黄 汇

（福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂， 福建三明 365000）

【摘要】 通过分析三钢高铁耗冶炼期间存在的问题， 结合脱碳速率、 升温模型及热平衡分析， 优化转炉造渣制度、 流量和枪位控制及终点控制要求， 达到消耗控制稳定、 炉型稳定、 生产顺行的目的。

【关键词】 转炉； 高铁水耗； 冶炼工艺

前言

三钢采用高铁水耗生产模式时， 铁水耗由原来的 839kg ／t 提高到 900kg ／ t 以上， 铁水入炉占比大， 存在明显热量富余， 需要加入大量冷却剂。 由于操作不适应加上过程控制困难， 导致转炉生产冶炼炉渣返干、 喷溅、 物料消耗大、钢铁料耗增加、 终点命中率低、 炉衬侵蚀重等问题， 进而引发炉口、 汽化烟罩、 氧枪枪身结渣， 影响生产顺行。 根据三钢现有的2座100t顶底复吹转炉， 在高铁水耗生产模式下， 对100t 转炉的造渣制度、 供氧制度、 溅渣护炉工艺及炉型控制进行了研究和生产实践。

1 存在的主要问题

高铁耗生产模式下， 总装入量约 104.5t，其中铁水90t， 废钢 14.5t， 铁水比由77％提高到 86％， 入炉物料的化学热＋物理热已经大大超过需求量， 由此带来以下问题：

（1） 冶炼过程异常。 冶炼过程熔池升温迅速， 碳氧反应速度加快， 渣中 FeO减少从而引发炉渣返干， 长时间炉渣返干是造成炉口、 汽化烟罩、 氧枪枪身结渣的主要原因， 但是冶炼后期调整返干过度容易造成金属喷溅， 影响料耗；

（2） 终点控制异常。 过程升温快导致 C －T－P平衡失控， 为控制终点温度， 加入大量冷料， 脱磷效率低， 二次补吹炉次多， 终点命中率低；

（3） 物料消耗异常。 为平衡热值富余， 矿石耗消耗大， 且未达到预期效果， 过程炉渣返干与喷溅炉次多， 补吹时间延长， 铁损大， 钢铁消耗高；

（4） 炉型控制异常。 过程炉渣返干与喷溅造成炉口结渣， 炉口过小造成卡废钢影响生产，终点命中率低， 补吹时间长致使炉渣过氧化，对炉衬侵蚀加重。

2  热平衡分析

以目前的装入制度即铁水90t， 废钢14.5t，一罐到底入炉铁水的平均温度 1300℃ ， 设定终点C含量 0.13％、 终点温度 1630℃ 、 碱度值为3， 来计算矿石使用量。 计算得到的在一定的条件下矿石使用量见表1。

在热值大量富余的情况下， 可以依据实际生产情况， 增大留渣量来达到节省物料的目的，结合物料冷却系数参考表2， 动态平衡各物料使用量进行渣料结构调整。

3 优化改进措施

3.1 造渣制度

3.1.1 冷却剂种类及加入量

为平衡高铁水比带来的高热值， 冷却剂的需求量大大增加。 使用矿石作为冷却剂不足以满足需求， 且成本较高， 故增加了石灰石和炉下渣（即对固态转炉渣进行筛选而得到的含铁原料）使用量。 石灰石每炉加入量 300 ～ 600kg， 炉下渣每炉加入量 300～400kg， 具体使用量参考表3。

3.1.2 造渣料加入方法

因为入炉原料热平衡富足， 造渣料和冷却剂加入时机可前移， 在开吹后加入50％的石灰、100％轻烧白云石、 100％炉下渣、 50％石灰石、约 20％矿石， 若冷料过多， 炉下渣可在加进废钢后加入； 第二批料在硅锰氧化基本结束后，加入剩余的 50％的石灰、 50％石灰石、 约 30％矿石， 同样分小批量多批次加入， 在开吹 5.5min 内加完； 剩余50％矿石同样小批多次加入炉内进行调温和化渣， 防止炉渣返干， 吹炼9.5min 后不允许加料， 防止后期金属喷溅。 渣料加入方法可参考表4。

3.2 供氧制度

3.2.1 氧枪枪位控制

氧枪枪位的高低会对冶炼过程炉内反应产生较大影响。 低枪位硬吹时， 熔池搅拌强烈，碳氧反应迅速， 熔池升温快， 脱碳速度快， 但炉渣中FeO 降低， 不利于化渣且易造成炉渣返干； 高枪位软吹时， 炉内碳氧反应速度减缓，熔池升温慢， 富余的氧气氧化炉渣中的铁珠，使炉渣中 FeO增加， 更甚者如果氧气流不能吹开液面， 搅动不了熔池， 极易产生爆发性喷溅，严重影响料耗。

枪位的变化要适应不同冶炼阶段的冶金特点， 在高铁水耗冶炼模式下， 枪位与氧压的配合采取变枪变压操作， 避免吹炼中后期长时间炉渣返干及金属喷溅现象， 过程枪位按高—低—高—低的冶炼模式， 根据炉内情况及时调整。

