趙 龍 1 , 康欣蕾 2 , 張立強(qiáng) 2
(1.陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司, 廣東 陽(yáng)春 529600; 2.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院, 安徽 馬鞍山 243032)
摘 要:為了保證鋼產(chǎn)量,提高廢鋼用量,降低護(hù)爐的成本以及提高經(jīng)濟(jì)效益,通過(guò)理論及生產(chǎn)實(shí)踐,從冶煉護(hù)爐、濺渣護(hù)爐、日常補(bǔ)爐三方面著手對(duì)轉(zhuǎn)爐低鐵耗冶煉進(jìn)行研究,并針對(duì)爐況侵蝕情況提出了改進(jìn)措施。通過(guò)降低鐵水比,減輕了因轉(zhuǎn)爐冶煉熱量不足、終點(diǎn)命中率低、后吹率高、終點(diǎn)鋼水過(guò)氧化多而造成的轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕嚴(yán)重和轉(zhuǎn)爐漏鋼事故。結(jié)果表明,通過(guò)低鐵耗生產(chǎn)模式的運(yùn)行,使得轉(zhuǎn)爐操作技能得到質(zhì)的飛躍。
關(guān)鍵詞:低鐵耗;轉(zhuǎn)爐;護(hù)爐;濺渣;廢鋼
0 引言
鋼鐵具有“工業(yè)糧食”的稱號(hào),是實(shí)現(xiàn)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展中不可或缺的重要資源。近年來(lái),我國(guó)在金屬冶煉行業(yè)上發(fā)展較快,并且鋼鐵在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占有較大份額。隨著社會(huì)的進(jìn)步,對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高[1]。鐵水既是煉鋼的主要金屬料又是提供轉(zhuǎn)爐冶煉的主要熱源,占比較大,迫于環(huán)保及成本壓力,多數(shù)企業(yè)采購(gòu)低品位鐵礦石 (鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)54%),鐵水量供應(yīng)不足。就目前來(lái)說(shuō),轉(zhuǎn)爐煉鋼法是最主要的煉鋼方式,而對(duì)于濺渣護(hù)爐技術(shù)來(lái)說(shuō),此技術(shù)可以節(jié)約生態(tài)資源,并且在一定程度上可提高對(duì)轉(zhuǎn)爐的利用率。爐齡是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項(xiàng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[ 2],1991 年美國(guó) LTV 鋼鐵公司印第安納港廠首先開(kāi)始采用濺渣技術(shù),而我國(guó)于 1994 年開(kāi)發(fā)出濺渣護(hù)爐技術(shù),經(jīng)過(guò)兩年半時(shí)間的實(shí)踐研究,使得濺渣護(hù)爐技術(shù)在我國(guó)得到推廣[3]。提高爐齡的好處不僅在于能夠盡可能地減少耐火材料的能耗,還可以降低生產(chǎn)成本,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,這樣就使得生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)順。同時(shí),在一定程度上,濺渣技術(shù)也是提高轉(zhuǎn)爐爐齡最有效并且最為經(jīng)濟(jì)的方式[4]。
