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        120t轉(zhuǎn)爐冶煉中CO濃度變化指導(dǎo)作用的探討

        2015-02-10 09:37:20趙廣諳
        新疆鋼鐵 2015年1期
        關(guān)鍵詞:槍位碳氧氧槍

        趙廣諳

        (新疆八一鋼鐵股份有限公司)

        1 前言

        某煉鋼廠120t轉(zhuǎn)爐原工藝設(shè)計為恒槍變壓操作,供氧強度范圍在2.8~3.2 m3/(t·min),冶煉時間控制在800s以內(nèi)。生產(chǎn)鋼種包括管線鋼、壓力容器鋼、汽車板用鋼等。在冶煉過程中煉鋼工憑經(jīng)驗進行判斷,如對于火焰的判斷依舊以顏色、形狀以及特定的時間為依據(jù),并以此確定轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)冶煉狀態(tài)。經(jīng)驗煉鋼易受很多客觀因素的影響,如原材料、供氧設(shè)備、爐型,甚至還有個人的精神狀態(tài)等,經(jīng)驗煉鋼穩(wěn)定性差且波動大,對生產(chǎn)的順行、作業(yè)活動的標準化有不利的影響。煉鋼工的培養(yǎng)需要很長的時間,沒有標準化的操作參數(shù),只能在實踐中依靠師傅的引導(dǎo)以及個人的悟性去學(xué)習(xí),因此優(yōu)秀的煉鋼工一直很缺乏。轉(zhuǎn)爐煉鋼工對于冶煉過程憑經(jīng)驗控制,其所感知的內(nèi)容都是轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)反應(yīng)的結(jié)果。分析認為轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)冶煉過程發(fā)生了碳氧反應(yīng),CO濃度的變化就是爐內(nèi)碳氧反應(yīng)的具體表征,文章探索通過CO濃度的變化指導(dǎo)煉鋼工操作,以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的穩(wěn)定控制。

        2 轉(zhuǎn)爐工藝特點

        轉(zhuǎn)爐公稱容量120t。

        供氧條件:氧氣射流速度2.0馬赫;供氧強度2.8~3.2 m3/(t·min)。

        頂吹氣體的介質(zhì):氧氣純度99.99%。

        除塵方式:濕法除塵、RD喉口/環(huán)縫調(diào)節(jié)。

        CO濃度監(jiān)測采用激光實時監(jiān)測。

        氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)存在著直接傳氧與間接傳氧兩種途徑[1]。直接傳氧是氧氣被鋼液直接吸收,其反應(yīng)過程是:

        間接傳氧是氧氣通過熔渣傳人金屬液中,氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐傳氧以間接傳氧為主。其反應(yīng)式為:(FeO)=[FeO]、[FeO]=[Fe]十[O];

        氧化物分解壓越小,元素越易氧化。在煉鋼溫度下,常見氧化物的分解壓排列順序:

        從以上氧化物分解的順序可以看出,轉(zhuǎn)爐冶煉時分為前期硅錳氧化期、中期碳氧反應(yīng)期、后期脫碳去夾雜期[2]。通過煉鋼工經(jīng)驗控制氧槍槍位、供氧強度以及渣料量的加入時機逐步進行冶煉過程。因為轉(zhuǎn)爐內(nèi)是多相反應(yīng),因此鐵水中元素的氧化順序還與其濃度有關(guān),所以吹煉開始元素氧化順序為Fe、Si、Mn、P、C等。

        轉(zhuǎn)爐冶煉過程槍位的控制是促使爐內(nèi)反應(yīng)的重要手段[3]。當采用硬吹時,氧氣流股對熔池的沖擊力大,形成的沖擊深度較深,沖擊面積相對較小,因而產(chǎn)生的金屬液滴和氧氣泡的數(shù)量也多,氣—熔渣—金屬乳化充分,爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)由于硬吹加快爐內(nèi)溫度升高促使反應(yīng)速度快,特別是脫碳速度加快,大量的CO氣泡排出,熔池攪動強烈,并且伴有大量煙塵產(chǎn)出。

