高志濱

1 前言

隨著用戶對鋼材質(zhì)量要求的提高，鋼中磷含量的工藝控制要求也越來越苛刻，降低鋼中磷含量成了高附加值鋼材產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的單渣法冶煉低磷鋼種時存在著終點補吹率高的問題，會造成終點鋼水過氧化。而雙聯(lián)法煉鋼則會造成渣料消耗高、能源損失大、生產(chǎn)周期長等系列問題。因此尋找合適的工藝冶煉低磷鋼種是提高生產(chǎn)率、降低消耗的唯一途徑。

目前國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)開始試驗研究MURC轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，即“雙渣+留渣”冶煉工藝，如首鋼遷鋼公司SGRS工藝等。“留渣+雙渣”冶煉工藝的關(guān)鍵技術(shù)在于：第1階段（從吹煉到倒渣）實現(xiàn)高效脫磷；倒渣時爐渣物理性能控制。若第1階段未能實現(xiàn)高效脫磷，會增加第2階段（倒渣后至吹煉終點）的脫磷負擔(dān)，容易造成補吹，同時會使第2階段留渣中磷含量增高，造成惡性循環(huán)，難以循環(huán)往復(fù)；若倒渣時爐渣物理性能控制不好，會造成爐渣難以倒出和渣中含F(xiàn)e量高，難以實現(xiàn)降低輔料和鋼鐵料消耗的目標。而留渣量對“留渣+雙渣”冶煉工藝的關(guān)鍵技術(shù)有重要影響：一方面，留渣量過大，會造成第l階段爐渣堿度過高，雖然可以實現(xiàn)脫磷，但爐渣黏度大，渣中含F(xiàn)e高，使得鋼鐵料消耗升高；另一方面，留渣量過少，第1階段需加入大量輔料，輔料短時間內(nèi)難以熔化，使?fàn)t渣黏度大，渣中含F(xiàn)e高，生產(chǎn)過程中存在問題較多［1-3］。因此，要研究出具有高脫磷率的轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷工藝，方可獲得高端超低磷鋼穩(wěn)定生產(chǎn)能力。

為解決低磷鋼種冶煉生產(chǎn)過程中終點命中率低、質(zhì)量控制不穩(wěn)定的問題，制定雙渣留渣深脫磷工藝，通過氧槍參數(shù)優(yōu)化，轉(zhuǎn)爐采用全流程自動煉鋼技術(shù)，雙渣渣鐵分離工藝等技術(shù)，成功解決了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低磷品種鋼終點命中率低的問題，為今后煉鋼提高高端品種鋼比例、提高含鐵資源利用率、降低鋼鐵料消耗奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 留渣雙渣深脫磷工藝實踐

根據(jù)理論研究，轉(zhuǎn)爐冶煉過程脫磷反應(yīng)80%以上是在渣鋼界面進行，脫磷速率主要受渣鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率控制。因此，充分的攪拌是促進脫磷反應(yīng)的動力學(xué)條件。若要實現(xiàn)預(yù)期的脫磷效果，不能刻意追求某單一因素來滿足要求，而應(yīng)實現(xiàn)脫磷階段熱力學(xué)和動力學(xué)兩者的協(xié)同［2］。在制定留渣雙渣深脫磷工藝路線之后，萊鋼煉鋼廠對留渣量的控制及冶煉過程優(yōu)化進行了大量研究與實踐。

2.1 留渣量的精準控制

由于萊鋼煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐采用干法除塵系統(tǒng)，留渣量必須進行嚴格控制，否則極易造成因開吹打火不良產(chǎn)生的泄爆等安全問題。采取“冶煉終點拉碳倒渣+濺渣結(jié)束倒渣”相結(jié)合的方法進行留渣作業(yè)。終點關(guān)氧提槍后搖爐角度控制在82°～86°，防止出鋼過程中因渣量大造成的爐口下渣問題，避免爐下設(shè)備的燒損及鋼包內(nèi)下渣。通過對不同搖爐角度下渣量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，確定“留渣+雙渣”工藝標準留渣量及對應(yīng)的搖爐角度。現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 留渣角度與渣量控制

根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，制定留渣搖爐控制標準：120 t轉(zhuǎn)爐濺渣結(jié)束后搖爐角度控制在150°～165°之間，確保留渣量穩(wěn)定控制在7～10 t以內(nèi)，可以完全滿足冶煉過程化渣及開吹打火安全的需要?？紤]到轉(zhuǎn)爐留渣量多的情況下爐渣堿度降低的可能性，選取部分常規(guī)單渣留渣爐次爐渣堿度進行化驗分析，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)留渣爐數(shù)與爐渣化驗數(shù)據(jù)對比可見，當(dāng)留渣爐數(shù)增加時，爐渣堿度有明顯下降趨勢，同時轉(zhuǎn)爐終點磷含量有明顯受渣中3CaO·P2O5及4CaO·P2O5等生成物飽和影響。因此，在留渣雙渣深脫磷工藝控制過程中，要求單一爐座連續(xù)生產(chǎn)超低磷鋼時留渣爐數(shù)不得超過3爐，超過3爐時則需在最后一爐濺渣結(jié)束后將爐渣倒凈重新造渣。

