轉爐回余鋼煉鋼工藝開發與應用實踐

杜占其，楊 坤，賈東東

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

煉鋼作為鋼鐵產業的重要環節，對于轉爐回余鋼煉鋼工藝開發與應用,我們可以采取轉爐不留渣、倒出部分精煉渣、然后確定合適的鐵水、廢鋼裝入量、再優化加料制度，這樣可以提高鋼水質量，減少冒黃煙現象，降低了煉鋼的整體電耗，為節能產業打下良好的基礎。

1 轉爐高效率、長壽命復合吹煉的技術關鍵

近年來，各企業在降低成本、提高鋼水潔凈度和管理提升等不同側面各自取得了一定的業績。但是，如何搭建轉爐高效率、長壽命復合吹煉的立體平臺技術和實現多目標協同優化還有很多難題亟待解決。其中存在幾個方面的矛盾和傳統慣性思維。首先是高效率冶煉與鋼水潔凈度控制的矛盾，傳統觀念認為，轉爐高效率冶煉與鋼水潔凈度控制之間存在矛盾，難以協調統一。其次是轉爐有效脫磷和吹煉過程的低氧化性控制存在矛盾，轉爐脫磷仍難以擺脫傳統“三高一低”操作模式的束縛，低氧化性、低渣料消耗勢必影響脫磷效率。再者是高強度底吹與復吹壽命的矛盾，認為高底吹供氣強度勢必造成爐底侵蝕速率增加，影響復吹壽命，要想延長復吹壽命，只能采用小流量底吹強度和底吹元件的集中供氣攪拌。冶煉過程的溫度路徑、成渣規律、多元素氧化協同去除的精準控制是轉爐冶煉的控制難點。不同的轉爐爐型、爐料結構、加入散裝料的品種與順序、頂底復吹匹配、出鋼操作原則等參數組合不同，吹煉過程的反應規律不盡相同，針對吹煉過程中不同時期熱力學與動力學需求，進行高強度頂底復合吹煉實踐的探索，滿足高效率精準冶煉及爐底維護的保障條件。在確保高效率冶煉的前提下，降低冶煉過程的成渣量和低氧化性控制，獲得高潔凈度和溫度匹配的出鋼結果。同時，有效抑制爐渣的過氧化性，大幅度降低底吹透氣元件壽命的維護難度。協調解決，可使轉爐整個吹煉期處于高精度受控狀態，真正實現潔凈鋼生產平臺的技術需求。

2 轉爐煉鋼工藝現狀

圖1 國內轉爐總體結構

為了能解決轉爐煉鋼工藝中所出現的問題，找到解決問題的途徑，因此而展開調查。

2.1 吹煉前期脫磷率低

通過對倒爐取樣，記錄脫磷情況，如表1所示。如表1所示，在吹煉前期的脫磷率平均數值為百分之四十左右，低于其它三個鋼廠，半鋼中磷含量也要低于其他3個廠。這也恰恰說明唐鋼該廠的爐渣脫磷能力的利用程度并不理想。通過檢驗吹氧5min后的爐渣樣本，發現其爐渣中有很多石灰塊，且完全與石灰塊粘到一起而形成了很難進行脫磷反應的石灰坨。而化渣問題是冶煉工藝中十分重要的問題。研究可知吹煉后期，由于平均脫磷率比較低，因此把控鋼鐵質量方便很難達到理想狀態。

表1 國內各廠吹煉前期脫磷數據

2.2 吹煉終點鋼水的碳氧積高

終點鋼水的碳氧積數值是評判冶煉工藝的重要指標，該廠吹煉終點鋼中氧含量如圖1所示。

2.3 轉爐頂吹供氧和底吹供氣情況

在國內大型轉爐生產優質低碳鋼時很少采用恒槍位吹煉法，往往是小轉爐鋼廠才會采用。通過查看化渣情況，想要通過改進噴頭參數、槍位曲線等相關方面來對生產進行優化。

3 轉爐回余鋼煉鋼工藝的開發

3.1 轉爐不留渣

轉爐煉鋼有單渣法、雙渣法和留渣法等。轉爐終渣中含有12%～18%的（FeO），采用留渣法，能夠提高前期渣中（FeO）含量，促進前期渣的熔化，提高前期渣的冶金反應能力，降低石灰消耗。用回余鋼煉鋼時，如果采用留渣法，則渣中（FeO）加劇了前期的碳－氧反應，使之更容易發生噴濺事故，因此，在使用回余鋼煉鋼時，需要倒盡爐內剩余的爐渣。