面對(duì)當(dāng)今鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì),對(duì)護(hù)爐工藝進(jìn)行優(yōu)化處理,提高轉(zhuǎn)爐的爐齡,降低護(hù)爐的成本以及提高經(jīng)濟(jì)效益成為最主要生產(chǎn)方針[5]。人們對(duì)于鋼鐵的需求量日益增加,然而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)在生產(chǎn)中存在生產(chǎn)效率不高、能耗較為嚴(yán)重等一系列問(wèn)題,很難適應(yīng)當(dāng)今鋼鐵行業(yè)發(fā)展的需求。為了有效解決低碳鋼冶煉中存在的爐襯侵蝕嚴(yán)重和鐵損高等難題[6],以陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠的 2 座 120 t 頂吹轉(zhuǎn)爐為例進(jìn)行研究,2 座轉(zhuǎn)爐爐齡在 23 000~28 000 爐,隨著鐵耗降低至 750 kg/t 左右,護(hù)爐問(wèn)題日益嚴(yán)峻,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,煉鋼廠的工藝操作水平也在不斷優(yōu)化、與時(shí)俱進(jìn)。通過(guò)對(duì)冶煉護(hù)爐、濺渣護(hù)爐、強(qiáng)制補(bǔ)爐等方面進(jìn)行了分析,并針對(duì)性地提出了改進(jìn)措施,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中取得了良好的應(yīng)用效果,從而提高了護(hù)爐效果以及轉(zhuǎn)爐爐型的穩(wěn)定控制[7]。
1 濺渣護(hù)爐技術(shù)的使用
進(jìn)入 2021 年,各鋼廠均把多吃廢鋼作為煉鋼過(guò)程中重要的節(jié)能措施來(lái)抓,較為先進(jìn)的一些鋼廠鐵耗已降至 780 kg/t 以下,但鐵耗的降低給轉(zhuǎn)爐爐況維護(hù)帶來(lái)了困難,圖 1 為 2022 年每月平均的鐵損耗。
為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及轉(zhuǎn)爐高爐齡下的安全運(yùn)行,將煉鋼廠 2 座轉(zhuǎn)爐的冶煉鐵耗降至 780 kg/t,此時(shí)轉(zhuǎn)爐安全穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)平均出鋼溫度達(dá)到≤1 630 ℃。該研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于降低出鋼溫度,并提高一次命中的冶煉護(hù)爐。此項(xiàng)目在實(shí)施前轉(zhuǎn)爐噸鋼鐵耗基本達(dá)到750 kg/t,轉(zhuǎn)爐爐殼溫度經(jīng)常出現(xiàn) 350 ℃的報(bào)警溫度,整個(gè)爐膛熔池渣線及接縫處見(jiàn)磚,轉(zhuǎn)爐液面經(jīng)常在-200~-100 mm 波動(dòng),轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)為 w(C)<0.05%的過(guò)氧化鋼,并且過(guò)氧化率達(dá)到 20%以上。本文通過(guò)采取冶煉護(hù)爐手段和濺渣護(hù)爐手段,有效降低了爐襯侵蝕速度,同時(shí)通過(guò)提高轉(zhuǎn)爐運(yùn)行效率、減少補(bǔ)爐時(shí)間來(lái)增加鋼產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。
2 濺渣護(hù)爐關(guān)鍵原因分析
2.1 渣料配比
研究人員[8]在工業(yè)生產(chǎn)初期對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉工藝進(jìn)行了系統(tǒng)性地研究,濺渣技術(shù)是目前能夠提高轉(zhuǎn)爐煉鋼壽命最為關(guān)鍵的技術(shù)手段,其基本原理是利用氧化鎂和爐渣反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的物質(zhì)作為耐材層來(lái)保護(hù)爐襯。爐渣的堿度對(duì)于具有高熔點(diǎn)物質(zhì)的產(chǎn)生有直接影響,同時(shí) MgO 和 FeO 含量又影響著保護(hù)層的強(qiáng)度。通過(guò)優(yōu)化渣料之間的配比關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)渣堿度、w(MgO)、w(FeO)的實(shí)時(shí)跟蹤,并調(diào)整輕燒鎂球的用量,在轉(zhuǎn)爐出鋼以后,會(huì)出現(xiàn)很多終渣,而這些終渣又可以補(bǔ)充下一爐的冶煉,為了滿足這一需求,主要通過(guò)調(diào)節(jié)渣的黏度以及氧化鎂的含量來(lái)實(shí)現(xiàn),這項(xiàng)技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)便,且可以提高轉(zhuǎn)爐爐齡和生產(chǎn)效率。
