伊钢65吨转炉提高废钢比的工艺试验

刘旺平

（新疆伊犁钢铁股份有限公司炼钢厂）

摘要：增加废钢比是转炉炼钢过程中主要的降本增效工艺方法，也是减少钢铁企业能耗的有效途径。本文介绍了伊钢65吨转炉为提高废钢比所作的工艺试验，为今后转炉提高废钢比做好理论支持。

关键词：转炉炼钢；热平衡；废钢比；降本增效

0  前言

伊钢地处新疆伊犁哈萨克自治州新源县则可台镇，钢铁生产具有一定的地缘优势，但是局限于炼铁产能的限制，伊钢在生产旺季提高产能扩大规模效益上存在短板，同时随着去年钢铁市场经济效益的萎缩，降本增效成为钢铁企业赢得发展的主要出路，为此伊钢65吨转炉开始研究转炉提高废钢比的工艺方法，提高炼钢工序的生产盈利水平。

根据已有的文献介绍^[1-3]，目前增加转炉废钢比的工艺方法主要有废钢预热工艺、转炉喷吹燃气加热废钢、转炉留渣操做、使用提温材料、降低转炉出钢温度几种工艺方法。

作者研究了几种增加转炉废钢比的工艺后认为，伊钢是2011年投产建设的炼钢生产线，采用铁水一罐制工艺，生产流程紧凑，环保配置工艺仅能够满足原有工艺的需求，废钢预热工艺所需的能源介质与环保配套设施无法满足废钢预热工艺的需求，所以废钢预热工艺对于伊钢没有实施的可能性，提高废钢比只有从使用转炉提温材料和留渣操作两个方面入手。

由于伊钢生产的产品主要是建筑用钢，从2021年开始，已经实施了向钢包内加入轧制废品和清洁废钢的工艺，并且转炉为提高产能，操作工艺采用转炉吹炼结束后直接倒炉出钢，出钢结束后实施溅渣护炉，然后倒出残渣的模式，这种模式倒出的残渣量较少，基本上与留渣操作工艺的接近，所以伊钢转炉增加废钢比的工艺只有利用使用提温剂这一种工艺方法。

1 伊钢65吨转炉增加废钢比的工艺研究

1.1 伊钢现有工艺分析

伊钢现有转炉的冶炼基本情况有以下的几个特点：

（1） 铁水的成分和温度波动较大，造成转炉冶炼的操作波动大，伊钢典型的铁水成分和冶炼过程的基本数据见下表1、2.

表1：伊钢生产用铁水的成分基本情况

表2：伊钢转炉生产的基本工艺数据

（2） 转炉的冶炼节奏紧凑，在出现低温铁水和低硅铁水（Si%<0.3%）的冶炼炉次，为保证转炉出钢温度，补吹提温操作造成转炉终点过吹，增加了转炉出钢的脱氧合金化操作的难度，并且熔池中的金属铁被氧化进入炉渣后，增加了转炉的吹损；大多数炉次采用吹炼到终点结束后直接倒炉出钢，出钢量波动较大，造成合金化成分调整有较大的误差，影响生产的平稳运行；

（3） 转炉紧凑的工艺，有相当一部分炉次炉内溅渣护炉的残渣留在炉内，造成转炉吹炼前期溢渣和喷溅现象时有发生。

   根据以上的分析可知，在现有转炉炉容比的工艺条件下，增加转炉废钢比，必须考虑增加废钢比后，要解决好增加废钢比，转炉吹炼前期由低温引起的前期溢渣与喷溅^[4-5]，否则增加废钢比的收益随着喷溅与溢渣从钢渣中流失。

1.2 提温材料的选择与分析

转炉炼钢是利用铁水的物理热和化学热提供炼钢反应的热力学条件，通过氧化反应提供的动力学条件，通过吹氧的工艺方法去除铁水中的C、Si、M n、P、S 等元素后，在出钢和钢水精炼过程中调整炼钢产品的化学成分的系统工程。转炉炼钢加入废钢、矿石的作用是平衡炼钢化学热的冷却剂, 增加转炉的废钢比，同比条件下，增加转炉炼钢的化学热，减少过程的热量消耗, 是提高转炉废钢比的有效途径。伊钢转炉炼钢过程中不同冷却材料对于转炉熔池温度的影响经验统计数据见下表3：               表3：伊钢不同冷却材料对于转炉熔池降温的经验数据

根据以上的分析可知，转炉废钢比每增加1%，熔池的温度降低8～12℃。为保持转炉正常的冶炼工艺，使用提温剂提高转炉冶炼的废钢比的工艺，可供采用的材料有动力煤、焦炭、碳化硅等。

使用碳化硅的成本较高，动力煤由于含有挥发分、有害元素元素S含量也偏高，并且已有使用的案例表明^[6]，加入工艺是转炉开吹前从高位料仓一次加入，这两种工艺方法都不适合伊钢现有的生产情况。可供选择的已知材料只有焦炭。

焦炭是固体燃料的一种。由煤在约1000℃的高温条件下经干馏而获得。主要成分为固定碳，其次为灰分，所含挥发分和硫分均甚少。呈银灰色，具金属光泽。质硬而多孔，着火温度（空气中）为 450-650℃。这种性质对于伊钢而言。焦炭随废钢加入转炉，转炉内残渣中的FeO+MnO能够与焦炭反应，在没有冶炼之前，会有部分的热量流失，并且目前伊钢的焦炭量也不富裕，所以提温材料的选择只能够另辟蹊径。

