陳東輝
(河鋼集團(tuán)宣鋼公司 二鋼軋廠，河北 宣化 075100)
摘要: 為達(dá)到大型復(fù)吹轉(zhuǎn)爐低成本、高效化生產(chǎn)的目標(biāo)，河鋼宣鋼二鋼軋廠針對(duì)品種比提高后工藝和設(shè)備上暴露出來(lái)的問題進(jìn)行了技術(shù)改造。通過取消地磅稱重、優(yōu)化底吹模式、調(diào)整氧槍噴頭參數(shù)、重設(shè)出鋼口形狀等措施，使鐵水入爐溫度提高約 10 ～ 15 ℃，供氧流量提高約 2 500 m3 / h，出鋼時(shí)間縮短至 4． 5min，改善了冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，在強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)上，降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞: 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐； 高效；底吹；氧槍；出鋼口
0 引言
為貫徹國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須大力推行清潔生產(chǎn)，降低生產(chǎn)過程的能源消耗、提高煉鋼產(chǎn)品自身質(zhì)量、創(chuàng)新煉鋼工藝技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，這是我國(guó)由鋼鐵大國(guó)轉(zhuǎn)變成鋼鐵強(qiáng)國(guó)、改粗放型經(jīng)營(yíng)為集約型經(jīng)營(yíng)、變外延式發(fā)展為內(nèi)涵式發(fā)展、實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)持續(xù)發(fā)展的根本途徑。在此背景條件下，以節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)低成本高效化生產(chǎn)，成為煉鋼生產(chǎn)的主要內(nèi)容。本文針對(duì)煉鋼工藝和設(shè)備上暴露出來(lái)的問題，通過相應(yīng)的技術(shù)改造及完善，實(shí)現(xiàn)了煉鋼設(shè)備大型化條件下的低成本高效化生產(chǎn)。
1 工藝裝備現(xiàn)狀
河鋼宣鋼二鋼軋廠共有 2 座 150 t 轉(zhuǎn)爐，為確保實(shí)現(xiàn)良好的冶金效果，均采用頂?shù)讖?fù)吹設(shè)計(jì)，其中氧槍噴頭采用紫銅鍛造工藝制成，噴孔為 5 孔，8 塊底吹磚沿爐底內(nèi)外環(huán)各布置 4 塊，為保證爐役后期底吹效果，底吹磚均采用在線熱更換技術(shù)［1］。轉(zhuǎn)爐主要參數(shù)見表 1。
河鋼宣鋼 2 座 150 t 轉(zhuǎn)爐于 2010 年投產(chǎn)，主要工藝裝備技術(shù)成熟、先進(jìn)、可靠，但隨著使用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)爐相關(guān)配套設(shè)備逐漸老化，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了煉鋼的需求，成為制約煉鋼低成本高效化生產(chǎn)的瓶頸。
2 工藝裝備改造
2． 1 取消地磅，加速鐵罐運(yùn)轉(zhuǎn)效率
河鋼宣鋼二鋼軋廠所用鐵水經(jīng)過長(zhǎng)距離運(yùn)輸，入廠前需經(jīng)地磅進(jìn)行稱量，在此過程中會(huì)損失一部分溫度。加快鐵罐周轉(zhuǎn)效率，可以有效提高入爐鐵水溫度，降低生產(chǎn)成本，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏。為此，二鋼軋廠取消了火車運(yùn)輸鐵水過程中的地磅稱量，按照進(jìn)廠的鐵水罐凈重進(jìn)行結(jié)算。通常轉(zhuǎn)爐煉 1 爐鋼水需要 3 ～ 4 罐鐵水，利用折罐間鐵水平車稱記錄每罐鐵的翻鐵重量，兌好的鐵水由 23#、24#天車吊起，原位暫停 10 s，完成對(duì)起吊重量的采集，然后將數(shù)據(jù)傳入后臺(tái)，標(biāo)記為含渣鐵水。利用天車稱量系統(tǒng)和折罐間平車實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水罐重量的拆分和匹配，以扣減鐵水帶渣量后的鐵水重量計(jì)算煉鐵及煉鋼成本，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。 表 2 為措施實(shí)施前后脫硫鐵水溫度及鐵水罐數(shù)的變化?？梢钥闯觯瑢?shí)施前后供煉鋼用鐵水溫度提升明顯，升幅為 10 ～ 15 ℃，改善效果明顯。
2． 2 優(yōu)化底吹工藝，降低生產(chǎn)成本
轉(zhuǎn)爐底吹工藝是煉鋼工序強(qiáng)化冶煉的手段之一，可以加速煉鋼反應(yīng)的進(jìn)行，有效提高煉鋼生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)高效化生產(chǎn)。目前，150 t 爐區(qū)存在兩種吹煉模式，一種是低合金和普碳鋼系列全程吹氮模式，一種是品種鋼吹煉 12 min 后由氮?dú)馇袚Q成氬氣的模式，于一定程度上造成了能源的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。
為進(jìn)一步提高能源利用效率，降低生產(chǎn)成本，對(duì)現(xiàn)有底吹工藝進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)有鋼種對(duì)轉(zhuǎn)爐底吹工藝的不同需求進(jìn)行分類，總結(jié)歸納出以下 4 種吹煉模式，如表 3 所示。
