熱軋帶肋鋼筋轉爐煉鋼工藝高效低成本生產實踐

惠澤洲，喬 明

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟南 271104）

1 前言

熱軋帶肋鋼筋是萊鋼傳統產品，在用戶中具有較高的聲譽。近年來其他鋼企生產的熱軋帶肋鋼筋產品質量不斷提高，受眾多因素影響，萊鋼熱軋帶肋鋼筋生產成本核心競爭力已明顯不足，對萊鋼熱軋帶肋鋼筋市場競爭力造成一定影響。在保證萊鋼熱軋帶肋鋼筋產品質量的基礎上，降低熱軋帶肋鋼筋生產成本，對于提高萊鋼熱軋帶肋鋼筋市場競爭力意義重大。

2 生產條件

2.1 連鑄機裝備工藝條件

萊鋼煉鋼廠現有3座50 t頂吹轉爐，1座60 t頂吹轉爐，2 座50 t LF，1 座60 t LF，1 臺帶鋼坯連鑄機，2臺小方坯連鑄機，1臺矩形坯連鑄機。小方坯連鑄機主要技術參數：機型為全弧形STEEL-STEK小方坯連鑄機；流數4 機4 流；鑄坯斷面160 mm×160 mm；定尺范圍5.5～10.0 m；速度范圍1.6～2.8 m/min；鑄機圓弧半徑8 m；中間包滿包容量22 t；結晶器型式為弧形管式；銅管長度850 mm；結晶器振動裝置全板簧振動機構；鑄坯冷卻方式為全水冷卻；拉矯機為五輥三驅動。

2.2 工藝流程及主要技術經濟指標

50 t復吹轉爐→吹氬→連鑄鋼包回轉臺→中間包→結晶器→二次冷卻區→拉矯機→火焰切割→冷床。

萊鋼老區熱軋帶肋鋼筋年產量為180 萬t。噸鋼硅錳加入量為19.65 kg，釩氮合金加入量為0.49 kg。轉爐終點碳平均為0.085%，終點殘錳回收率平均為40.16%。

3 存在問題

（1）受入爐原料條件波動和轉爐爐容比小等因素影響，轉爐冶煉前期溢渣量大，過程返干嚴重，脫磷效率低。

（2）轉爐終點碳溫命中率低，鋼水氧化性強，合金回收率低；受合金加入量大、合金價格高、成分控制標準科學性差等原因影響，熱軋帶肋鋼筋合金成本高。

（3）出鋼過程鋼包內鋼水動力不足，鋼水成分均勻性差，初煉鋼水成分控制精度低，精煉工序成分微調成本高。

4 技術方案優化

4.1 轉爐終點精準控制技術

4.1.1 轉爐入爐熱平衡精準控制技術

高爐容積小、入爐原料品位質量差、煉鋼工序鐵水預處理能力不足等因素，導致老區轉爐入爐鐵水成分及溫度波動嚴重，轉爐熱平衡控制差，轉爐冶煉過程溢渣嚴重，終點溫度控制精度不高。2019年轉爐終點溫度不達標點吹爐次比例為18.36%，對轉爐終點溫度精準控制影響較大。萊鋼煉鋼廠根據轉爐冶煉需求，結合鐵水實際情況制定入爐鐵水控制標準（見表1），實施脫硫站鐵水在線溫度調控、選擇性脫硅工藝和入爐鐵水分級控制，在國內率先進行了高標準的廢鋼分類儲存、廢鋼數量和結構比例精準計量，實現入爐鐵水熱量按需控制，并借鑒煙氣分析熔池溫度預報曲線建立入爐原料熱平衡靜態模型，實現入爐原料品位和信息精準控制和入爐熱平衡精準預報，為轉爐輔料和冷料加入提供指導。