        在軟吹時,氧氣流股對熔池的沖擊力減小,沖擊深度變淺,沖擊面積加大,反射流股的數(shù)量增多,對于熔池液面攪動有所增強,爐內(nèi)升溫均勻,脫碳速度緩慢,因而對熔池內(nèi)部的攪動相應(yīng)減弱,爐內(nèi)煙塵量降低[4]。

        3 CO濃度變化的實際應(yīng)用

        轉(zhuǎn)爐煉鋼工對冶煉過程操作都是依據(jù)感官所能感知到的內(nèi)容來調(diào)整,感知的內(nèi)容都是爐內(nèi)反應(yīng)的結(jié)果。這種感知因人而異,現(xiàn)場多種因素疊加,造成轉(zhuǎn)爐煉鋼工對于冶煉控制不穩(wěn)定。轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)冶煉過程伴隨著碳氧反應(yīng)的過程,CO濃度的變化就是爐內(nèi)碳氧反應(yīng)的具體表征。

        圖1 冶煉過程中爐內(nèi)CO濃度曲線跟蹤畫面

        由圖1可以看出“CO濃度”是隨著冶煉過程時間的推移而變化的,變化的原因是轉(zhuǎn)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)在進行。通過“CO濃度”的變化指導(dǎo)煉鋼工冶煉過程操作,將真實的反應(yīng)出冶煉過程爐內(nèi)反應(yīng)狀況,根據(jù)反應(yīng)狀況,結(jié)合多年積累的經(jīng)驗,通過調(diào)整供氧強度、氧槍槍位進行冶煉作業(yè)。煉鋼工可以通過CO濃度的變化及時調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉操作,進一步提升冶煉操作水平。

        3.1 冶煉過程爐渣“返干”的判斷

        在轉(zhuǎn)爐吹煉中,造成爐渣“返干”現(xiàn)象的主要原因是供氧量小于碳氧反應(yīng)所耗氧量,由于冶煉過程槍位及供氧強度的變化造成爐渣大量結(jié)坨,鋼水表面部分裸露在氧槍流股范圍內(nèi),使得“CO濃度”急劇上升。首先爐渣“返干”在冶煉過程中經(jīng)常發(fā)生,爐渣“返干”不但造成冶煉化渣困難,去除有害雜質(zhì)能力大幅度下降,還會造成氧槍結(jié)冷鋼,嚴重時造成惡性生產(chǎn)事故;其次長時間“返干”會造成轉(zhuǎn)爐大噴濺、燒搶等安全事故[5]。目前轉(zhuǎn)爐操作中爐渣“返干”都是通過火焰形狀、亮度、聲音等判斷,不但判斷不準確而且延遲效應(yīng)嚴重[5]。CO濃度趨勢反饋見圖2。

        圖2 爐渣“返干”時爐內(nèi)CO濃度變化曲線

        通過圖2可以發(fā)現(xiàn),由于爐渣“返干”造成爐渣結(jié)坨部分鋼水直接暴露在氧槍流股范圍內(nèi),氧氣流股直接與鋼水中的碳發(fā)生反應(yīng),CO濃度急劇上升[6]。此時煉鋼工發(fā)現(xiàn)曲線異常后只需要提高槍位,加入化渣材料即可迅速解決爐渣“返干”問題,從CO濃度曲線觀測在達到峰值后提高槍位緩解了爐渣“返干”。

        3.2 開吹槍位的確定

        轉(zhuǎn)爐冶煉開始前需進行量槍作業(yè),目的是確定轉(zhuǎn)爐氧槍在爐內(nèi)有合適的槍位,槍位一旦確定后對于轉(zhuǎn)爐冶煉過程操作有極大的幫助,合適的化渣時間、碳氧反應(yīng)對于冶煉過程都有極大幫助,見圖3。

