楊五存 劉飛 史湘東 裴春玲
（天津鐵廠有限公司 河北 涉縣 056404）
摘 要：針對(duì)天鐵180噸轉(zhuǎn)爐冶煉周期長，產(chǎn)能低，能耗高的問題，對(duì)供氧強(qiáng)度、出鋼口直徑、出鋼溫度和廢鋼加入量等煉鋼工序進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。結(jié)果表明，工序改進(jìn)優(yōu)化后，冶煉周期明顯縮短，月產(chǎn)能最高可達(dá)42萬噸；工序成本逐月下降，并穩(wěn)定在400元/噸以內(nèi)，降本增效效果顯著，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；降本增效；供氧強(qiáng)度；出鋼口
隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的不斷深入，鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗的需求日益明顯。轉(zhuǎn)爐煉鋼作為最主要的煉鋼方法，其鋼產(chǎn)量約占我國鋼鐵總產(chǎn)量的70%以上，通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)等措施，有效控制轉(zhuǎn)爐冶煉成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益成為鋼鐵企業(yè)生存和發(fā)展的唯一出路。
近幾年，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐圍繞著降本增效的目標(biāo)，實(shí)施強(qiáng)化生產(chǎn)、優(yōu)化工藝、改進(jìn)備等措施，取得了部分研究進(jìn)展[1-5]。首秦金屬材料有限公司積極調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，降低入爐原料成本，并對(duì)爐況實(shí)行精細(xì)化管理，保持爐內(nèi)長期順穩(wěn)[6]；遷安軋一鋼鐵有限公司進(jìn)行燒結(jié)礦直接加入轉(zhuǎn)爐冶煉實(shí)踐，最大程度的利用含鐵輔料，提高煉鋼效率，減少廢鋼使用量，降低生產(chǎn)成本[7]；柳鋼進(jìn)行配加廢鋼生產(chǎn)實(shí)踐，利用實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析配加廢鋼后的降燃燒比效果，降低噸鋼生產(chǎn)成本[8]；漣源鋼鐵有限公司優(yōu)化裝入制度，通過鐵水、廢鋼、礦石等資源的合理搭配，依靠自動(dòng)煉鋼模型計(jì)算礦石加入量，合理調(diào)整礦石加入方式、氧槍槍位等保證冶煉過程的平穩(wěn)進(jìn)行，鋼鐵料成本明顯降低[9]。
1 煉鋼工藝調(diào)整
天鐵熱軋煉鋼系統(tǒng)裝備主要包括，一座1300燉的混鐵爐和一座倒灌站為煉鋼供應(yīng)鐵水。兩座鐵水脫硫設(shè)施對(duì)鐵水硫含量進(jìn)行控制，為下一道工序提供優(yōu)質(zhì)的鐵水，減輕煉鋼的負(fù)荷。兩座180噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，進(jìn)行冶煉（粗煉）作業(yè)。兩座LF精煉爐和一座三車五位RH精煉爐，對(duì)粗煉的鋼水進(jìn)一步凈化，不斷提高鋼水質(zhì)量和鋼水純凈度，為冶煉高附加值產(chǎn)品提供了設(shè)備的保障。為積極應(yīng)對(duì)鋼鐵行業(yè)的各種挑戰(zhàn)，改善轉(zhuǎn)爐冶煉周期長，產(chǎn)能低，能耗高的問題，天鐵于2019年2月開始著手進(jìn)行工序優(yōu)化，主要包括以下幾個(gè)方面，如圖1所示：
（1）提高供氧強(qiáng)度，縮短吹氧時(shí)間；
（2）調(diào)整出鋼口直徑，保證合理出鋼時(shí)間；
（3）做好鋼包烘烤，降低出鋼溫度；
（4）提升廢鋼加入量，降低鐵耗。
圖1 天鐵轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝優(yōu)化措施
氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程控制的目的是使操作穩(wěn)定，縮短冶煉時(shí)間，降低各種能耗，提高終點(diǎn)命中率，從而達(dá)到“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和省力”的目的[10-11]。具體地講，吹煉控制要求盡可能快的形成堿性渣，快速降低碳和成渣速度加快，在盡可能少加入輔助材料消耗的條件下，保證鋼水充分脫硫、脫磷。合理的氧槍設(shè)計(jì)使吹煉過程中噴濺和溢渣減少，爐齡增長，金屬收得率高，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)更符合要求，能源消耗少。
天鐵熱軋180噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐原氧槍噴射角度為15度，流量為38000m3/h。吹煉過程存在吹氧時(shí)間長較約為15-16min，終點(diǎn)爐渣TFe高，噴濺嚴(yán)重，鋼水回收率低，工序成本高等問題。針對(duì)此情況，根據(jù)該鋼廠的鐵水條件和設(shè)備狀況，將氧槍噴頭噴射角度調(diào)整為13.5度，流量調(diào)整為43500m3/h。
改進(jìn)后的氧槍噴頭氧氣流量增加，噴孔夾角變小，喉口直徑變大，說明新的噴頭供氧強(qiáng)度增加，熔池?cái)嚢枘芰υ鰪?qiáng)，沖擊深度增強(qiáng)，使得爐內(nèi)反應(yīng)提前。根據(jù)天鐵干法除塵冶煉工藝，前期90秒不允許加入任何物料的特點(diǎn)，槍位采用低—高—低的槍位控制。即前期槍位稍低，控制在1400mm，促進(jìn)爐內(nèi)反應(yīng)快速化渣提溫脫磷；4min后提槍至1700mm，消除前期泡沫渣，然后根據(jù)爐渣情況逐步降槍至1600mm，中期槍位按照1600mm控制，主要控制爐渣化透化好，利用物料調(diào)節(jié)和槍位小幅波動(dòng)減少返干和噴濺；后期根據(jù)化渣情況，氧槍降至1200mm，增加熔池?cái)嚢瑁档蜖t渣氧化性。新舊噴頭的槍位控制如圖2所示：
圖2 新舊噴頭槍位控制
經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，冶煉效果明顯見好，吹氧時(shí)間縮短1.5分鐘左右，終點(diǎn)FeO降為16%左右，轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉反應(yīng)快、攪拌強(qiáng)、操作平穩(wěn)，鋼水成份均勻。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示返干時(shí)間縮短了0.43min，轉(zhuǎn)爐噴濺率由舊噴頭的42.6%降低至新噴頭的8.9%，噴濺率降低明顯。噴頭改變前后轉(zhuǎn)爐噴濺情況如圖3所示：
圖3 噴頭改變前后轉(zhuǎn)爐噴濺情況
1.2調(diào)整出鋼口直徑，保證合理出鋼時(shí)間
出鋼口作為鋼水由轉(zhuǎn)爐進(jìn)入鋼包的唯一通道，每爐鋼出鋼前期，出鋼口內(nèi)部耐材受高溫鋼水的摩擦沖刷和氧化侵蝕，使轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)耐材減少，出鋼口內(nèi)徑慢慢變大；出鋼快結(jié)束時(shí)，隨著鋼水出完，流出的爐渣又在出鋼口內(nèi)壁堆積，如此反復(fù)，轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)慢慢形成又厚又硬的爐渣，起到保護(hù)出鋼口的作用，當(dāng)出鋼口壽命達(dá)到后通過擴(kuò)孔機(jī)鉆孔更換出鋼口[12-13]。
天鐵熱軋?jiān)鲣摽谥睆綖?60mm，出鋼時(shí)間最長達(dá)到了10min以上，因前期出鋼時(shí)間過長，出鋼過程中鋼水靜壓力和沖刷力使得出鋼口內(nèi)部粗糙，造成生產(chǎn)節(jié)奏慢、鋼水溫降大、出鋼口壽命短、轉(zhuǎn)爐小面侵蝕過快等問題。通過分析，將出鋼口直徑由160mm逐步擴(kuò)大到210mm，來實(shí)現(xiàn)減少出鋼時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果表明，出鋼口直徑擴(kuò)大，岀鋼時(shí)間縮短，新出鋼口出鋼時(shí)間在5分半左右，出鋼口的形狀保持較好，壽命大幅提升，壽命由180次提高到350次以上。