3.2.2 氧气流量控制

因前期加入造渣料量大， 可调大氧气流量增加射流对熔池的搅拌， 待头批料加完， 起渣时逐渐降低氧气流量， 控制喷溅； 中期低流量吹炼降低碳氧反应激烈程度， 防止熔池温度上升过快造成炉渣返干； 后期可以通过短时间高枪位吊枪来缓解炉渣返干， 冶炼提枪前再压低枪位调大氧流量， 使熔池温度、 成分更均匀，有利于终点控制。 冶炼过程枪位与流量控制可参考图1。

3.3溅渣护炉工艺

3.3.1 调渣剂

高铁水耗冶炼模式下转炉入炉热量富余， 冶炼过程加入大量矿石和炉下渣， 炉渣中的 FeO含量高。 如按照以前的方式直接溅渣， 溅渣过程只调整枪位完成溅渣操作， 炉渣中的 MgO含量低且会与CaO生成低熔点铁酸钙， 使溅渣层的耐火度大大降低。 在溅渣过程中加入 300～600kg 轻烧白云石， 使渣中MgO含量达到11％ ～14％， 既能提高炉渣的熔点， 轻烧白云石的熔解吸热又增加了炉渣黏度， 使溅渣层有高的耐火度。

3.3.2 溅渣枪位

一般在同等的氮气压力下， 采用高枪位溅渣有利于转炉熔池挂渣； 低枪位有利于转炉炉身与炉帽挂渣。 为了提高溅渣护炉的效果， 需要合理的控制枪位使两种溅渣机制有效地协调结合， 溅渣初期采用低枪位对炉内熔渣进行快速降温凝固， 直到能够观察到有渣滴飞溅出炉口， 再提高氧枪阶段式压枪溅渣， 使炉渣均匀挂在炉衬各部位， 大大提升了溅渣护炉效果。溅渣过程枪位参考图 2。

3.4 炉型控制

转炉炉型的稳定能为冶炼创造良好的条件，反之炉型变化异常则带来许多不利影响。 炉底上涨造成转炉有效容积减小、 喷溅现象加重、钢铁料耗增加、 炉帽粘钢， 严重影响了生产节奏； 炉底下降则会对转炉安全带来威胁， 极易造成炉底漏钢事故， 形成的死角也加剧吹炼后期钢水成分与温度的不均匀。

依据炉型测厚数据确定合理稳定的供氧制度、 造渣制度和溅渣工艺， 维持炉底最低点≥ 450mm， 炉身厚度≥400mm。 当炉衬侵蚀超过警戒点时， 适当减少氧气冲击深度， 提高炉渣碱度， 采取高枪位调渣溅渣模式， 溅渣结束后摇炉挂渣， 即转炉往出钢面摇80°左右停留3 ～ 5s 再往回摇倒渣， 使少量的炉渣挂在转炉的出钢面和倒渣面， 提高护炉效果， 控制炉型稳定为冶炼过程创造最佳的动力学条件。

高铁水比条件下冶炼过程易出现金属喷溅、溢渣或炉渣返干现象， 炉口、 炉帽积渣粘钢严重可能会造成卡废钢， 影响生产， 结枪、 结汽化烟罩易引起安全事故和设备事故。 为降低事故率， 稳定生产， 制定如下要求：

（1） 炉口维护， 当炉口直径＜1800mm 或炉口结渣高度＞ 1500mm时， 必须使用拆炉机处理炉口， 确保废钢能够顺利入炉以及避免炉口结渣刮坏设备， 班中至少维护炉口 2次， 落实好炉口交接制度；

（2） 氧气吹扫， 炉口结渣太厚时， 可以在冶炼终点提枪后， 氧枪枪位控制在7～7.5m， 调节氧气流量16000～18000m³ ／h 吹扫 30s 左右；

（3） 汽化管、 炉身冷钢检查， 接班时与班中每冶炼 4 炉需到氧枪封口观察汽化管结渣情况， 出钢过程观察炉身、 汽化烟罩结渣情况，及时处理；

（4） 氮气吹扫， 若汽化管结渣较多， 在终点提枪、 补吹前或溅渣后， 控制氧枪枪位在8.5～14m 之间， 根据汽化管结渣部位决定氧枪高度 ， 使用氮气进行吹扫。

4  冶炼工艺的改善

改进前后各项指标对比可见表5。 采取改进措施后， 冶炼过程返干时间缩短107s， 喷溅炉次减少， 碳氧反应过程平稳， 基本解决了汽化烟罩结渣、 氧枪枪身粘钢等问题。 对造渣料结构进行调整后， 根据铁水Si 合理分配入炉冷却剂， 节省了物料消耗。 冶炼终点温度与P 虽有所提高， 但是终点P控制更稳定， 补吹时间反而减少， 钢铁料耗整体下降2.1kg／t。 终点命中率的提高使二次补吹炉次减少， 缩短了提枪至出钢的时间， 缓解高温钢水对炉衬的侵蚀， 保障了炉衬安全。

5 结语

在高铁水比的装入制度下， 通过对造渣料结构进行调整， 增加石灰石和炉下渣使用量， 改变造渣料加入的时机， 以及冶炼过程枪位与氧压的配合， 避免吹炼中后期长时间炉渣返干及金属喷溅现象， 降低了钢铁料消耗； 同时在溅渣过程中加入调渣剂使溅渣层有较高的耐火度， 合理控制枪位提高溅渣效果， 并通过一系列措施维持炉口与炉衬稳定， 提高金属收得率，减少了生产过程中异常情况， 保证转炉炼钢生产的稳定高效运转。

参考文献

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