朱國強，王鵬，張志文，毛志勇，李冰，宋宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021）

近年來，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)大力推行結構優(yōu)化，煉鋼生產(chǎn)正在向?qū)崿F(xiàn)緊湊式連續(xù)化的專業(yè)生產(chǎn)線、實現(xiàn)高效率快節(jié)奏的生產(chǎn)工藝、進一步提高鋼水的潔凈度、實現(xiàn)生產(chǎn)和管理智能化、降低消耗和污染的方向發(fā)展［1］。轉(zhuǎn)爐冶煉周期是衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼水平的綜合技術指標之一，與轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量、煉鋼操作工藝、鋼水質(zhì)量以及設備作業(yè)率緊密聯(lián)系［2］。目前，轉(zhuǎn)爐冶煉周期世界先進水平已達20～25 min，國內(nèi)先進水平也達到30 min左右［3］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#鑄機正式投產(chǎn)后，形成了3座轉(zhuǎn)爐兌3臺鑄機的生產(chǎn)局面，轉(zhuǎn)爐冶煉周期為42～44 min，煉鋼工序成了產(chǎn)能限制環(huán)節(jié)。因此，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，實現(xiàn)高效化生產(chǎn)，其意義已不僅僅是優(yōu)化轉(zhuǎn)爐技術經(jīng)濟指標，更重要的是實現(xiàn)全連鑄的爐機匹配，保證煉鋼系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定、均衡和順行。為了解決這個問題，分析了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐技術裝備，通過優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)和出鋼口尺寸，縮短了轉(zhuǎn)爐的冶煉周期，達到了轉(zhuǎn)爐高效低成本生產(chǎn)的目的。

1 轉(zhuǎn)爐主要技術參數(shù)

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉(zhuǎn)爐主要技術參數(shù)見表1。

2 轉(zhuǎn)爐提效限制環(huán)節(jié)分析

2.1 氧槍供氧強度

四分廠以冶煉汽車鋼和低碳鋼種為主，鋼種磷含量非常低，轉(zhuǎn)爐供氧量要求47 000～53 700 m3/h，最大供氧量為59 000 m3/h，最小供氧量為40 000 m3/h。副槍過程測試時，調(diào)整氧氣流量為20 000～30 000 m3/h。而氧槍設計時偏向于軟吹脫磷型，氧氣流量為51 000 m3/h。供氧強度不能完全達到實際要求，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

表1 轉(zhuǎn)爐主要技術參數(shù)

2.2 氧槍槍位

生產(chǎn)低磷IF鋼時，由于鋼種含磷量最低時要求≤0.010%，需要長時間的高槍位吹氧增加渣中FeO含量來達到滿足低磷含量的要求，槍位最高時達到320 cm，達不到一定的沖擊深度，供氧時間偏長，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

2.3 出鋼時間

轉(zhuǎn)爐冶煉周期包括吹煉時間和輔助時間 （包括兌鐵、出鋼、濺渣、等待等）兩部分。長期以來，國內(nèi)鋼廠偏重于提高供氧強度，縮短吹煉時間，卻忽視了縮短輔助時間的重要性。日本轉(zhuǎn)爐吹煉時間與輔助時間之比基本上為1∶1。而我國傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉周期中，吹煉時間和輔助時間之比長達1∶（1.3～1.5）［3］。四分廠吹煉時間為 13.5～15.0 min，但是輔助時間為23～27 min，吹煉時間和輔助時間之比高達1:1.7，所以，有必要縮短輔助時間。

四分廠原使用內(nèi)徑160～165 mm的出鋼口，尺寸偏?。闈M足提高出鋼口壽命而設計）。圖1為出鋼時間散點圖。從圖1可以看出，新下出鋼口前5爐出鋼時間最長，達到11 min，前40爐出鋼時間都在8 min以上。圖1中統(tǒng)計爐數(shù)平均出鋼時間7.7 min，適宜的出鋼時間為5～6 min，導致鋼水溫降較大，嚴重制約產(chǎn)能，且浪費生產(chǎn)成本。

