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        優(yōu)化電弧爐熔煉工藝的生產(chǎn)實(shí)踐

        2019-03-11 08:57:44戰(zhàn)東平
        工業(yè)加熱 2019年1期
        關(guān)鍵詞:爐門氧槍電弧爐

        安 杰,李 濤,王 哲,吳 昱,戰(zhàn)東平

        (1.撫順特殊鋼股份有限公司總工辦,遼寧撫順113001;2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110819)

        電弧爐是重要的煉鋼熔煉裝備之一,隨著近年電弧爐冶煉工藝不斷完善,尤其是引入“兌入鐵水”工藝之后,生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的控制水平均得到大幅提升。撫順特殊鋼股份有限公司第一煉鋼廠自1999年從德國(guó)福克斯公司引進(jìn)60 t交流豎井式電弧爐,主要用于生產(chǎn)汽車齒輪鋼、高檔軸承鋼以及不銹鋼管坯,一直采用全固態(tài)料熔煉,以廢鋼、生鐵、注余冷鋼以及坯材切頭切尾等材料作為入爐鋼鐵料,負(fù)責(zé)鋼水脫碳、脫磷以及脫鈦等任務(wù),生產(chǎn)中存在的配料成本高和能源消耗大兩類問(wèn)題較突出,需通過(guò)工藝優(yōu)化予以改善。撫鋼60t電弧爐主要設(shè)備參數(shù),見表1。

        表1 60t電弧爐主要參數(shù)

        1 優(yōu)化料型結(jié)構(gòu),降低配料成本

        迫于市場(chǎng)形勢(shì)和環(huán)保壓力,近年生鐵價(jià)格持續(xù)走高,是導(dǎo)致電弧爐配料成本高的主要原因。所以,當(dāng)廢鋼與生鐵差價(jià)過(guò)大時(shí),減少電弧爐入爐鋼鐵料的生鐵配比被作為降低配料成本的首要任務(wù)。但當(dāng)生鐵配比降低時(shí),同時(shí)存在:①生鐵與廢鋼的熔煉收得率差異導(dǎo)致的鋼鐵料配入總質(zhì)量增加;②鋼鐵料堆比重減少,裝料后出現(xiàn)平鐵現(xiàn)象,更可能導(dǎo)致料籃裝鐵次數(shù)(正常2次)增加,影響生產(chǎn)效率;③爐料配碳量降低加劇電弧爐熔煉過(guò)程的鋼水過(guò)氧化等問(wèn)題。

        調(diào)整廢鋼料型結(jié)構(gòu),杜絕增加料籃裝鐵次數(shù),維持2次裝鐵(1次旋爐蓋+1次豎井加入),確保電弧爐生產(chǎn)順行是重中之重。首先需要解決廢鋼各種料型相互摻雜堆放的問(wèn)題,嚴(yán)格進(jìn)行廢鋼分選,保證各種料型分區(qū)域堆放,見圖1和圖2。

        圖1 整治前廢鋼堆放效果

        圖2 整治后廢鋼堆放效果

        原工藝配料生鐵配入占比為40%~45%,其他以重型廢鋼為主,中型廢鋼和統(tǒng)料為輔。經(jīng)標(biāo)定重型廢鋼、中型廢鋼和統(tǒng)料的堆比重分別約為0.45、0.3和0.2 t/m3。當(dāng)生鐵配入占比減少至30%時(shí),即出現(xiàn)了增加裝鐵次數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化后新引入粉碎料、返回鋼(加工分廠切頭切尾)等廢鋼料型,料籃裝料時(shí)可以使大塊料與小塊料充分配合,在不增加總裝入量的前提下,保證每爐料籃2次裝鐵。目前,電弧爐入爐鋼鐵料的生鐵配比降至22%~24%,計(jì)算配料成本降低約110~130元/t。