2 伊钢利用新型提温材料的试验

  根据以上的分析，首先想到了LF精炼炉废弃的石墨电极，其稳定性好，含碳量高，并且石墨资源在新疆的储量丰富，所以本次试验利用石墨制品作为提温材料，验证石墨类制品作为提温材料的可行性。

2.1 石墨类提温材料的特点与应用的可行性

石墨是碳的一种同素异形体，为灰黑色、不透明固体，是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体，所以化学性质稳定，在纯氧中燃点为720-800℃，200～300 目左右石墨细粉的燃点可降到 600℃ 以下，所以石墨粉在电炉冶炼过程中作为泡沫渣造渣材料有应用。以上这种性质，在转炉作为提温材料是有利的。为此做了向热态钢渣中添加石墨的试验，现场试验的照片见下图1：

图a：试验用石墨碎片    图b：块状石墨碎片加入热钢渣中    图c：石墨粉末加入900℃钢渣表面

试验结果表明，石墨块和粉末在转炉液态钢渣和红热钢渣中反应缓慢，在转炉炼钢过程中随废钢加入，不会引起喷火等事故。

2.2 石墨制品作为提温材料的研究

本次试验用石墨制品为煅烧强化的水墨块，经过破碎加工后获得，其化学成分见下表4：

表4：煅烧石墨块的主要化学成分

其热值计算按照以下公式进行 Q=337.5C+1442 (H-O/8)+93S

式中：Q：为材料的热值，千焦/千克；

C、H、O、S分别为材料中的碳、氢、氧、硫元素的质量分数，单位为%。

根据计算材料的热值2.3×10⁷J/kg，低于焦炭的3.0×10⁷J/kg，但是稳定性优于焦炭，有助于增加转炉炼钢的化学热。根据计算得出材料加入量与增加废钢量的关系见下表5：

表5：同比条件下提温材料的加入量与增加废钢量的关系

2.3  工业试验过程和结论

   工程试验按照计算结果开展，转炉冶炼5炉，其中两炉为低硅铁水，两炉补炉后转炉炉膛温度较低的情况，没有调整废钢比例，考察提温材料对于冶炼的影响和改善低硅铁水冶炼的工艺操作，试验过程的铁水成份和冶炼数据见下表6：

表6：试验过程铁水的主要成分

试验过程5炉的冶炼基本数据如下表7：

表7：试验过程的基本工艺数据

根据现场的试验观测有以下特点：

（1） 提温材料随废钢加入转炉后，无喷火溢渣现象，表明提温材料没有与转炉炉内残渣反应，随后兑加铁水过程也没有出现异常情况；

（2） 低硅铁水冶炼的炉次，转炉吹炼情况正常，平均转炉开吹3min左右能够正常进入脱碳反应期，5炉中仅有一炉出现脱碳开始引起的溢渣；

（3） 4炉次冶炼终点温度无需补吹升温操作，控制情况较好，转炉终点成分控制的也较好，增碳量和脱氧强度降低；

（4） 最后一炉冶炼，由于铁水硅含量和碳含量高，加上增加了提温材料后，在硅锰氧化期结束，熔池温度升温较快，出现了溢渣现象，影响了操作。

2.4 试验分析

  根据现场试验的情况，做以下的分析：

（1） 使用煅烧石墨块作为提温材料，随废钢加入转炉没有喷火和烟气产生，表明煅烧石墨与转炉内残留的钢渣反应的量少，与石墨的性质吻合；

（2） 文献指出^[6]，转炉吹炼过程中，熔池前期出现温度低，在Si、Mn、P氧化结束后，脱碳反应不能够及时进行，炉渣内将富集FeO，在脱碳反应开始后，会发生脱碳反应剧烈引起的喷溅和溢渣事故，造成钢铁料从炉渣中流失。故试验中增加了提温材料后，提温材料在炉渣中反应，提高了熔池的温度，降低了炉渣中FeO富集的风险，故使用提温材料后的冶炼炉次，消除了低硅铁水冶炼产生的负面影响，与前期的分析吻合；

（3） 文献指出^[7-8]，转炉废钢的熔化过程，首先是铁水与废钢热交换后，在废钢表面形成渗碳凝固层，然后是废钢组织由珠光体和铁素体转变为奥氏体，在温度和时间足够后，熔池将废钢外层加热到高温铁素体温度，形成高温铁素体和液相。从冶炼过程的脱碳反应情况来看，吹炼低硅铁水的脱碳反应时间与正常冶炼炉次差别不大，结合文献结论，表明提温材料对于废钢熔化起到了升温助熔的作用；

3  结论

(1) 煅烧石墨块能够作为伊钢转炉冶炼过程中的提温材料使用，其使用过程中具有良好的高温稳定性，能够为伊钢低硅铁水和低温铁水的冶炼提供化学热，稳定和优化冶炼的操作工艺；

(2) 同比条件下65吨转炉每炉加入280kg煅烧石墨块，每炉可增加入炉废钢2.8吨。

(3) 转炉在同比条件下使用提温材料，增加转炉终点出钢温度，为钢包内加清洁废钢创造条件，也是一种增加废钢用量的工艺方法。

参考文献：

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