以上 4 種模式滿足了河鋼宣鋼目前所有的品種要求，且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了程序的自動(dòng)控制。吹煉前根據(jù)鋼種要求選擇供氣模式后，計(jì)算機(jī)根據(jù)吹氧時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行氮?dú)迩袚Q，無(wú)需人工干預(yù)。出鋼結(jié)束后，所有模式都統(tǒng)一切換成氮?dú)?，且可適當(dāng)調(diào)小供氣流量，減少了能源的浪費(fèi)。
底吹供氣流量是底吹工藝的主要控制參數(shù)，大底吹供氣流量是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉前期獲得較高脫磷率的關(guān)鍵之一［2］。在冶煉前期低溫條件下，可合理利用底吹工藝增加熔池?cái)嚢?，為反?yīng)提供動(dòng)力學(xué)條件。
2． 3 使用大流量氧槍，加快煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏
隨著鐵水裝入量的增加，投產(chǎn)之初設(shè)計(jì)的氧槍參數(shù)已不能滿足冶煉要求，造成熔池?cái)嚢枇Σ蛔?。而為提高大型轉(zhuǎn)爐的冶煉強(qiáng)度，加快生產(chǎn)周期，必須保證煉鋼反應(yīng)過程中的動(dòng)力學(xué)條件［3］。因此，在確保裝入制度、造渣制度等合理平衡的基礎(chǔ)上，需對(duì)氧槍噴頭結(jié)構(gòu)及參數(shù)作出修改調(diào)整，以達(dá)到提高化渣能力減少吹煉過程噴濺、提高供氧強(qiáng)度、縮短冶煉周期的冶金效果。
在對(duì)氧槍的改進(jìn)中，設(shè)定供氧時(shí)間、馬赫數(shù)和噸鋼耗氧量不變，維持現(xiàn)行槍體尺寸不變，僅對(duì)槍頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。改進(jìn)前后的氧槍噴頭及冶煉參數(shù)如表 4 所示。
由表 4 可知，改進(jìn)后的氧槍取得了較好的冶金效果，沖擊深度增加了 12．12 mm，供氧流量由35 500 m3 / h提高到 38 000 m3 / h，熔池的攪拌加強(qiáng)， 改善了冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，滿足轉(zhuǎn)爐高裝入量的要求，且吹煉過程平穩(wěn)。
2． 4 改造出鋼口，縮短出鋼時(shí)間
轉(zhuǎn)爐爐襯中，出鋼口具有特殊意義，它是鋼水由轉(zhuǎn)爐進(jìn)入鋼包的唯一通道［4］。由于出鋼口通鋼量大，需一直承受高溫鋼水的沖刷和氧化侵蝕，工作條件相當(dāng)惡劣，一般情況下其壽命很低、更換周期較短。出鋼口的形態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)爐操作有重要的影響，新更換的出鋼口內(nèi)徑較小，出鋼時(shí)間較長(zhǎng)，從而影響冶煉周期，降低生產(chǎn)率；后期出鋼口直徑過大，出鋼時(shí)間較短，對(duì)擋渣操作具有不利影響; 受鋼水長(zhǎng)期侵蝕，出鋼口變形嚴(yán)重，容易引發(fā)出鉆鋼、漏鋼等惡性生產(chǎn)事故。
為提高出鋼口壽命，縮短出鋼時(shí)間，改善冶金效果，對(duì)出鋼口進(jìn)行了以下技術(shù)改造: ( 1) 出鋼口內(nèi)徑改型。最初的轉(zhuǎn)爐出鋼口套管為直筒型，內(nèi)徑 168 mm、外徑 290 mm，長(zhǎng)度1 440 mm，改造后的出鋼口套管為截錐型，外 徑280 mm，大口 170 mm，小口 150 mm，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1 400 mm和1 570 mm兩種，可根據(jù)爐況選擇合適長(zhǎng)度的出鋼口。 ( 2) 保持出鋼口與爐襯同步侵蝕。出鋼口內(nèi)徑擴(kuò)大后，更換時(shí)先對(duì)其進(jìn)行定位，確保每次更換后的出鋼口角度與最初角度一致。生產(chǎn)中根據(jù)爐況通過手投料投補(bǔ)、大面料噴補(bǔ)及丙烷氣吹掃等方法及時(shí)調(diào)整出鋼口附近的爐襯形狀，保證出鋼口附近爐型良好，延長(zhǎng)出鋼口使用壽命。
3 結(jié)論
( 1) 通過取消鐵水入轉(zhuǎn)爐前的地磅稱量，改為用天車稱量系統(tǒng)和折罐間平車實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水罐重量的拆分和匹配，以扣減鐵水帶渣量后的鐵水重量計(jì)算煉鐵及煉鋼成本，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，加速了鐵水罐的熱周轉(zhuǎn)效率，提高鐵水入爐溫度約10 ～ 15 ℃，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能創(chuàng)效；
( 2) 根據(jù)不同的鋼種采取相應(yīng)的供氣模式，并實(shí)現(xiàn)底吹工藝的自動(dòng)化控制，可降低底吹氣體消耗量，在強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本；
( 3) 通過對(duì)氧槍噴頭進(jìn)行調(diào)整，可增加沖擊深度 12．12 mm，提高供氧流量 2500 m3 / h，熔池的攪拌加強(qiáng)，改善了冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，滿足轉(zhuǎn)爐高裝入量的要求；
( 4) 對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼口進(jìn)行改進(jìn)后，再未出現(xiàn)粘鋼現(xiàn)象; 出鋼時(shí)間由原來(lái)的 5 min 縮短至 4．5 min，新出鋼口的磨合期由 1 天縮短為 12 h，單支出鋼口壽命可達(dá) 200 次，冶金效果大幅度提高。
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