        2 優(yōu)化供氧曲線

        減少電弧爐配料的生鐵配入量,直接將生鐵的配碳量由1.6%~1.8%降低至0.9%~1.0%,顯著增加電弧爐熔煉過(guò)程的鋼鐵料燒損,尤其是冶煉末期當(dāng)鋼水碳含量低于0.10%且溫度高于1 580℃之后,氧槍強(qiáng)供氧方式更會(huì)導(dǎo)致電弧爐出鋼鋼水嚴(yán)重過(guò)氧化。汽車齒輪鋼、軸承鋼等品種的生產(chǎn)工藝流程為電弧爐+LF+VD+連鑄,精煉采用鋁脫氧方式,鋼材對(duì)夾雜物的要求極為苛刻。電弧爐出鋼鋼水的氧含量高,會(huì)增加后續(xù)精煉的脫氧壓力,同時(shí)脫氧產(chǎn)生的大量脫氧產(chǎn)物Al2O3是鋼材上夾雜物的主要來(lái)源[1-2]??刂齐娀t鋼水過(guò)氧化是避免成本損失和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。從降低電弧爐爐門氧槍的供氧強(qiáng)度和調(diào)整熔煉末期供氧制度兩方面入手,有效緩解了鋼水嚴(yán)重過(guò)氧化的風(fēng)險(xiǎn)。電弧爐爐門氧槍優(yōu)化前后的供氧曲線,見圖3和圖4。

        圖3 優(yōu)化前供氧曲線

        圖4 優(yōu)化后供氧曲線

        電弧爐原爐門氧槍的氧氣流量分2個(gè)檔(2 500 m3/h和1 500 m3/h),存在供氧方式粗放、氧氣流量大和鋼水過(guò)氧化嚴(yán)重的問(wèn)題。優(yōu)化后爐門氧槍氧氣流量分3個(gè)擋(高2 300 m3/h、中1 300 m3/h和低800 m3/h),重點(diǎn)調(diào)整出鋼前的低氧流量操作,具體供氧步驟:電弧爐進(jìn)入氧化期,爐門氧槍采用高氧流量。當(dāng)鋼水溫度1 550~1 570℃,隨即氧氣流量降為中氧。鋼水溫度1 580~1 590℃時(shí),氧氣流量降為低氧直至出鋼。該供氧方式較原工藝延長(zhǎng)了中、低氧流量的供氧時(shí)間,電弧爐出鋼前由原工藝的3 min增加至12 min,顯著降低了鋼水的過(guò)氧化程度和氧氣消耗。經(jīng)檢驗(yàn),優(yōu)化供氧曲線后電弧爐出鋼鋼水氧含量由700×10-6降低至500×10-6,為后續(xù)LF爐操作提供良好的精煉初始條件。

        另外,調(diào)整爐門氧槍供氧曲線的同時(shí)需要輔以配套的噴碳粉方法,一方面強(qiáng)化造泡沫渣脫磷效率,另一方面增加碳氧反應(yīng),緩解鋼水與氧反應(yīng)燒損,可將鋼鐵料收得率由87%提高至89%。

        3 降低白灰消耗

        電弧爐白灰主要用于鋼水脫磷,決定白灰用量的主要因素是爐料磷配入量和冶煉過(guò)程的脫磷工藝。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中煉鋼用生鐵的磷含量要求w(P)≤0.150%,具體分析結(jié)果一般為0.080%~0.100%。降低生鐵配入占比后,爐料的磷配入量相應(yīng)降低,緩解了電弧爐的脫磷壓力。電弧爐冶煉操作當(dāng)鋼鐵料全熔后,鋼水溫度1 540℃,加入白灰1 200 kg(18~20 kg/t),造泡沫渣一次流渣即可將鋼水磷含量降至0.010%以下。白灰單耗可降低15~18 kg/t。

        4 生產(chǎn)效率方面的優(yōu)化

        對(duì)于偏心底出鋼的電弧爐合理的留鋼留渣量能夠充分利用爐內(nèi)的熱效率,達(dá)到鋼鐵料快速熔化的目的。通過(guò)修正爐內(nèi)砌筑耐火材料的厚度,擴(kuò)大爐膛容積,同時(shí)穩(wěn)定出鋼量等措施,將留鋼留渣量由10 t增加至15 t以上。

        另外,探討通過(guò)快速完成電弧爐非給電時(shí)期的操作,如電弧爐裝料、換電極等,同樣能夠縮短整體冶煉時(shí)間。這部分存在一定的挖掘潛力,需要持續(xù)的改進(jìn)。

        5 改善效果

        經(jīng)過(guò)以上工藝優(yōu)化,除配料成本大幅降低外,電弧爐各項(xiàng)消耗指標(biāo)同時(shí)得到不同程度的改善,具體見表2。

        6 結(jié)論

        實(shí)踐證明,通過(guò)優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)、電弧爐供氧方式等措施,降低了配料成本,改善了能源類指標(biāo)消耗,進(jìn)而在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上,大幅降低了冶煉成本。

        表2 消耗指標(biāo)的改善

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