表1 入爐鐵水分級控制標準

4.1.2 轉爐輔料分批、低堿度爐渣操作模型

（1）轉爐最佳爐渣模型建立。爐渣堿度和渣中（FeO）是衡量爐渣的關鍵指標，也是影響冶金效果的主要因素，通過研究轉爐各階段爐內爐渣組分對各反應速率影響，得出不同條件下爐渣主要組分控制范圍值，見表2。

表2 轉爐爐渣性質模型

根據冶煉成本最低，爐內快速反應，操作易于控制的原則，結合萊鋼轉爐實際，建立轉爐爐渣性質最佳模型。

（2）轉爐操作模型優化。按照爐渣性質最佳模型要求，根據爐內反應氧量供需量和入爐熱平衡靜態控制模型確定的轉爐輔料、冷料量，對轉爐操作模型進行優化。通過實施冶煉過程均勻布料技術，即開吹按爐渣堿度模型和熱平衡需求加入定量輔料和冷量，達到冶煉起始溫度恒定；硅錳氧化期根據硅、錳氧化速率，分批加入剩余輔料，達到爐渣堿度按需控制；冶煉中期通過均勻布料裝置，將剩余冷料均勻加入爐內，達到爐內溫度均勻上升和爐內爐渣氧化性恒定，實現轉爐各階段爐渣堿度和渣中（FeO）按需精準控制和全程熔池溫度均勻上升。

4.1.3 轉爐終點碳、錳提升技術

轉爐終點由于熔池中碳含量降低，碳氧反應減緩，生成的CO 氣體減少，熔池攪拌能力下降，導致熔池氧化性增加，對轉爐終點錳元素回收和碳含量提升影響較大。通過調整轉爐終點槍位、氧壓平衡熔池碳氧反應，降低轉爐終渣FeO含量。

（1）轉爐終點槍位、氧壓調整。根據弗林納公式看出，轉爐終點熔池氧流穿透深度在0.4～0.7 m時，在爐底不受侵蝕的前提下實現熔池動力最佳，碳氧反應平衡，使轉爐終點碳氧積得到有效降低，轉爐終點熔池穿透深度取決于轉爐終點槍位和氧氣壓力，根據力的平衡原理，考慮壁面效應，結合轉爐終點熔池最佳需氧量，確定轉爐終點最佳槍位和氧壓控制值。

結合最佳槍位和氧壓控制值、實際操作情況、生產組織及氧槍安全等因素，對轉爐終點槍位及氧壓進行調整（見表3）。

表3 轉爐終點槍位及氧壓優化方案（喉口Φ26.9 mm）

（2）轉爐終點殘錳提升控制方案。①冶煉前根據入爐鐵水硅、錳含量確定冶煉前期硅、錳氧化結束時間。②轉爐第一批石灰量按爐渣堿度2.0計算加入，第一批白云石加入量為總量的4/5，冶煉至硅、錳氧化結束時間的3/4時加入剩余石灰量的1/2，并將氧流量減少5%～8%，槍位降低50～200 mm。③硅、錳氧化期結束后將氧流量及槍位恢復正?？刂?，并加入剩余石灰和燒結礦。④冶煉至終點前1 min加入剩余白云石，并將槍位降低150～400 mm。

通過轉爐終點殘錳提升控制方案實施，改善爐內氧化氣氛和爐渣成分，減少冶煉過程錳元素氧化量，增加轉爐終點錳元素還原量，提高轉爐終點鋼水錳元素，降低合金成本。

4.2 動態經濟合金化控制模式

4.2.1 熱軋帶肋鋼筋最佳成分控制標準建立

通過系統分析熱軋帶肋鋼筋各元素對軋材性能影響，根據各類合金市場價格確定熱軋帶肋鋼筋成分最佳控制標準。熱軋帶肋鋼筋主要元素對性能貢獻值及成本對照見表4。

表4 熱軋帶肋鋼筋主要元素對性能貢獻值及成本對照

根據熱軋帶肋鋼筋中各元素對屈服強度貢獻值和單位屈服強度成本，確定熱軋帶肋鋼筋成分控制標準管控思路為“提碳、降硅、控錳釩”，根據熱軋帶肋鋼筋成分工藝要求制定熱軋帶肋鋼筋最佳成分控制標準如表5。