圖1 出鋼時間的散點圖

3 轉(zhuǎn)爐提效措施

3.1 轉(zhuǎn)爐高效供氧技術

3.1.1 氧槍噴頭優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐高效吹氧的關鍵是選擇合理的氧槍噴頭參數(shù)、制定正確的供氧制度、造渣制度，既縮短轉(zhuǎn)爐吹氧時間提高鋼產(chǎn)量，又能適當改善轉(zhuǎn)爐的其它技術經(jīng)濟指標，其中供氧強度指標尤為關鍵。在設計氧槍噴頭時要注意以下原則：

（1）在一定的操作氧壓和槍位條件下，為吹煉提供所需的供氧強度，使氧氣射流獲得較大的動能，以達到合適的穿透深度，攪拌均勻熔池的同時又不致引起較大的噴濺。為此，要求正確設計工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸，并要求氧氣射流沿軸線的衰減應盡可能慢。

（2）在合適的槍位下，氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應區(qū)，保證熔池反應均勻，對爐襯侵蝕小且均勻。尤其對多孔噴槍，要求各股氧氣射流到達熔池面上時不匯合，能形成多個反應區(qū)。

（3）噴頭的結構合理、簡單，氧氣射流沿著氧槍軸線不出現(xiàn)負壓區(qū)和過強的湍流運動。

供氧強度的大小應根據(jù)轉(zhuǎn)爐的設計噸位、爐容比來確定。供氧強度過大，容易造成嚴重的噴濺，供氧強度過小，則將延長轉(zhuǎn)爐吹煉時間。通常在不產(chǎn)生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強度。供氧壓力應保證使射流出口速度達到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力，這樣才能獲得有效動量最大和最佳性能的射流。

四分廠氧槍原吹氧流量采用51 000 m3/h，平均吹氧時間為15 min左右，吹氧時氧槍支管壓力為1.0 MPa。在爐渣“返干”劇烈時期由于支管壓力偏大，吹煉火焰持續(xù)外溢，影響爐渣狀態(tài)的判斷和爐底的維護工作，因此對氧槍噴頭喉口、馬赫數(shù)等參數(shù)進行了優(yōu)化。優(yōu)化前后的氧槍噴頭參數(shù)見表2。

3.1.2 氧槍控制方案優(yōu)化

優(yōu)化后的氧槍控制方案采取了恒壓變槍操作，氧槍流量提高到53 700 m3/h。轉(zhuǎn)爐吹煉周期槍位遵循高-低-高-低-低原則。開吹槍位設定260 cm，下槍吹氧。第一批渣料加入結束至吹煉3 min,槍位260 cm，利于迅速成渣，創(chuàng)造前期脫磷條件；第二批渣料加入結束至吹煉5.5 min，將氧槍槍位降低到220 cm，加大熔池攪拌強度將造渣料化透；吹煉6 min后將氧槍抬高到260～280 cm防止爐渣出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象，穩(wěn)定脫磷效率；吹煉后期槍位適當降低，提高金屬收得率，降低鋼水氧化性；終點拉碳槍位設定為210 cm，便于穩(wěn)定火焰以利于判斷終點，提高終點命中率。

前期底吹流量適當調(diào)大，有助于前期化渣和熔池快速升溫。吹煉8 min左右進入“返干”期，爐渣中FeO含量低，此時將底吹流量適當調(diào)小有助于緩解“返干”現(xiàn)象的發(fā)生，提高脫磷效率。吹煉后期將底吹流量調(diào)大，有助于碳氧反應趨于平衡。終點抬槍后底吹流量達到最大，有利于降低鋼中氧，提高金屬收得率。

