉過程，需要較高的濺渣量，渣鐵含量高，導致浪費大量的金屬料。

2）在轉爐冶煉造渣過程中，造渣料的使用效果較差。在轉爐中熔池在升溫過程中，主要的溫度分布呈獻出非平衡性，這主要是由于不斷的加料造成的。另外，轉爐內隨著吹氧量的增加，爐內富余熱量增多，化渣效果差，熔渣粘度升高，造成熔渣粘結，出現結塊，造成爐內熱傳遞受阻，物質擴算不充分。在后期濺渣護爐的過程中，由于粘度升高，起渣困難，爐低厚度增加，降低了轉爐實際的容量，冶煉的熔池位置上移，增加了噴濺。

3）在轉爐煉鋼中，由于噴濺嚴重，渣中全鐵含量非常高，直接造成吹喰種金屬料損失，提高了煉鋼的成本。

4）再熔池中進行劇烈的c-o反應，使得熔池的溫度很高，在吹煉的過程中導致熔渣返干，熔渣粘度上升，容易粘在氧槍、煙道、爐壁等情況，阻礙冶煉過程順利進行。

當前轉爐煉鋼仍然是鋼鐵冶煉的主要方式，轉爐冶煉的主要原料包括鐵水、廢鋼以及相關輔料。不同的爐料配比直接關系到冶煉的成本以及產品質量和生產效率。爐料結構組成不僅要滿足冶煉的條件，最終目標要以提高金屬收得率為目標，需求最佳的爐料結構組成，如表1所示，爐料未優化的比例構成。對于金屬收得率的定義為：投人單位質量的金屬爐料所產出的合格金屬的百分比。實際生產中，影響轉爐煉鋼金屬收得率的主要因素有：爐料自身金屬含量和冶煉工藝中的耗損。

如表1所示，傳統生產過程中，為了提高效率通常采用高溫快出的冶煉方式，這種方式需求的鐵水比例和生鐵的數量較大，因此在冶煉的過程中需要配比較多的石灰，冶煉富余熱量較多，不僅增加了原料的使用，同時也影響造渣。

另外，由于鐵水的預處理技術參差不齊，轉爐使用的高爐鐵水成分波動較大，成分不穩定，尤其是鐵水中si含量直接影響到鐵水的物理熱，在造渣時爐渣的量也波動較大，導致轉爐吹煉過程效率降低，當前常用的鐵水成分含量如表2所示。

3提高爐料金屬收得率工藝優化措施

3.1優化入爐料結構，合理使用好鐵礦石

經過轉爐冶煉的熱平衡計算，同時考慮到當前生產實際的鐵水滿足條件以及其他原料使用情況，為了實現爐料比例優化條件，重新設計爐料的投人比例和裝入方式，同時控制相關參數，最終實現單位原料消耗為：鐵水864.59k/t，生鐵塊99.36kg/t，廢鋼103.56kg/t，優化后爐料結構如表3所示。

經過生產數據測算，高爐鐵水和生鐵塊的金屬收得率可以達到93%和92%，廢鋼的金屬收得

率可以達到97%。根據當前市場鐵水和廢鋼的價格進行物料設計，計算冶煉的物料平衡和熱平衡，改善濾料結構。

在冶煉過程中為了提高礦石的使用量，同時提高礦石的還原程度以及降低礦石加人的量對冶煉的影響，所以在實際生產中，轉爐煉鋼對礦石的加人工藝進行相關的改善。在上一爐吹煉后進行濺渣護爐和加入廢鋼后，根據鐵水的成分條件將2/3的礦石加人爐中，然后再兌入鐵水。與此同時，在兌入鐵水的過程中，同時進行攪拌促進廢鋼和部分礦石還原反應。在達到一定的化渣要求以及保證減少噴濺的情況下，盡早將剩余的礦石均勻加人到轉爐中，讓礦石反應的時間和效果在可控范圍之內。在吹煉的中期，應采用分批少量加人爐料，減少吹煉中期過度反應形成的噴濺，同時要避免在吹煉后期后期加入礦石，這樣可以有效減少礦石加人過晚導致的融化還原反應效果差的問題，同時還降低了爐渣氧化性，降低對吹煉后期脫氧合金化的影響。

加入轉爐之前鐵水要經過預處理，鐵水要經過混鐵爐進行均勻化過程，最終要根據鐵水的溫度以及成分制定加入轉爐制度，主要根據鐵水的溫度以及鐵水中s的含量，制定兌人鐵水的次序。在混鐵爐中，要保證鐵水的成分均勻性以及鐵水的溫度，保證兌人轉爐中的鐵水物理熱和化學熱穩定。另外當鐵水的成分波動范圍較大時，根據冶煉鋼種的不同需求，還要向鋼水中兌人工合金成分，控制鋼水中元素成分和溫度。

3.2優化冶煉工藝，減少爐渣鐵耗和氧耗

3.2.1優化吹煉工藝，減少噴濺和氧耗

在轉爐煉鋼中噴濺是主要造成鐵元素損失的主要方式，在轉爐冶煉中為了降低或減少噴濺通常采用以下方法：根據加料天車的設計要求，降低每次加料的載人量，使每次爐料加人的量得到有效的控制，提高爐容比，穩定熔池的位置，避免熔池位置的升高，可以有效的減少噴濺。另外當冶煉前期化渣后，在第2次加入化渣料前，利用提前成渣的方式，將泡沫渣高峰出現的時間前移，同脫碳峰值相互錯開。

