杨五存  刘飞  史湘东  裴春玲

（天津铁厂有限公司  河北 涉县 056404）

摘 要：针对天铁180吨转炉冶炼周期长，产能低，能耗高的问题，对供氧强度、出钢口直径、出钢温度和废钢加入量等炼钢工序进行改进优化。结果表明，工序改进优化后，冶炼周期明显缩短，月产能最高可达42万吨；工序成本逐月下降，并稳定在400元/吨以内，降本增效效果显著，为企业带来可观的经济效益。

关键词：转炉炼钢；降本增效；供氧强度；出钢口

随着供给侧结构改革的不断深入，钢铁行业节能降耗的需求日益明显。转炉炼钢作为最主要的炼钢方法，其钢产量约占我国钢铁总产量的70%以上，通过优化转炉工艺参数等措施，有效控制转炉冶炼成本，提高生产经济效益成为钢铁企业生存和发展的唯一出路。

近几年，国内转炉围绕着降本增效的目标，实施强化生产、优化工艺、改进备等措施，取得了部分研究进展^[1-5]。首秦金属材料有限公司积极调整炉料结构，降低入炉原料成本，并对炉况实行精细化管理，保持炉内长期顺稳^[6]；迁安轧一钢铁有限公司进行烧结矿直接加入转炉冶炼实践，最大程度的利用含铁辅料，提高炼钢效率，减少废钢使用量，降低生产成本^[7]；柳钢进行配加废钢生产实践，利用实际生产数据，分析配加废钢后的降燃烧比效果，降低吨钢生产成本^[8]；涟源钢铁有限公司优化装入制度，通过铁水、废钢、矿石等资源的合理搭配，依靠自动炼钢模型计算矿石加入量，合理调整矿石加入方式、氧枪枪位等保证冶炼过程的平稳进行，钢铁料成本明显降低^[9]。

1  炼钢工艺调整

天铁热轧炼钢系统装备主要包括，一座1300炖的混铁炉和一座倒灌站为炼钢供应铁水。两座铁水脱硫设施对铁水硫含量进行控制，为下一道工序提供优质的铁水，减轻炼钢的负荷。两座180吨顶底复吹转炉，进行冶炼（粗炼）作业。两座LF精炼炉和一座三车五位RH精炼炉，对粗炼的钢水进一步净化，不断提高钢水质量和钢水纯净度，为冶炼高附加值产品提供了设备的保障。为积极应对钢铁行业的各种挑战，改善转炉冶炼周期长，产能低，能耗高的问题，天铁于2019年2月开始着手进行工序优化，主要包括以下几个方面，如图1所示：

（1）提高供氧强度，缩短吹氧时间；

（2）调整出钢口直径，保证合理出钢时间；

（3）做好钢包烘烤，降低出钢温度；

（4）提升废钢加入量，降低铁耗。

图1 天铁转炉炼钢工艺优化措施

1.1提高供氧强度，缩短吹氧时间

氧气顶底复吹转炉吹炼过程控制的目的是使操作稳定，缩短冶炼时间，降低各种能耗，提高终点命中率，从而达到“高产、优质、低耗和省力”的目的^[10-11]。具体地讲，吹炼控制要求尽可能快的形成碱性渣，快速降低碳和成渣速度加快，在尽可能少加入辅助材料消耗的条件下，保证钢水充分脱硫、脱磷。合理的氧枪设计使吹炼过程中喷溅和溢渣减少，炉龄增长，金属收得率高，产品各项指标更符合要求，能源消耗少。

天铁热轧180吨顶底复吹转炉原氧枪喷射角度为15度，流量为38000m³/h。吹炼过程存在吹氧时间长较约为15-16min，终点炉渣TFe高，喷溅严重，钢水回收率低，工序成本高等问题。针对此情况，根据该钢厂的铁水条件和设备状况，将氧枪喷头喷射角度调整为13.5度，流量调整为43500m³/h。

改进后的氧枪喷头氧气流量增加，喷孔夹角变小，喉口直径变大，说明新的喷头供氧强度增加，熔池搅拌能力增强，冲击深度增强，使得炉内反应提前。根据天铁干法除尘冶炼工艺，前期90秒不允许加入任何物料的特点，枪位采用低—高—低的枪位控制。即前期枪位稍低，控制在1400mm，促进炉内反应快速化渣提温脱磷；4min后提枪至1700mm，消除前期泡沫渣，然后根据炉渣情况逐步降枪至1600mm，中期枪位按照1600mm控制，主要控制炉渣化透化好，利用物料调节和枪位小幅波动减少返干和喷溅；后期根据化渣情况，氧枪降至1200mm，增加熔池搅拌，降低炉渣氧化性。新旧喷头的枪位控制如图2所示：