表5 熱軋帶肋鋼筋最佳成分控制標準表（HRB400E-2）%

4.2.2 動態經濟合金替代模型

硅錳平衡低價合金替代模型。為在保證實際生產中熱軋帶肋鋼筋硅錳成分達到最佳控制標準，通過平衡含錳、硅合金中硅錳元素比例，結合轉爐出鋼過程各元回收率制定硅錳平衡低價合金替代模型。

4.3 轉爐出鋼過程鋼水成分高效混勻技術

4.3.1 轉爐出鋼紊流工藝研究與實施

由于紊流對溶液中各溶質的力呈各向異性，在外力相同情況下，溶液中溶質的混勻程度好于對流，混勻時間比對流短，出鋼過程中通過在出鋼前期向鋼水中加入適量碳質脫氧劑，出鋼過程中鋼水中產生的CO氣泡在上升過程中與出鋼口中的鋼流在鋼包中產生紊流（見圖1），實現出鋼過程鋼水各元素快速混勻。

圖1 出鋼模型示意圖

4.3.2 轉爐全程智能吹氬工藝

將吹氬起始時間由精煉到站調整到轉爐出鋼階段，使精煉吹氬工序工藝時間由10 min 減少到8 min 以下。由于出鋼過程吹氬時，鋼包底部氬氣流在出鋼鋼流沖擊和轉爐出鋼前期碳質脫氧產生的CO 攪拌等多力作用下，鋼包攪拌由對流攪拌變為紊流攪拌，增強鋼水均勻能力，全程吹氬工藝將前期底吹氬流量適當降低（見表6），在保證鋼水成分均勻的基礎上，降低吹氬工序熱量損失，由于精煉工序等待時間縮短和吹氬過程底吹氬氣量減少，精煉工序溫降得到有效降低。

表6 底吹氬模型優化

5 應用效果和分析

5.1 轉爐終點控制質量改善

通過實施入爐熱平衡精準控制和轉爐輔料分批低堿度爐渣操作模式，轉爐冶煉過程爐內溫度和爐渣氧化性實現按需控制，轉爐冶金效果明顯改善，轉爐終點溫度控制精度和脫磷率得到提高，轉爐終點碳溫雙命中率由80.20%提高到90.25%，渣中（FeO）由13.89%降至13.21%，轉爐終點碳和殘錳回收率分別提高至0.106%和46.5%，合金加入量大幅降低（見表7）。

表7 轉爐關鍵指標對比

5.2 鋼種成分控制精度明顯提升

通過實施轉爐出鋼過程鋼水高效混均技術和熱軋帶肋鋼筋最佳成分控制標準的建立，熱軋帶肋鋼筋成分控制穩定性明顯提高，其中錳元素控制精度提高12.8%，釩元素控制精度提高11.5%，熱軋帶肋鋼筋碳含量≥0.23% 比例由75.25% 提高至90.68%，產品質量得到本質化穩定（見表8）。

5.3 經濟效益和社會效益顯著

高效低成本熱軋帶肋鋼筋生產工藝使轉爐終點控制精度提高，合金加入量減少，噸鋼成本降低3.8元；產品質量本質化穩定，品牌創效能力明顯增強；轉爐輔料消耗降低，廢物外排壓力降低，實現高效低能耗綠色冶煉，為企業綠色發展奠定基礎。

表8 熱軋帶肋鋼筋性能情況對比

6 結語

通過轉爐終點精準控制、動態經濟化合金化控制、出鋼過程鋼水成分高效混勻等關鍵技術的集成與創新，轉爐生產過程操作穩定和終點控制質量提高，產品質量得到本質化穩定，實現了熱軋帶肋鋼筋高效、低成本冶煉。