        通過前期“CO濃度”產(chǎn)生速度判斷開吹槍位是否合適。轉(zhuǎn)爐冶煉前期為硅錳氧化期,硅錳氧化期伴隨著溫度的升高逐步進入碳氧反應(yīng)期,因此通過判斷碳氧反應(yīng)期的開始時間確定開吹槍位高或低[6]。開吹槍位低碳氧反應(yīng)提前,開吹槍位高碳氧反應(yīng)開始滯后。根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)150~180s的碳氧反應(yīng)發(fā)生時間滿足工藝需要。合適的碳氧反應(yīng)發(fā)生時間能幫助冶煉過程化渣、中期爐渣化透不產(chǎn)生噴濺、后期終渣做粘確保終點穩(wěn)定。

        圖3 冶煉周期內(nèi)爐內(nèi)CO濃度變化曲線

        3.3 冶煉周期的確定

        轉(zhuǎn)爐冶煉過程是個化學(xué)反應(yīng)的過程,通過碳氧反應(yīng)的進行不斷產(chǎn)生CO氣泡,并伴隨著去除鐵水中的有害雜質(zhì),冶煉過程需要時間,合適的冶煉時間不但對于生產(chǎn)組織有很大幫助,而且對于冶煉過程鋼水終點控制的穩(wěn)定有極大助力。

        冶煉過程的平穩(wěn)需要通過對供氧強度及氧槍槍位的控制,達到爐內(nèi)反應(yīng)平穩(wěn),且脫碳速度有節(jié)奏、有序,平均脫碳速率0.30~0.32%/min,CO濃度曲線平滑。冶煉較為平穩(wěn)狀態(tài)下CO濃度變化見圖4。

        圖4 冶煉較為平穩(wěn)情況下爐內(nèi)CO濃度變化曲線

        3.4 半自動曲線模型

        轉(zhuǎn)爐冶煉過程以往通過火焰判斷爐內(nèi)狀況的冶煉方式,完全由煉鋼工通過碳氧反應(yīng)觀察的,由于感官認知的能力不盡相同,使得每位關(guān)鍵崗位人員通過經(jīng)驗判斷爐內(nèi)狀況的能力有高低,造成轉(zhuǎn)爐冶煉作業(yè)無標準參考。為此通過長時間的觀測“CO濃度”曲線變化規(guī)律,并解讀經(jīng)驗煉鋼“可意會不可言傳”的技能,幫助煉鋼過程平穩(wěn)。

        結(jié)合標準化操作,前期收集優(yōu)秀的“CO濃度”曲線變化樣本,并建立數(shù)據(jù)庫,對于相同類型或相近類型的爐次進行曲線參考冶煉,越趨于優(yōu)秀樣本冶煉過程便越平穩(wěn),并根據(jù)實際情況每周對優(yōu)秀樣本的選擇進行調(diào)整,確?!癈O濃度”曲線是最佳操作參考曲線(見圖5),優(yōu)秀樣本采集標準見表1。

        4 結(jié)束語

        采用“CO濃度”曲線實時監(jiān)控轉(zhuǎn)爐冶煉過程化學(xué)反應(yīng),并對轉(zhuǎn)爐煉鋼工操作提供參考,不但使得冶煉過程平穩(wěn),轉(zhuǎn)爐噴濺降低而且轉(zhuǎn)爐終點命中率顯著提高達15%。由于終點命中率提高轉(zhuǎn)爐吹損降低1%,鋼鐵料消耗降低2kg/t,預(yù)計全年可降低成本一千萬以上。

        [1]黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006,371.

        [2]魏壽昆.冶金過程熱力學(xué)[M].上海:上??萍汲霭嫔?1980,37~40.

        [3]李文超.冶金熱力學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1985,28~37.

        [4]梁連科.冶金熱力學(xué)和動力學(xué)[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,1996,42~58.

        [5]陳家祥.鋼鐵冶金學(xué)(煉鋼部分)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990.

        [6]王莜留.鋼鐵冶金學(xué)(煉鋼部分)[M]..北京:冶金工業(yè)出版社,1991.

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