為了減少噴濺，改善氧槍吹煉工藝可有效降低過程中鐵元素損失。在確定前期，控制氧槍位置處于低位狀態，同時增加氧氣壓力，保證充足的氧氣供應有利于廢鋼的溶解。在完成脫si后、脫碳高峰之前，提高氧槍位置，控制供氧強度，實現平穩吹煉。在冶煉末期要增大氧氣供應量，同時要降氧槍位置，促進熔池攪拌，保證鋼水的溫度以及成分均勻，同時可以減少氧氣的使用量，爐渣的氧化性也得到控制，避免末期爐渣對鐵的氧化。

這種氧槍位置和氧氣用量的控制可以保證吹煉過程中渣的泡沫化程度，因此減少了爆發性噴濺的發生，同時可以實現降低冶煉周期，金屬收得率也獲得提高。這種吹煉方式的反應過程機理為：

1）在轉爐冶煉中主要氣體產生是由于氧氣與鋼水中碳反應生成的一氧化碳氣體，一氧化碳氣體在爐渣中的擴散條件與爐渣的粘度以及物理性質有關。在爐渣的組成成分中，P2O5、Fe2O3、CaF2、SiO2可以降低堿性爐渣的表面張力，這些成分在爐渣中比例的升高直接影響到爐渣的泡沫化程度。但是SiOz和P2O3在降低表面張力的同時，還可以增加堿性渣的粘度，提高泡沫渣的穩定性。

2）二元堿度R和爐渣泡沫化有著之間的關系，理論上R值與泡沫化程度成正比，R越大，爐渣泡沫化也就越大，當爐渣中CaO/SiO2=1.5～1.7時，爐渣泡沫化程度最高。造成爐渣泡沫化的原因主要是當R值在1.5-1.7之間時，爐渣中FeO活度達到最高。所以在冶煉過程中，前期的二元堿度R值應超過1.8，也就是控制石灰的加入量，高堿度有利于脫P，同時還可以有效的控制噴濺。

3）冶煉溫度對爐渣泡沫化程度也有一定的影響，兩者關系為溫度越低，爐渣粘度越大，爐渣穩定性提高，前期也應該控制溫度，保證爐渣的穩定。

4）伴隨著吹煉的進行，爐渣泡沫化程度也在不斷地變化。錘煉前期，由于C-O反應相對平穩，熔池位置變化不大，爐渣泡沫化穩定，不易造成噴濺或溢渣。隨著氧槍位置下降以及氧氣供應增加，渣量迅速增加，C-O反應劇烈，前期形成粘度較大的渣迅速泡沫化，產生大量的噴濺，隨著冶煉的進行，末期C-O反應逐漸下降，熔池溫度提高，渣的泡沫化程度較小，相對穩定。同時氧槍在進行供氧時，當槍位較高、氧壓較低時，會造成渣中FeO含量提高，促進泡沫渣形成，產生大量噴濺。當槍位較低時，中期C-O反應充分劇烈，渣中FeO含量較低，會出現返干，進而導致噴濺的發生。

3.2.2優化造渣工藝，實施少渣煉鋼，減少爐渣鐵耗

冶煉后期，控制渣量的形成，降低爐渣中的FeO含量，提高金屬收得率。通常情況下，通過降低氧槍、增加氧壓的方式來降低終渣中FeO含量，在終期將氧槍位進一步的降低，相當于正常吹煉位的-100mm，氧壓由0.85MPa升高到0.9～0.95MPa，同時還要控制最終溫度。為了保證終渣量盡可能的少，主要控制爐料的質量，使用高品位的礦石和輔料，利用輕燒白云石造渣。同時還要考慮到兌人鐵水中S、si等元素的含量來調整造渣輔料的加人消耗，要控制石灰的用量。

在控制渣量的同時，利用最少的渣料實現脫P，可以有效地控制渣量產生，同時可以降低冶煉成本。由表5所示，當前實際生產中鋼鐵料消耗和渣料消耗有著明顯的關系，少渣冶煉可以有效地減少鋼鐵料的損失浪費，提高金屬收得率。所以要根據兌人鐵水的成分、溫度，尤其是si含量來制定渣量，冶煉過程中要全程化渣。在吹煉前期，要適當的降低槍位，加人相應的污泥球，實現早化渣、多去磷，提高渣中FeO含量，升高熔池溫度，創造化渣溫度條件。中期要繼續脫P，防止返干發生。在熔池升溫的過程中，氧槍位置要及時調整，降低C-O反應強度，控制渣中FeO含量，可以避免噴濺，也有利于脫P。

4結語

鋼鐵產業是生產制造業的基礎產業，提高煉鋼水平，優化煉鋼工藝，都有利于鋼鐵產業的發展和進步。在優化煉鋼工藝中，通過改善吹煉工藝，降低氧氣的消耗，減少成本支出。減少石灰用量，調整造渣料結構，優化鐵合金的使用。在保證轉爐冶煉過程穩定的條件下，通過優化人爐料結構，合理使用好鐵礦石，可以有效降低轉爐鋼鐵料消耗，降低成本。通過優化冶煉工藝，采用少渣煉鋼工藝，可有效減少爐渣鐵耗和氧耗，具有良好的經濟效益和社會效益。