彭 琦， 梁少鵬

（龍門鋼鐵有限責任公司， 陜西 韓城 715400）

摘 要：陜鋼集團龍鋼煉鋼廠采用生鐵塊補爐后出現(xiàn)了磷高和補吹率高等問題，為進一步科學有效補爐，龍鋼煉鋼廠開展了生鐵塊補爐工藝優(yōu)化探索，以穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐補爐后的操作。利用轉(zhuǎn)爐火焰分析系統(tǒng)動態(tài)校正，對轉(zhuǎn)爐冶煉過程渣量進行計算，建立生鐵塊計算方案。通過生鐵塊計算，獲到每次補爐所需生鐵塊的精確量。生鐵塊補爐工藝優(yōu)化后，實現(xiàn)了補爐后第一爐一倒磷合格率提高了 19.1%，補吹率降低了 26.1%，轉(zhuǎn)爐年工序時間節(jié)約了 4 752 min，節(jié)約生鐵成本 1 774.08 萬元。

關鍵詞：轉(zhuǎn)爐；生鐵塊；轉(zhuǎn)爐渣；補爐；工藝優(yōu)化

0 引言

轉(zhuǎn)爐生鐵塊補爐是利用生鐵塊中的化學元素，降低渣中的 TFe 含量，析出高熔點的鈣鎂化合物，從而達到爐渣補爐的目的，可提高耐材壽命，降低噸鋼成本。生鐵塊補爐技術是轉(zhuǎn)爐冶煉完成后，不倒終渣，將準備好的生鐵塊倒入轉(zhuǎn)爐大面受損嚴重部位，將轉(zhuǎn)爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉(zhuǎn)爐 5 min 左右，待生鐵塊與爐渣黏合后，搖正轉(zhuǎn)爐進行濺渣護爐，使渣料濺至爐腔爐壁，濺渣護爐完畢后倒掉渣料，進行下一爐冶煉^[1-2]。

陜鋼集團龍鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐爐襯主要受到鐵水和廢鋼的機械沖刷，前大面爐襯維護頻繁，且終點的過氧化爐渣對爐襯也會造成侵蝕。龍鋼 120 t 轉(zhuǎn)爐全爐役（18 000 爐左右）使用補爐料 10 t 左右，其中絕大部分的補爐料都使用生鐵塊，每爐用量達到了 6 t。轉(zhuǎn)爐在補完爐后出現(xiàn)磷高和補吹的現(xiàn)象比較多。為進一步科學有效補爐，龍鋼煉鋼廠開展了生鐵塊補爐工藝優(yōu)化探索，以穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐補完爐后操作。本文通過對龍鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有的火焰分析系統(tǒng)修正計算轉(zhuǎn)爐的渣量，建立生鐵塊用量計算方案，精確計算每次補爐所需生鐵塊的量。

1 生鐵塊補爐原理與計算

1.1 龍鋼轉(zhuǎn)爐終渣情況以及計算條件

生鐵塊補爐工藝主要是利用生鐵塊中的碳、硅、錳等元素被渣中的氧化鐵氧化，從而降低渣中的氧化鐵含量，析出高熔點的鈣鎂材料。龍鋼目前使用的生鐵塊和終渣情況分別如表 1、表 2 所示。

龍鋼生鐵塊補爐計劃將渣中的氧化鐵質(zhì)量分數(shù)降低至 5%以下。計算生鐵塊用量時，假設生鐵中的碳完全參與反應，有質(zhì)量分數(shù)為 90%的硅和 30%的錳參與反應，相關的反應方程式為：

（FeO）+C=Fe+CO. （1）

2（FeO）+Si=2Fe+SiO₂. （2）

（FeO）+Mn=Fe+MnO. （3）

生鐵量計算式為：

W _生鐵 =0.3 kW _渣. （4）

式中：W 生鐵為生鐵的使用量；k 為修正系數(shù)；W 渣為轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的總渣量。

根據(jù)終點渣情況，建立生鐵塊計算方案流程，如圖 1 所示。

1.2 渣量的計算

轉(zhuǎn)爐熔劑一般分為 CaO 類、MgO 類、助熔劑類和調(diào)溫度熔劑類。

CaO 類：對應熔劑主要為活性石灰，根據(jù)鐵水中的[Si]含量，確定 CaO 量，主要用于調(diào)劑終渣堿度，保證脫磷、脫硫效果，采用留渣操作，可以充分發(fā)揮留渣中 CaO 的脫磷效果，降低標準終渣的堿度，從而有效降低石灰用量。

MgO 類：對應熔劑包括輕燒白云石、白云石、碳鎂球等熔劑。

助熔劑類：包括氧化鐵皮和螢石等。

調(diào)溫劑類：包括發(fā)熱劑和冷卻劑，對于低鐵水比冶煉，一般是加發(fā)熱劑，包括硅碳球，焦丁、硅鐵等，冷卻劑包括廢鋼、氧化鐵皮、礦石、燒結(jié)礦、球團等^[3-4]。