3.2 倒出部分精煉渣

精煉渣中含有堿度較高的Al2O3等高熔點相，提高了精煉渣的熔點，導致精煉渣進入轉爐后結殼，爐內氣體不易排出，致使回余鋼吹煉前期發生噴濺事故，因此在裝爐前應盡量將回余鋼中的精煉渣倒出。

3.3 確定合適的鐵水、廢鋼裝入量

為了確保轉爐終點鋼水溫度和成分合格，根據回余鋼水的重量，確定合適的鐵水與廢鋼裝入量，鐵水和廢鋼的配比為10：1～12：1，回余鋼中碳、硅、錳等合金元素含量高時取下限值，低時取上限值。回余鋼裝入量+鐵水裝入量+廢鋼裝入量=正常爐次的裝入量，裝入順序為廢鋼→回余鋼→鐵水。

3.4 優化加料制度

①輕燒白云石加入量。為了確保爐渣中（MgO）含量合適，輕燒白云石加入總量為同等條件下石灰加入量的35%～45%。②造渣料加入方式。將回余鋼與鐵水混合后，當金屬液中的碳含量≤1.0%時，石灰和輕燒白云石在開吹后一次性加完。當爐內金屬液初始碳含量≤1.0%時，隨著前期脫碳反應的緩慢進行，爐內金屬液的碳含量逐漸降低，達到碳氧發生激烈反應的溫度后，金屬液中的碳含量已降低至0.60%以下，碳氧反應速度逐漸降低，不會導致噴濺，無需用石灰或輕燒白云石壓制噴濺。再者因碳含量低，吹煉時間較短，如果分批次加入渣料，第2批料來不及完全熔化即已吹煉完畢，造成造渣料浪費。

4 轉爐回余鋼煉鋼工藝應用效果

4.1 提高鋼水質量

根據回余鋼的鋼種和重量，確定合適的鐵水、廢鋼配比以及造渣料的加入量，有助于回余鋼煉鋼時爐內熱平衡控制，轉爐終點命中率由50%提高到90%以上，避免了回余鋼煉鋼時經常發生的補吹和鋼水過氧化現象，提高了鋼水質量。

4.2 減少冒黃煙現象

通過開發回余鋼吹煉工藝，避免了轉爐吹煉因噴濺造成的冒黃煙現象，減輕了對環境的污染，取得了較好的社會效益。

5 轉爐煉鋼工藝優化的主要措施

①氧氣管道壓力損失和噴頭射流流場測定。管道壓力損失測定目的是為氧槍噴頭設計和制定供氧制度提供基礎數據。通過調研分析，該廠在冶煉過程中屬于氧氣管道耗損偏高的一方。②氧射流與熔池作用的水模試驗。通過噴濺試驗可看出，轉爐吹煉過程中化渣成都并不理想，這與金屬噴濺有著直接的關系。如果想要使這一情況得到改善，可通過優化噴頭參數來實現。③優化噴頭參數。分析得出轉爐吹煉工藝的主要問題是初期化渣不好，而想要解決該問題如前文所述，可通過優化噴頭參數來實現。通過增加噴孔，便可大大提升氧射流對熔池攪拌能力的影響，從而減少化渣的形成。④優化吹煉槍位曲線和加強透氣磚維護。吹煉過程中恒槍位操作已經不能滿足吹煉優質產品的要求。因此通過槍位曲線優化的方法，來控制渣中氧化鐵。

6 結語

綜上所述，在轉爐回余鋼煉鋼工藝開發中通過采用轉爐不留渣、倒出部分精煉渣、確定合適的鐵水、廢鋼裝入量、優化加料制度，可以提高鋼水質量，減少冒黃煙現象。這就是我們想想要達到理想的效果，只有通過優化工藝，才能提高產能，還為生產低碳優質深沖鋼打下了堅實的基礎。