對(duì)爐襯厚度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方式為由人工肉眼進(jìn)行判斷,這將會(huì)造成以下問(wèn)題:人工肉眼誤判會(huì)導(dǎo)致?tīng)t體漏鋼;人工操作不當(dāng),過(guò)量投入補(bǔ)爐料,會(huì)導(dǎo)致?tīng)t襯一些地方過(guò)厚,并且影響后續(xù)操作。而此次實(shí)踐通過(guò)激光測(cè)厚儀測(cè)量轉(zhuǎn)爐爐襯厚度,比較濺渣的效果,并根據(jù)爐襯厚度的變化趨勢(shì)調(diào)整渣堿度及 w(MgO),在不洗爐的前提下維持正常爐型,同時(shí)將液面控制為 120 t/-200 mm~120 t/-600 mm。
2.2 出鋼溫度
出鋼溫度直接關(guān)系到終渣溫度,需要把控好出鋼溫度,重點(diǎn)推進(jìn)冶煉周期≤28 min/ 爐鋼,同時(shí)優(yōu)化直接開(kāi)澆以及開(kāi)澆第二爐的溫度變化,確保出鋼溫度分別降低 5 ℃、10 ℃,全面深化鋼水罐加蓋,進(jìn)一步降低出鋼溫度到 1 628 ℃以下,具體出鋼溫度如表 1 所示。
同時(shí)提出終點(diǎn) w(C)≥0.10%等樣點(diǎn)一倒出鋼操作,規(guī)范出鋼時(shí)長(zhǎng)等基礎(chǔ)工作,最終實(shí)現(xiàn)過(guò)氧化率≤ 15%、一倒出鋼占比≥90%,圖 2 為一倒出鋼率及平均出鋼溫度情況。
2.3 護(hù)爐時(shí)間
根據(jù)鋼筋壓塊使用量大、易卡爐口的特點(diǎn),多采用雙槽廢鋼模式,以減少卡爐口和沖擊前大面,從而減少前大面補(bǔ)爐次數(shù),提升轉(zhuǎn)爐作業(yè)率和鋼產(chǎn)能。同時(shí)加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐爐口的特護(hù)工作,提高打爐口頻率和規(guī)范打爐口頻次,按 4 爐鋼 / 次且 3 min/ 次的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,同時(shí)做好拆爐機(jī)、打爐口操作的監(jiān)護(hù),在降低打爐口超時(shí)控速現(xiàn)象的同時(shí)確保轉(zhuǎn)爐爐口壽命在 12 000 爐以上,達(dá)到一個(gè)爐役只換一次水冷爐口的要求。
3 爐況侵蝕原因分析及改善措施
通過(guò)對(duì)產(chǎn)生爐況侵蝕的原因進(jìn)行分析,針對(duì)轉(zhuǎn)爐低鐵耗冶煉,從冶煉護(hù)爐、濺渣護(hù)爐、日常補(bǔ)爐三方面入手,系統(tǒng)性地調(diào)整操作,做好護(hù)爐工作[9],從而實(shí)現(xiàn)爐況的穩(wěn)定運(yùn)行,其中陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司 2 號(hào)轉(zhuǎn)爐在鐵耗 750 kg/t 以內(nèi),實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,爐齡達(dá) 23 928 爐,未發(fā)生漏鋼事故。
3.1 終渣氧化性增強(qiáng)
3.1.1 原因分析
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況,鐵耗由 900 kg/t 降至目前的750 kg/t,終點(diǎn) w(C)由 0.10%降低至目前 0.04%,終渣w(FeO)由原來(lái)的 10%提高至目前的 18%左右,終渣氧化性大大增強(qiáng),加劇了爐襯的化學(xué)侵蝕,起不到冶煉護(hù)爐的作用。受品種大綱及工藝路線(轉(zhuǎn)爐→鋼包吹氬→連鑄)的影響,轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度偏高,為 1 650 ℃,高溫侵蝕加劇,終渣情況如表 2 所示。