渣量的計算是根據(jù)現(xiàn)有附近有渣量的爐次為參考爐次，做增量計算。冶煉過程[Si]主要來自鐵水和生鐵，以及轉(zhuǎn)爐冶煉過程中[Si]被氧化生成（SiO₂ ）過程中熔劑中帶入的硅。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的（SiO2 ）計算如下：

式中：W_SiO2為轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的 SiO₂ 總量，t；W _鐵水為鐵水質(zhì)量，t；w[Si]為鐵水中的[Si]含量，%；W _生鐵為生鐵質(zhì)量，t；w[Si]為生鐵中的[Si]含量，%；i 為不同溶劑種類；W 熔劑，i 為轉(zhuǎn)爐含（SiO₂）熔劑的質(zhì)量，t； w（SiO₂）熔劑，i 為轉(zhuǎn)爐熔劑中的 SiO₂ 的質(zhì)量分數(shù)，%。

實際堿度的計算根據(jù)經(jīng)驗公式（6）進行計算，即：

式中：R 為實際堿度；R _設計為設計堿度；W _設計渣量為設計渣量，t；w（CaSiO）_設計為設計渣中的 CaSiO 質(zhì)量分數(shù)，%。

實際渣量用式（7）進行計算，即：

1.3 生鐵塊的計算修正

基于龍鋼現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐智慧制造設備，利用火焰信息分析系統(tǒng)（見圖 2）通過對轉(zhuǎn)爐爐口火焰圖像特征及大數(shù)據(jù)對比學習，實時預報轉(zhuǎn)爐冶煉過程爐渣狀態(tài)，跟蹤爐渣的活躍情況，判斷噴濺和返干現(xiàn)象，實時預測爐渣的厚度^[5]。本模型根據(jù) 12.5~13.0 min 火焰信息分析系統(tǒng)預測的渣厚校正系數(shù) k 如表 3 所示。

2 優(yōu)化效果

龍鋼在補爐過程中生鐵塊的用量一直固定為6 t，采用生鐵塊計算模型后，生鐵塊的用量得到了精確控制，一般為 3.5~5.0 t。生鐵塊補爐工藝優(yōu)化后的補爐效果與之前的 6 t 用量效果基本相同，如表 4 所示。

使用生鐵塊計算模型后，補爐所需的生鐵塊量平均減至 4.4 t。龍鋼煉鋼廠采用的是全留渣操作，雖然多加入的生鐵會進入下一爐冶煉的鋼水中，并未浪費原材料，但對于下一爐煉鋼冶煉操作的穩(wěn)定性有很大的影響。未熔化完的生鐵塊會參與到補完爐后的第一爐冶煉中，對于磷的控制和溫度的控制影響較大。

通過對生鐵塊補爐優(yōu)化進行計算控制，補爐后生產(chǎn)的一倒磷和補吹率得到了明顯改善。表 5 顯示了龍鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼生鐵塊補爐工藝優(yōu)化前后對補爐后第一爐操作的影響對比。從表 5 中可知，生鐵塊補爐工藝優(yōu)化后，補爐后第一爐冶煉的一倒磷合格率提高了19.1%，補吹率降低了 26.1%，效果十分明顯。

3 經(jīng)濟效益

生鐵塊補爐工藝優(yōu)化后，補爐時間平均減少 1.2min。當前龍鋼有 120 t 轉(zhuǎn)爐 2 座，每座轉(zhuǎn)爐日用生鐵塊補爐6 次，生鐵塊的價格按 2 800 元 /t，年工作日按 330 d計，每年在補爐過程中節(jié)約生產(chǎn)時間 4 752 min，每年節(jié)省生鐵塊用量 6 336 t，每年節(jié)約成本 1 774.08 萬元。

4 結(jié)論

1）生鐵塊計算優(yōu)化前后，生鐵塊補爐對于爐況影響效果相當。

2）龍鋼在使用生鐵塊計算優(yōu)化后，補爐后第一爐的一倒磷合格率和補吹率明顯降低，提高了補爐后冶煉爐次的穩(wěn)定性。

3）通過模型的使用，提高了轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，每年可節(jié)約生產(chǎn)時間 4 752 min，節(jié)約成本約 1 774.08 萬元。

參考文獻

[1] 林建斌.軋鋼切頭替代生鐵補爐應用實踐[J].福建冶金，2017 （4）：26-27.

[2] 解生元，張小偉.南鋼 150 噸轉(zhuǎn)爐生鐵塊補爐應用實踐[J].現(xiàn)代冶金，2018（4）：33-35.

[3] 王永富，李小平，柴天佑，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼動態(tài)過程預設定模型的混合建模與預報[J].東北大學學報，2003（8）：715-718.

[4] 門志剛.全新智能化自動煉鋼技術在宣鋼的應用[J].金屬材料與冶金工程，2017（2）：33-37.

[5] 溫宏愿，陳延如，趙琦，等.利用 Direct Show 提取轉(zhuǎn)爐爐口火焰圖像特征信息[J].華中科技大學學報（自然科學版），2007，35（1）： 246-248.