馮聚和，吉祥利，翁玉娟

(1.河北聯(lián)合大學(xué)研究生學(xué)院，河北唐山 063009;2.河北鋼鐵股份有限公司承德分公司提釩煉鋼一廠，河北承德 067002)

半鋼煉鋼是指含釩鐵水經(jīng)提釩冶煉后，再進(jìn)行轉(zhuǎn)爐吹煉，最終得到合格鋼水。半鋼煉鋼與鐵水煉鋼相比，具有半鋼中硅、錳等元素含量極低、熱量不足等特點(diǎn)，這導(dǎo)致半鋼煉鋼化渣困難，造渣料消耗高［1］。尤其是在原材料價(jià)格持續(xù)高位、鋼材價(jià)格走低的形勢(shì)下，這直接導(dǎo)致企業(yè)的利潤(rùn)空間被極大壓縮。因此，承鋼開發(fā)了優(yōu)化配料軟件，來改善半鋼煉鋼成渣困難、造渣料消耗高的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

同時(shí)，優(yōu)化配料軟件中的成本實(shí)時(shí)計(jì)算功能，可以根據(jù)當(dāng)前的物料價(jià)格，直觀的反映出冶煉成本，以便及時(shí)調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，使各種原材料加入量和噸鋼成本都達(dá)到最優(yōu)化，提高能量的利用率，降低原材料消耗，從而降低冶煉成本。

1 半鋼煉鋼造渣存在的問題

1.1 半鋼成分波動(dòng)大

承鋼提釩后半鋼成分見表1，不僅硫、磷波動(dòng)大，半鋼碳、溫度偏低，約80%的半鋼中［C］＜3.8%，個(gè)別甚至半鋼中［C］＜3.0%，加之過程物理熱降低，半鋼溫度在1380～1410℃，造成半鋼物理熱不足，不僅限制吃廢鋼，而且造成化渣困難，造渣料消耗高以及被迫后吹提溫等弊端。

表1 半鋼成分

1.2 半鋼化渣困難

由于承鋼使用半鋼進(jìn)行煉鋼，相比鐵水煉鋼，半鋼煉鋼硅、錳等元素生成的氧化物少，且熱量不足，造成成渣困難，煉鋼過程依靠渣中FeO化渣，爐渣是典型的鐵鈣渣系。半鋼煉鋼吹煉時(shí)，在吹煉初期，通常采用高槍位、低氧壓“軟吹”操作，主要依靠提高渣中FeO來化渣，初期渣形成時(shí)間較長(zhǎng)。隨著溫度的上升，在碳氧反應(yīng)高峰期到來后渣中FeO降低，易造成爐渣返干，影響爐渣冶金效果。在整個(gè)吹煉過程中爐渣組分單一，使得渣中FeO大起大落，增加了“返干”機(jī)率，而且渣中大量的FeO增加了爐渣對(duì)爐襯的侵蝕性，爐襯表面極易形成脫碳層，使?fàn)t襯侵蝕嚴(yán)重。

2 半鋼爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

2.1 半鋼煉鋼爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化的思路

在煉鋼過程初渣形成過程中，礦物組元越多，初渣熔點(diǎn)相應(yīng)越低，成渣速度就越快。因此改善渣系結(jié)構(gòu)應(yīng)從通過改變爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)而增加爐渣組元出發(fā)，適當(dāng)補(bǔ)充爐渣中所缺少的SiO2、Al2O3等氧化物，提高成渣速度，改變依靠大量增加渣中FeO以及CaF2造渣的方式，穩(wěn)定冶煉過程的爐渣化渣效果。為此，承鋼引入了鐵礬土輔助半鋼煉鋼造渣，改善半鋼煉鋼爐料結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善半鋼煉鋼渣系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化造渣工藝，提高爐渣冶金效果［2］。鐵礬土成分見表2。

表2 鐵礬土成分

2.2 鐵礬土化渣機(jī)理

承鋼半鋼煉鋼過程中，由于半鋼中硅、錳等元素已成痕跡，初期加入石灰等造渣料后，渣中無法形成低熔點(diǎn)化合物，造成初期化渣困難。在冶煉過程中，對(duì)爐渣的控制要遵循“初期渣早化，過程渣化透，終渣要做“粘”的原則。使用半鋼煉鋼，由于半鋼中硅和錳含量極低，進(jìn)入渣中的SiO2、MnO較少，導(dǎo)致加入的石灰不能迅速熔化，起渣較晚。由表2可知，鐵釩土中SiO2、Al2O3和Fe2O3，三種物質(zhì)之和達(dá)到85%以上，在半鋼溫度下，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐就迅速熔化，這些成分均為半鋼造渣的有益元素，能夠有效彌補(bǔ)半鋼造渣所欠缺的中SiO2、Al2O3。在以CaO為基的堿性爐渣中，鐵礬土中的Al2O3和Fe2O3，能夠與CaO形成低熔點(diǎn)的化合物，促使2CaO·SiO2的形態(tài)發(fā)生改變，達(dá)到化渣的目的，起到調(diào)整渣系結(jié)構(gòu)的作用。