3.1.2 改善措施
若在吹煉時(shí),未能把握住吹煉的時(shí)間與流量,這會(huì)造成轉(zhuǎn)爐的爐襯遭受侵蝕,并且會(huì)降低轉(zhuǎn)爐爐齡。侵蝕爐襯主要受強(qiáng)氧化性和高溫影響,終渣氧化性增強(qiáng)通過(guò)降低出鋼溫度來(lái)彌補(bǔ),加入適量的降溫劑,從而保證爐內(nèi)熱平衡,實(shí)現(xiàn)較小的碳氧積差距,進(jìn)而減少爐襯侵蝕。通過(guò)將出鋼口內(nèi)徑由 170 mm 擴(kuò)大到200 mm,平均出鋼時(shí)間由 5 min 降低至 3 min。
壓縮鋼水在精煉站的吹氬時(shí)間,將吹氬時(shí)間由13 min 調(diào)整至 7 min,可降低溫度損失 3 ℃/min,系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)降低連鑄上臺(tái)溫度,通過(guò)低溫快拉,加快全系統(tǒng)的周轉(zhuǎn),降低熱損失,在品種大綱及工藝路線(轉(zhuǎn)爐→鋼包吹氬→連鑄)未改變的前提下,平均出鋼溫度由1 650 ℃降至 1 620 ℃左右,在多頻次操作調(diào)節(jié)下,此時(shí)的溫度與理論數(shù)據(jù)相吻合[10]。
3.2 濺渣效果不佳
3.2.1 原因分析
濺渣護(hù)爐技術(shù)主要為在轉(zhuǎn)爐出完鋼之后加入適量的調(diào)渣劑,使 MgO 和爐渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生高熔點(diǎn)的物質(zhì)[11]。轉(zhuǎn)爐終渣氧化性增強(qiáng)大大稀釋了MgO 含量,造成終渣飽和度不夠,濺渣層不耐侵蝕,爐型不穩(wěn)定。終渣黏度極大降低,在濺渣護(hù)爐過(guò)程出現(xiàn)濺不起和濺不干的現(xiàn)象,濺渣護(hù)爐效果大打折扣[12]。濺渣過(guò)程調(diào)入渣料不能完全熔化,起不到調(diào)渣作用。
3.2.2 改善措施
濺渣材料通常采用改性料并配合加入適量的白云石[13]。優(yōu)化入爐渣料以減少溫度損失,使用鎂球代替輕燒白云石。輕燒白云石 w(MgO)為 33%,鎂球w(MgO)為 65%,1 t 鎂球的 w(MgO)相當(dāng)于 2 t 輕燒白云石,兩者的冷卻效應(yīng)基本相同,1 t 輕燒白云石或鎂球約影響熔池溫度 8 ℃。因此,采用鎂球代替輕燒白云石,可降低渣料加入量,熔池溫降相應(yīng)降低 8~10 ℃,爐渣料優(yōu)化后實(shí)現(xiàn)了爐渣 MgO 含量的精確控制,這也滿足了濺渣工藝的要求[14]。
濺渣操作時(shí)最為核心的問(wèn)題是需將濺起的爐渣冷卻到其熔點(diǎn)以下,同時(shí)使其在爐襯表面固化[15]。以往是在濺渣開(kāi)始加入調(diào)渣劑,而后進(jìn)行濺渣護(hù)爐(濺渣時(shí)間為 2~3 min,物料不能完全熔化)。為了滿足濺渣護(hù)爐的要求,采取了減少低熔點(diǎn)物的措施,從而提高爐渣的耐火度。本方案優(yōu)化了加料時(shí)機(jī),并且做到了優(yōu)化轉(zhuǎn)爐裝入制度及造渣制度[16],在出鋼開(kāi)始時(shí)在爐內(nèi)加入 100 kg 改質(zhì)劑,利用改質(zhì)劑 w(MgO)=55%、w(C)=10%的特性,出鋼時(shí)間段內(nèi) C-O 發(fā)生的反應(yīng)將利于改質(zhì)劑開(kāi)裂并熔化,從而達(dá)到降低終渣氧化亞鐵含量、提高終渣 MgO 含量和調(diào)渣的作用,如表 3 所示,通過(guò)加入改質(zhì)劑使?fàn)t渣濺得起、掛得牢。
在濺渣過(guò)程添加含碳和含鎂的材料來(lái)達(dá)到降低渣中 TFe 含量和提高 MgO 含量的目的[17]。從數(shù)據(jù)分析可知,出鋼加入改質(zhì)劑的爐次終渣 w(FeO)平均降低1.83%,w(MgO)增加 0.36%。針對(duì)低鐵耗爐型波動(dòng)大、爐底吃進(jìn)問(wèn)題時(shí),采取在濺渣開(kāi)始時(shí)從兩側(cè)下料口各加入 300 kg 底灰的方式,使?fàn)t底黏渣,從而控制合理的爐型。濺渣標(biāo)準(zhǔn)為爐渣盡可能地均勻覆蓋在爐襯四周,濺渣覆著層沒(méi)有垮塌現(xiàn)象,同時(shí)沒(méi)有液態(tài)渣[18]。通過(guò)建立自動(dòng)濺渣模型,針對(duì)爐型的不同狀況統(tǒng)一各班組操作,從而迅速改善爐況。
