中小轉爐縮短冶煉周期生產實踐

張 垚，史文禮

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北063016）

0 引言

隨著科技的進步和信息化水平的提高，轉爐煉鋼正在向緊湊式、快節奏、準連續式生產的方向發展，轉爐煉鋼高效生產技術對提高鋼水潔凈度、降低消耗和污染、提高煉鋼生產效率具有明顯的促進作用[1]。國內外鋼鐵企業對轉爐流程高效化生產技術進行大量的研究和實踐，取得良好效果[2-6]：首鋼京唐轉爐冶煉周期降低5 min，出鋼溫度降低26℃；攀鋼80 t 轉爐冶煉周期縮短3.4 min；鞍鋼260 t轉爐冶煉周期縮短4.2 min，100 t 轉爐終點命中率明顯提高，一次吹煉命中率達到97%以上。唐鋼二鋼軋廠煉鋼生產采用轉爐—連鑄流程，主要品種為建筑用鋼，與國內同類型生產線相比，存在轉爐冶煉周期長、生產效率低的問題，因此，開發應用轉爐高效冶煉技術對提高生產效率、降低煉鋼成本是非常必要的。

1 二鋼軋廠轉爐煉鋼概況

二鋼軋廠建于1958 年10 月，目前具備年產180 萬t 鋼的生產能力。煉鋼區域主要設備有1 座鐵水預處理站、2 臺鐵水撈渣機、2 座頂底復吹轉爐、2 座LF 精煉爐和2 臺小方坯連鑄機。2013 年對煉鋼區域設備進行安全改造，改造后工藝布局更加合理，生產組織順暢。特別是轉爐煙氣處理系統采用先進的干法除塵技術，煙塵排放濃度明顯降低。二鋼軋廠2 座頂底復吹轉爐的主要技術參數見表1所示。

2 轉爐冶煉周期分解及影響因素

按轉爐冶煉流程對冶煉周期進行分解見圖1所示。圖1 表明，轉爐冶煉過程中吹氧、拉碳等成分、出鋼和濺渣消耗時間為26 min，所占比例為80.5%。倒渣時間為1.5 min，通過優化過程控制，提高留渣率，可以明顯降低倒渣環節消耗的時間。根據圖1 可以將轉爐冶煉周期分為冶煉作業時間和輔助作業時間兩部分。冶煉作業包括吹氧、出鋼和濺渣作業三個環節；輔助作業包括加廢鋼、兌鐵、拉碳等成分和倒渣等環節。針對不同類型的作業環節，分別采取技術措施和管理措施縮短冶煉周期，實現轉爐高效冶煉的目的。

表1 轉爐技術參數

圖1 轉爐冶煉周期分解

3 優化措施

3.1 優化氧槍噴頭參數，縮短吹氧時間

對氧槍噴頭參數進行優化，優化前后的噴頭結構見圖2 所示，噴頭參數對比見表2 所示。

從圖2 和表2 可以看出，噴頭參數優化后，馬赫數增加0.02，噴孔夾角增加0.5°，喉口直徑增加0.6 mm，出口直徑增加1.6 mm，氧氣流量提高500 Nm3/h，基本槍位降低200 mm，沖擊深度增加40 mm。噴頭參數優化的預期目的是增加熔池攪拌強度，均勻鋼水成分和溫度，提高冶煉速度，減少吹氧時間。

通過優化氧槍噴頭參數后，在實際的吹煉過程中，縮短了前期的硅錳氧化時間，熔池溫度在前期迅速提升。與原來的氧槍相比，碳氧化期得到提前，如果采用原來的吹煉模式，容易造成前期噴濺和中期返干，所以需要操槍人員及時判斷火焰，根據吹煉情況調整槍位。在采取新的吹煉模式下，終點C和終點溫度基本持平，一次拉碳P 合格率提高4.5%；終渣FeO 含量降低0.6%；在相同的鐵水條件和鐵水消耗情況下，吹氧時間能縮短0.8 min/爐。

3.2 采用焦丁調渣，縮短濺渣時間

圖2 優化前后噴頭結構

表2 優化前后噴頭參數對比

采用留渣操作可以有效的縮短倒渣時間，但采用留渣操作，對終點爐渣就必須要有一定的要求，同時還需要調整好渣中MgO 和TFe 含量，保證爐渣的熔點和耐火度，只有適當粘度的爐渣才能在濺渣過程中更好地掛在爐襯上，起到保護爐襯的作用。