2.2 過程冶煉控制［1］

采用留渣雙渣法冶煉超低磷鋼種時，前期供氧時間控制在5～6 min之間，槍位控制在1.80～2.20 m，起渣后逐漸將槍位提升，確保爐渣真正化好、化透。提槍后，為防止渣中帶鐵量大，需要使用氮氣對爐渣進行適當(dāng)?shù)脑F分離操作，槍位控制在4～5 m，氮氣吹掃時間控制在20 s以內(nèi)，避免吹掃時間過長造成爐渣倒不出的問題。渣鐵分離結(jié)束后進行搖爐倒渣，并做好過程監(jiān)督，避免爐渣溢出渣盆。倒渣結(jié)束后，抬爐至零位再次開吹，打火正常后開始加入渣料及冷料繼續(xù)冶煉操作。部分冶煉過程數(shù)據(jù)控制如表3所示（一次打火正常）。

表3 留渣雙渣爐次冶煉過程數(shù)據(jù)

3 氧槍參數(shù)及槍位控制優(yōu)化

3.1 氧槍參數(shù)優(yōu)化

原有氧槍采用喉口直徑36.1 mm氧槍，在使用過程中由于過程供氧強度控制偏低，留渣雙渣操作過程中容易出現(xiàn)溢渣噴濺等問題，不利于過程的穩(wěn)定控制以及終點的有效命中；同時，氧槍槍頭侵蝕明顯，氧槍消耗偏高。為此，通過優(yōu)化氧槍參數(shù)，改善過程供氧強度，減少氧槍消耗，實現(xiàn)留渣雙渣操作模式下的穩(wěn)定控制。原用氧槍與優(yōu)化后氧槍參數(shù)對比如表4所示（其中噴孔夾角13°、5孔不變）。

表4 氧槍優(yōu)化前后參數(shù)對比

3.2 過程槍位控制優(yōu)化

原有留渣雙渣深脫磷爐次吹煉前期槍位控制在1.55～1.65 m，實際操作過程中，前期起渣明顯不足，極易出現(xiàn)帶鐵噴濺的現(xiàn)象。經(jīng)過對不同槍位的試驗比較，最終確定，在吹煉4 min之前適當(dāng)使用高槍位，4 min之后基本槍位控制在1.8 m。5～6 min若仍不起渣，可再次加入燒結(jié)礦或?qū)屛惶岣咧? m以上以促進化渣。開吹至起渣前氧壓可控制在0.85 MPa，起渣后若反應(yīng)程度較緩慢，可以將氧壓降至0.8～0.83 MPa，延長泡沫渣生成時間，促進脫磷反應(yīng)的進行。再次開吹后氧壓可保持在0.88 MPa以上。

槍位及氧壓控制優(yōu)化后，前期泡沫渣起渣效果良好，加快了前期低溫條件下的脫磷反應(yīng)速率，鋼渣界面的脫磷反應(yīng)進行更加徹底。鋼水中的磷有75%～80%被氧化進入爐渣中，經(jīng)過第一次倒?fàn)t倒渣后基本倒出爐外。二次開吹后，再次加入渣料造渣，可進一步將磷脫除，以達到深脫磷的目的。

3.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過對氧槍參數(shù)及槍位控制的優(yōu)化，結(jié)合生產(chǎn)實踐，氧槍使用效果對比數(shù)據(jù)如表5所示。

根據(jù)生產(chǎn)跟蹤情況，結(jié)合轉(zhuǎn)爐指標控制情況，可以得出結(jié)論：轉(zhuǎn)爐冶煉過程控制相對穩(wěn)定，采用留渣雙渣深脫磷爐次終點命中率顯著提升，同時，煉鋼過程物料及能源消耗降低，吹煉時間短，優(yōu)化效果整體良好。