3.3 護(hù)爐時(shí)間不足
3.3.1 原因分析
廢鋼結(jié)構(gòu)以大型鋼筋壓塊和工業(yè)壓塊為主,廢鋼對(duì)爐襯前大面沖擊力度特別大,爐襯前大面受損嚴(yán)重,急需維護(hù)。隨著鐵耗由原來(lái) 900 kg/t 降至 750 kg/t,日產(chǎn)爐數(shù)也由 70 爐提高至目前最高 102 爐,每天停爐1 h 補(bǔ)爐給轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的提升帶來(lái)了阻力,對(duì)補(bǔ)爐方式進(jìn)行優(yōu)化勢(shì)在必行。
3.3.2 改善措施
在轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí),通過(guò)增加廢鋼量從而減少鐵水量,也就是采用低鐵耗煉鋼模式進(jìn)行生產(chǎn)[19]。優(yōu)化廢鋼配比,在鐵水 w(Si)<0.3%使用 4~10 t 生鐵塊代替部分廢鋼,等量生鐵塊的冷卻效應(yīng)大約為等量廢鋼冷卻效應(yīng)的 4/5,此外生鐵塊含有一定量的硅,隨著生鐵塊的熔化釋放出一定量的硅元素,硅是主要的發(fā)熱元素之一,在一定程度上彌補(bǔ)了一些溫度的損失,每1 000 kg 生鐵取代廢鋼可以減少爐內(nèi) 7 ℃左右的溫度損失。利用好熱平衡,提高終點(diǎn)命中率,從而減少后吹次數(shù)達(dá)到護(hù)爐效果[20]。
而對(duì)于補(bǔ)爐而言,補(bǔ)爐是當(dāng)轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)突發(fā)性的破壞或者對(duì)轉(zhuǎn)爐容易被侵蝕部位進(jìn)行停爐或者不停爐的修理作業(yè)[21]。在低鐵耗生產(chǎn)組織模式下,需要加大補(bǔ)爐頻率,但又不能降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率,因此選用 w(MgO)=47.82%、w(CaO)=44.19%、相對(duì)密度為3.1~3.6、塊度為 100~150 mm 的菱鎂礦,其與爐渣的黏合性好,且耗時(shí)短(只需 5 min),加入大約 1 t 菱鎂礦后在爐渣冷凝護(hù)爐的同時(shí),以爐渣高溫將菱鎂礦燒結(jié)冷卻在受損的爐襯部位,在澆次中每班完成一次菱鎂礦渣補(bǔ),這樣就減輕了前大面受鐵水及廢鋼的沖擊損傷[22]。
4 結(jié)論
1)在開(kāi)始出鋼、濺渣之前加入 w(MgO)=55%、w(C)=10%的改質(zhì)劑,利用其含碳特性,在出鋼時(shí)間段內(nèi)的碳氧反應(yīng)利于改質(zhì)劑開(kāi)裂并有足夠時(shí)間熔化,真正達(dá)到提高終渣 MgO 含量和調(diào)渣的作用,使?fàn)t渣濺得起、掛得牢,穩(wěn)定爐況。濺渣從兩側(cè)加入底灰,有效穩(wěn)定了爐底高度,便于進(jìn)行終點(diǎn)壓槍操作的同時(shí),降低終渣氧化亞鐵含量,降低對(duì)爐襯的侵蝕。
2)利用菱鎂礦渣補(bǔ),耗時(shí)短、組織靈活、可減輕前大面受鐵水及廢鋼的沖擊損傷,并能有效維持 12 h 左右的穩(wěn)定生產(chǎn)。在低鐵耗模式下優(yōu)化物料加入及廢鋼配比,實(shí)現(xiàn)了冶煉熱平衡,減少了后吹次數(shù),冶煉終點(diǎn)的強(qiáng)過(guò)氧化能減輕對(duì)爐襯的侵蝕。
3)在此期間,鐵耗由 900 kg/t 降低至 750 kg/t,最高爐齡由 22 945 爐提升到 27 927 爐,爐襯磚侵蝕速度由 0.01 743 mm/ 爐降至 0.01 430 mm/ 爐,使得煉鋼生產(chǎn)進(jìn)入良性循環(huán),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
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