對渣中MgO 的調整，可以通過配加輕燒鎂球來完成。對渣中TFe 含量，按照以往的操作模式，只有通過終點碳來調整，終點碳高則TFe 含量低，反之則高。如果終點碳低，為了將爐渣濺干，往往在配加輕燒鎂球的同時需要通過長時間濺渣才能完成，不但浪費了濺渣時間，而且往往下一爐由于高TFe 爐渣，容易引起噴濺。為了將碳低的爐渣也能快速留渣，我們在濺渣護爐前向爐內配加焦丁調渣，焦丁主要成分為碳，通過濺渣過程的碳氧反應，降低爐渣的TFe 含量，使爐渣能快速的符合留渣要求。對終點C 含量小于0.10%時，出鋼結束時將轉爐搖直，加入200-300 kg 焦丁進行調渣操作。對嚴重后吹，終渣過稀爐次，可用輕燒鎂球配合焦丁共同調渣。優化前后濺渣時間對比見圖3 所示。

圖3 優化前后濺渣時間對比

由圖3 表明，通過采取焦丁調渣工藝后，濺渣時間縮短0.5 min，濺渣效果明顯改善。

3.3 提高一次拉碳出鋼率

通過對入爐鐵水和廢鋼的精細管控，保證吹煉過程平穩，減少噴濺和返干，促進轉爐化渣。當鐵水硅、磷含量波動時，及時與操作工溝通，吹煉過程中選擇合適槍位和加料方式，保證冶煉過程穩定。冶煉終點采用壓槍操作，要求壓槍時間大于30 s，加強對熔池的攪拌，保證終點鋼水成分和溫度均勻，減少終渣FeO 含量，降低鋼水氧化性。同時在開吹前，要求根據鐵水和廢鋼條件，采用靜態煉鋼模型進行預計算，初步估計本爐鋼的各種物料加入量，達到精準控制終點。采用上述措施后，一次拉碳出鋼率由原來的75.3%提高到87.9%。

3.4 提高留渣率

針對轉爐冶煉留渣率低的問題，主要采取以下措施：

（1）根據鐵水條件和裝入量精確控制轉爐冶煉總渣量，利用渣罐車的稱重裝置，拉碳出鋼時可精確控制爐內留渣量；

（2）濺渣過程中優化濺渣槍位控制，采用“高-低”槍位模式，使爐渣盡快固化到爐襯上；

（3）針對后吹嚴重和終渣過稀爐次，采用輕燒鎂球配合焦丁共同調渣，改善濺渣效果。特別是采用焦丁調渣操作后，大大的提高了可留渣的條件，以往終點C 小于0.10%時，一般不采用留渣操作，現在終點C 在0.04%以上，通過焦丁調渣，都可以采用留渣操作。

當終點C＜0.070% ,采用焦丁調渣時，往往會發生劇烈的碳氧反應，如果此時迅速降槍渣補，容易引起爐渣外溢事故，故對焦丁調渣的濺渣槍位必須有嚴格要求；當C≥0.08%時，加入焦炭后在吹煉基本槍位開始濺渣，待爐口渣粒減少后逐步降槍。當0.05%≤C≤0.08%時，加入焦炭后高于吹煉基本槍位300～400 mm 開始濺渣，待爐口紅火消失后逐步降槍到吹煉基本槍位，爐口渣粒稀少后在逐步降槍。當C≤0.05%時，加入焦炭后待氮氣打開后迅速把槍提到2.7 米左右，防止爐渣溢出，待爐口火焰消失后逐步降槍到2 米，觀察爐口渣粒稀少后逐步降槍。

4 生產實踐及效果

通過采取上述優化措施，在相同的鐵水條件和鐵水消耗情況下，轉爐吹氧時間縮短了0.8 min；一次拉碳P 合格率提高了4.5%；終渣FeO 降低了0.6%、MgO 升高了0.6%。利用焦丁調渣，濺渣時間縮短0.5 min，爐襯掛渣效果明顯改善。轉爐一次拉碳出鋼率提高到70%以上，致使冶煉周期縮短1.6 min。留渣率提高到80%以上，致使冶煉周期縮短1.3 min 以上。轉爐吹氧時間和冶煉周期分布情況分別見圖4 和圖5 所示。

圖4 和圖5 表明，轉爐平均吹氧時間縮短到13.2 min 以內，平均冶煉周期縮短到28 min 以內，轉爐作業率和生產效率明顯提高。

5 結語

圖4 轉爐吹氧時間分布情況

圖5 轉爐冶煉周期分布情況

通過對國內外鋼鐵企業轉爐流程高效化生產技術的分析和研究，同時結合唐鋼二鋼軋廠轉爐生產工藝的實際情況，制定了一系列降低轉爐冶煉周期、提高轉爐生產效率的措施。在分析轉爐冶煉各流程環節所耗時間的基礎上，有針對性地采用了優化氧槍噴頭參數、冶煉終點焦丁調渣工藝、提高一次拉碳出鋼率和轉爐留渣率等措施，在保障出鋼溫度和爐渣堿度的基礎上，有效縮短了吹氧時間和濺渣護爐時間，一次拉碳出鋼率提高到70%以上，留渣率提高到80%以上，轉爐冶煉周期縮短了4.2 min，達到28 min 左右，轉爐生產效率明顯提高，對國內同類型轉爐具有明顯的借鑒意義。