表2 優(yōu)化前后的氧槍噴頭主要參數(shù)對比

3.2 轉(zhuǎn)爐高效出鋼技術

四分廠目前采用擋渣鏢擋渣。在出鋼過程中，當鋼水出到2/3時，用擋渣鏢投放小車將擋渣鏢投入到出鋼口上方，擋渣鏢鏢桿隨鋼水旋窩對準出鋼口并定位，同時破壞出鋼渦流卷渣，當鋼水將要出盡時，擋渣鏢堵住出鋼口，阻止爐內(nèi)熔渣流入鋼包。剩余鋼水則從鏢頭上的小槽中流凈，完成擋渣操作。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，當液面下降到一定高度時發(fā)生渦流卷渣。此時原本向出鋼口中心線匯流而出的流體質(zhì)點在徑向某處開始疊加切向速度（角速度），使其跡線越來越偏離徑向而逐漸演變成圍繞中心線的旋轉(zhuǎn)流動，致使渦芯卷渣而下。所以在增大出鋼口尺寸設計時，必須考慮卷渣問題。

針對四分廠轉(zhuǎn)爐出鋼時間長的問題，在保證不降低轉(zhuǎn)爐擋渣成功率的同時，研究設計了4種增大內(nèi)徑的新型出鋼口，出鋼前擋渣使用配套的泥質(zhì)擋渣塞，然后分別進行上線試驗跟蹤。不同內(nèi)徑的出鋼口試驗結果指標對比見表3。

表3 不同內(nèi)徑的出鋼口試驗結果指標對比

在試驗對比中，考慮到出鋼口使用壽命并結合出鋼時間分布情況認為，內(nèi)徑170～180 mm型出鋼口各項指標穩(wěn)定，平均出鋼時間比以前縮短1.84 min。配合使用泥質(zhì)前擋渣塞，結果表明回磷量等控制穩(wěn)定，平均出鋼溫降減少2.29℃。試驗結果滿足生產(chǎn)要求，因此最終確定采用內(nèi)徑為170～180 mm的出鋼口。

4 轉(zhuǎn)爐提效生產(chǎn)實踐及效果評價

4.1 氧槍優(yōu)化后效果

氧槍優(yōu)化前后指標對比見表4。由表4可以看出，優(yōu)化后，供氧強度提高，在實際生產(chǎn)402爐有效數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)爐平均吹氧時間縮短1.48 min。濺渣時氧氣流量大，起渣快，達到過去相同效果的情況下，可節(jié)約濺渣時間0.9 min。轉(zhuǎn)爐氧耗和氮耗指標都有不同程度的降低，降低了轉(zhuǎn)爐能源消耗。氧槍優(yōu)化后，轉(zhuǎn)爐終渣FeO含量降低了2%左右，說明隨著轉(zhuǎn)爐供氧強度的提高，轉(zhuǎn)爐吹損有所降低，金屬收得率得到提高。

表4 氧槍優(yōu)化前后各項指標的對比

4.2 轉(zhuǎn)爐出鋼優(yōu)化后效果

使用170～180 mm內(nèi)徑的出鋼口后，平均出鋼時間比原來縮短1.84 min，出鋼平均溫降減小2.29℃，后道工序回磷量指標基本沒有變化，而且出鋼口壽命也達到了原有水平，沒有因為增大內(nèi)徑而降低出鋼口使用壽命。

5 結語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉(zhuǎn)爐煉鋼周期長的實際情況，優(yōu)化了氧槍噴頭參數(shù)和轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)徑，調(diào)整了氧槍操作制度。氧槍噴頭參數(shù)優(yōu)化后，供氧強度由3.40 m3/（t·min）提高到 3.58 m3/（t·min），平均吹煉時間縮短了1.48 min。濺渣時流量大，起渣快，平均濺渣時間縮短0.9 min。采用內(nèi)徑170～180 mm的出鋼口，平均出鋼時間縮短1.84 min。最終轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短了4.22 min，控制在38 min左右。結合出鋼前擋渣，轉(zhuǎn)爐回磷量等各項指標控制穩(wěn)定，達到了轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)的目的。

［1］仝中偉,王省林.轉(zhuǎn)爐高效煉鋼技術探討［J］.機械工程與自動化,2004,124（3）:73-75.

［2］楊文遠,蔣曉放.大中型轉(zhuǎn)爐高效吹氧技術研究 ［J］.煉鋼,2009,44（1）:27-30.

［3］盧凱.250 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)用氧實踐［J］.煉鋼,2008,24（5）:1-4.