图2 新旧喷头枪位控制

经过现场试验，冶炼效果明显见好，吹氧时间缩短1.5分钟左右，终点FeO降为16%左右，转炉内冶炼反应快、搅拌强、操作平稳，钢水成份均匀。统计数据显示返干时间缩短了0.43min，转炉喷溅率由旧喷头的42.6%降低至新喷头的8.9%，喷溅率降低明显。喷头改变前后转炉喷溅情况如图3所示：

图3 喷头改变前后转炉喷溅情况

1.2调整出钢口直径，保证合理出钢时间

出钢口作为钢水由转炉进入钢包的唯一通道，每炉钢出钢前期，出钢口内部耐材受高温钢水的摩擦冲刷和氧化侵蚀，使转炉出钢口内耐材减少，出钢口内径慢慢变大；出钢快结束时，随着钢水出完，流出的炉渣又在出钢口内壁堆积，如此反复，转炉出钢口内慢慢形成又厚又硬的炉渣，起到保护出钢口的作用，当出钢口寿命达到后通过扩孔机钻孔更换出钢口^[12-13]。

天铁热轧原出钢口直径为160mm，出钢时间最长达到了10min以上，因前期出钢时间过长，出钢过程中钢水静压力和冲刷力使得出钢口内部粗糙，造成生产节奏慢、钢水温降大、出钢口寿命短、转炉小面侵蚀过快等问题。通过分析，将出钢口直径由160mm逐步扩大到210mm，来实现减少出钢时间。试验结果表明，出钢口直径扩大，岀钢时间缩短，新出钢口出钢时间在5分半左右，出钢口的形状保持较好，寿命大幅提升，寿命由180次提高到350次以上。

1.3做好钢包烘烤，降低出钢温度

对钢包烘烤系统进行改造，将普通式烧嘴改造为蓄热式烧嘴。规范在线烘烤技术，加强监督和检查，保证钢包烘烤时间，确保出钢时钢包包衬温度在950℃以上。规定钢包就位后，转炉必须2min内出钢，以减少钢包等待造成的温度损失。

通过加大钢包管理力度，钢包温度大于950℃的比例达到了90%以上。另外出钢口优化和氧枪的优化，使得整体温度损失相应减少，出钢温度由1670℃降低到1630℃，从而使得炉况明显好转，炉型保持良好，炉龄由8000炉提升到13000炉。

1.4提升废钢加入量，降低铁耗

无论短期经济利益看，还是从长期经济效益和社会效益看，提高废钢比都是历史发展的必然，同时也是公司发展的最佳选择^[14-15]。天铁经过现场调查，通过单独加大废钢斗的尺寸，不能满足废钢的加入量。通过反复讨论，决定除了对废钢斗加大增加废钢加入量外，对工序进行改造，增加废钢的加入点。在混铁炉区域，采用向铁包内加入钢筋压块方法，主要利用天车进行具体操作；倒灌站采用加入破碎料的方法，主要是在吊包口加设溜管和除尘设备，利用铲车向铁包内加入；在炉后区域同样加入除尘家口和溜管，加入洁净废钢，通过多工序的废钢加入，满足了废钢加入量的要求，一直以来铁耗保持在950kg左右，废钢加入量维持在15t左右。通过调整辅料加入量，保证炉渣碱度R在3.2左右，废钢加入量调整为40-50t，铁耗降低到800kg以下。

2降本增效效果

2.1炉渣全铁降低

转炉渣中TFe含量过高会导致在冶炼过程中严重侵蚀炉衬，降低炉龄；铁损增加，石灰消耗增加，从而增加冶炼成本。炼钢工序改进优化后，TFe含量逐月下降，TFe含量由22%降低到16%左右，钢水回收率提高2%。TFe含量变化情况如图4所示：

图4 TFe含量变化情况

2.2制造成本降低

通过工序优化，冶炼节奏加快，生产连续顺行，冶炼指标大大好转，炼钢冶炼制造成本得到有效的控制，工序优化前炼钢制造成本最高685元/吨，优化后制造成本稳定在400元/吨左右，最低达到394元/吨。炼钢工序优化前后制造成本情况如图5所示：

图5 炼钢工序优化前后成本

2.3产能提高

炼钢系统生产顺利，操作稳定，冶炼周期明显缩短，产能得到了很大的释放。优化前月产能最高达到28万吨，优化后最高月产能达到了42万吨。炼钢工序优化前后月产能情况如图6所示：

图6 炼钢工序优化前后月产量

3  结论

天铁通过对转炉炼钢工序进行改进优化后，取得了显著成效，主要包括以下内容：

（1）对供氧强度、出钢口直径、出钢温度和废钢加入量等炼钢工序进行改进优化后，使得吹氧时间缩短、出钢时间合理、出钢温度降低、铁耗降低。

（2）炼钢工序成本逐月下降，并稳定在400元/吨左右，有效控制企业生产成本，实现企业生产的低成本化。

（3）转炉炼钢过程平稳运行，冶炼周期明显缩短，产能得到释放，企业生产能力提高，从而带来客观经济效益。

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