4 自動煉鋼模型開發(fā)與優(yōu)化

4.1 自動冶煉模型開發(fā)與優(yōu)化

在雙渣留渣法操作過程中，由于不同操作人員的操作習(xí)慣、主觀判斷及業(yè)務(wù)水平的差異，操作標準不能實現(xiàn)完全統(tǒng)一，進而導(dǎo)致班組之間終點控制水平及經(jīng)濟技術(shù)指標差距較大。為此，針對雙渣留渣深脫磷工藝開發(fā)自動冶煉模型，使用計算機控制替代人為操作，進而實現(xiàn)操作標準的統(tǒng)一與鋼水質(zhì)量的提升?？紤]到不同的鐵水條件下，前期起渣時機存在差異，因此在建立自動冶煉模型過程中需要對前期提槍時機進行動態(tài)處理，依據(jù)氧氣消耗比例建立動態(tài)控制模型，加料時機（量）、槍位控制依據(jù)氧氣消耗總量的比例進行設(shè)定，過程控制可隨氧氣消耗量進行動態(tài)調(diào)整。充分考慮了不同吹煉時間段的反應(yīng)特點，計算機指令更符合實際冶煉過程規(guī)律，爐內(nèi)反應(yīng)更平穩(wěn)。

表5 氧槍使用效果對比

以副槍二級為基礎(chǔ)建立的動態(tài)控制模型如圖1所示，固定加料控制模式如圖2所示。

圖1 動態(tài)加料控制模式

圖2 固定加料控制模式

4.2 非對稱性底吹模型開發(fā)

采用非對稱性底吹流量設(shè)置，提升熔池攪拌動力，可實現(xiàn)更好的混勻。前期針對冶煉過程中的反應(yīng)特點，對底吹參數(shù)進行了優(yōu)化。以目前經(jīng)過優(yōu)化后的底吹流量參數(shù)為基礎(chǔ)，對不同底吹槍流量調(diào)節(jié)閥開度進行不同系數(shù)的設(shè)定，促使單槍輸出流量實現(xiàn)差異，但總流量和與原來的設(shè)定保持不變。根據(jù)爐齡不同階段爐況的不同特點，對底吹流量進行差異性設(shè)置，力求冶煉過程中的熔池攪拌更加均勻，更好地促進過程反應(yīng)的進行，穩(wěn)定終點控制，實現(xiàn)良好的終點命中。底吹槍系數(shù)設(shè)定如圖3所示。

圖3 底吹參數(shù)設(shè)定

當(dāng)總流量為360 Nm3/h時，正常每支單槍底吹流量為60 Nm3/h，其中3支底吹槍系數(shù)每支均設(shè)定為1.5，則該3支每一支實際輸出流量為90 Nm3/h。為了保證總流量不變，剩余3支底吹槍流量系數(shù)需要調(diào)小，每支系數(shù)設(shè)定為0.5，每一支實際輸出流量為30 Nm3/h。從動力學(xué)的角度來看，足樣的流量設(shè)置可使熔池內(nèi)鋼水?dāng)嚢韪泳鶆?，底吹攪拌無死角，更好地促進了鋼水在熔池內(nèi)的流動。

從生產(chǎn)實際來看，轉(zhuǎn)爐開吹后未出現(xiàn)明顯的噴濺事故，冶煉終點時爐渣變黏，爐渣全鐵進一步降低。同時，冶煉過程脫磷效果進一步提升，減少了終點磷高補吹的現(xiàn)象，繼而進一步穩(wěn)定低磷鋼種終點控制水平。

5 結(jié)語

隨著鋼鐵行業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型發(fā)展，以客戶需求為導(dǎo)向的市場背景迫使鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)不斷提高產(chǎn)品等級，大力發(fā)展超低磷鋼是煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。通過工藝技術(shù)創(chuàng)新來降低生產(chǎn)成本也成為當(dāng)下的必由之路。隨著濟鋼的全面停產(chǎn)，大部分高附加值產(chǎn)品也不斷由萊鋼承接生產(chǎn)，包括油罐用鋼、貝斯耐磨鋼、高強鋼、水電用鋼、海洋用鋼等，品種鋼中低磷鋼的需求不斷增加。經(jīng)過工藝的優(yōu)化創(chuàng)新，萊鋼煉鋼廠在低磷鋼種生產(chǎn)過程中終點穩(wěn)定控制水平進一步提升，磷含量穩(wěn)定控制在0.001 2%以內(nèi)。轉(zhuǎn)爐冶煉低磷鋼種各類消耗不斷降低，其中石灰消耗控制在38 kg/t左右，轉(zhuǎn)爐總渣量控制在85 kg/t左右，終點磷合格率達到98%以上，真正地實現(xiàn)了低成本生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

參考文獻：

［1］ 朱英雄，鐘良才，蕭忠敏.復(fù)吹轉(zhuǎn)爐深脫磷技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用與進展［J］.煉鋼，2013，29（4）：1-6.

［2］ 姜迪剛.120 t轉(zhuǎn)爐雙渣留渣操作工藝實踐［J］.江西冶金，2014，34（2）：19-21.

［3］ 李翔，包燕平，王敏，等.轉(zhuǎn)爐留渣雙渣工藝脫磷階段成渣路線研究［J］.煉鋼，2016，32（1）：6-11.