對(duì)鋼包烘烤系統(tǒng)進(jìn)行改造，將普通式燒嘴改造為蓄熱式燒嘴。規(guī)范在線烘烤技術(shù)，加強(qiáng)監(jiān)督和檢查，保證鋼包烘烤時(shí)間，確保出鋼時(shí)鋼包包襯溫度在950℃以上。規(guī)定鋼包就位后，轉(zhuǎn)爐必須2min內(nèi)出鋼，以減少鋼包等待造成的溫度損失。
通過加大鋼包管理力度，鋼包溫度大于950℃的比例達(dá)到了90%以上。另外出鋼口優(yōu)化和氧槍的優(yōu)化，使得整體溫度損失相應(yīng)減少，出鋼溫度由1670℃降低到1630℃，從而使得爐況明顯好轉(zhuǎn)，爐型保持良好，爐齡由8000爐提升到13000爐。
1.4提升廢鋼加入量，降低鐵耗
無論短期經(jīng)濟(jì)利益看，還是從長期經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益看，提高廢鋼比都是歷史發(fā)展的必然，同時(shí)也是公司發(fā)展的最佳選擇[14-15]。天鐵經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，通過單獨(dú)加大廢鋼斗的尺寸，不能滿足廢鋼的加入量。通過反復(fù)討論，決定除了對(duì)廢鋼斗加大增加廢鋼加入量外，對(duì)工序進(jìn)行改造，增加廢鋼的加入點(diǎn)。在混鐵爐區(qū)域，采用向鐵包內(nèi)加入鋼筋壓塊方法，主要利用天車進(jìn)行具體操作；倒灌站采用加入破碎料的方法，主要是在吊包口加設(shè)溜管和除塵設(shè)備，利用鏟車向鐵包內(nèi)加入；在爐后區(qū)域同樣加入除塵家口和溜管，加入潔凈廢鋼，通過多工序的廢鋼加入，滿足了廢鋼加入量的要求，一直以來鐵耗保持在950kg左右，廢鋼加入量維持在15t左右。通過調(diào)整輔料加入量，保證爐渣堿度R在3.2左右，廢鋼加入量調(diào)整為40-50t，鐵耗降低到800kg以下。
2降本增效效果
轉(zhuǎn)爐渣中TFe含量過高會(huì)導(dǎo)致在冶煉過程中嚴(yán)重侵蝕爐襯，降低爐齡；鐵損增加，石灰消耗增加，從而增加冶煉成本。煉鋼工序改進(jìn)優(yōu)化后，TFe含量逐月下降，TFe含量由22%降低到16%左右，鋼水回收率提高2%。TFe含量變化情況如圖4所示：
圖4 TFe含量變化情況
2.2制造成本降低
通過工序優(yōu)化，冶煉節(jié)奏加快，生產(chǎn)連續(xù)順行，冶煉指標(biāo)大大好轉(zhuǎn)，煉鋼冶煉制造成本得到有效的控制，工序優(yōu)化前煉鋼制造成本最高685元/噸，優(yōu)化后制造成本穩(wěn)定在400元/噸左右，最低達(dá)到394元/噸。煉鋼工序優(yōu)化前后制造成本情況如圖5所示：
圖5 煉鋼工序優(yōu)化前后成本
2.3產(chǎn)能提高
煉鋼系統(tǒng)生產(chǎn)順利，操作穩(wěn)定，冶煉周期明顯縮短，產(chǎn)能得到了很大的釋放。優(yōu)化前月產(chǎn)能最高達(dá)到28萬噸，優(yōu)化后最高月產(chǎn)能達(dá)到了42萬噸。煉鋼工序優(yōu)化前后月產(chǎn)能情況如圖6所示：
圖6 煉鋼工序優(yōu)化前后月產(chǎn)量
3 結(jié)論
天鐵通過對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼工序進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后，取得了顯著成效，主要包括以下內(nèi)容：
（1）對(duì)供氧強(qiáng)度、出鋼口直徑、出鋼溫度和廢鋼加入量等煉鋼工序進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后，使得吹氧時(shí)間縮短、出鋼時(shí)間合理、出鋼溫度降低、鐵耗降低。
（2）煉鋼工序成本逐月下降，并穩(wěn)定在400元/噸左右，有效控制企業(yè)生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的低成本化。
（3）轉(zhuǎn)爐煉鋼過程平穩(wěn)運(yùn)行，冶煉周期明顯縮短，產(chǎn)能得到釋放，企業(yè)生產(chǎn)能力提高，從而帶來客觀經(jīng)濟(jì)效益。
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