鐵礬土主要是以Al2O3·SiO2結(jié)合的礦物形式存在，在950℃左右受熱分解成γ—Al2O3和SiO2及其它物質(zhì)。其中，γ—Al2O3是一種表面疏松、多細(xì)孔結(jié)構(gòu)的比表面大的活性Al2O3。SiO2具有一定的化渣作用。鐵礬土中另一個(gè)主要成分Fe2O3，具有很強(qiáng)的化渣造渣能力，且能增加爐渣的氧化特性。

2.3 鐵礬土應(yīng)用效果

表3 終渣成分

從表3可以看出，使用鐵礬土化渣后，終渣成分與正常半鋼煉鋼終渣成分相比，終渣中SiO2含量增加了1.88%，Al2O3含量增加了0.84%，同時(shí)，通過對(duì)以往鐵水煉鋼終渣成分統(tǒng)計(jì)，使用鐵礬土化渣后，SiO2含量基本上能夠達(dá)到鐵水煉鋼終渣成分要求。

3 降低半鋼煉鋼造渣料消耗的措施

3.1 優(yōu)化配料軟件的開發(fā)原理及功能

優(yōu)化配料軟件是以物料平衡和熱平衡為理論基礎(chǔ)，結(jié)合冶煉現(xiàn)場(chǎng)的爐況、原材料條件，選取適當(dāng)?shù)囊睙拝?shù)，建立準(zhǔn)確的優(yōu)化配料計(jì)算模型后［3-5］，運(yùn)用Visual Basic 6.0編譯成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件。

優(yōu)化配料軟件主要功能:依據(jù)半鋼成分及溫度、各種散狀料成分、爐渣堿度的控制要求、冶煉鋼種要求的冶煉終點(diǎn)成分及出鋼溫度，迅速優(yōu)化出一組造渣材料的配料方案;并計(jì)算出冶煉一爐鋼的原料成本，也可以根據(jù)最低成本原則來調(diào)整爐料配比。

3.2 半鋼優(yōu)化配料軟件界面簡(jiǎn)介

3.2.1 半鋼優(yōu)化配料軟件界面簡(jiǎn)介

在半鋼優(yōu)化配料計(jì)算模塊中，可以選擇半鋼成分、冶煉鋼種成分、造渣料種類等冶煉原料信息;軟件的右下角成本顯示欄，可以直觀的顯示一爐鋼冶煉的成本，便于進(jìn)行成本優(yōu)化;另外，由于不同廠家造渣料種類略有差異，所以在造渣料選擇框中，增設(shè)備選框，增加本軟件的通用性。通過點(diǎn)擊優(yōu)化配料確定按鈕，可以快速優(yōu)化出一組造渣材料的配料方案，并準(zhǔn)確計(jì)算出冶煉一爐鋼水所需各種造渣料的加入量，見圖1。

圖1 半鋼優(yōu)化配料軟件界面

3.2.2 半鋼煉鋼物料平衡和熱平衡計(jì)算界面簡(jiǎn)介

物料平衡和熱平衡計(jì)算模塊主要是一爐鋼水冶煉完成后，物料收入項(xiàng)和支出項(xiàng)的種類和百分比的統(tǒng)計(jì)以及熱量收入項(xiàng)和支出項(xiàng)的種類和百分比的統(tǒng)計(jì)，便于日后爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)參考，見圖2。

圖2 半鋼煉鋼物料平衡和熱平衡計(jì)算界面

4 結(jié)論

(1)合理的爐料結(jié)構(gòu)，可以改善半鋼煉鋼渣系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化造渣工藝，提高爐渣冶金效果。

(2)根據(jù)原料條件和冶煉鋼種要求，優(yōu)化配料軟件可以迅速優(yōu)化出一組造渣材料的配料方案，并準(zhǔn)確計(jì)算出冶煉一爐鋼水所需各種造渣料的加入量，優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，降低造渣料消耗，科學(xué)的組織生產(chǎn)，減少操作的盲目性。

(3)優(yōu)化配料軟件中的成本實(shí)時(shí)計(jì)算功能，可以根據(jù)當(dāng)前的物料價(jià)格，在不降低鋼產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，調(diào)整不同物料的配比，合理配料，節(jié)約能源，降低噸鋼成本，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗提供有效途徑。

［1］佟溥翹.我國(guó)轉(zhuǎn)爐半鋼煉鋼工藝現(xiàn)狀.煉鋼，1997，(4):62-64.

［2］孔慶福，楊曉江，謝志勇，等.鐵礬土在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用.河北冶金，2001，(3):29-31.

［3］喻淑仁.轉(zhuǎn)爐煉鋼過程靜態(tài)控制及其數(shù)學(xué)模型.煉鋼，1995，(3):55-65.

［4］陶鈞，謝書明，柴天佑，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼控制模型的研究與展望.鋼鐵，1999，34(8):69-72.

［5］黃金俠，金寧德，等.轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)靜態(tài)控制預(yù)測(cè)模型.煉鋼，2006，22(1):46-47.