賀勁松

【摘 要】本文通過轉(zhuǎn)爐熱平衡計算，指導現(xiàn)場科學合理的制定各項降低鐵鋼比的一些措施，也涉及到在降低鐵鋼比過程中出現(xiàn)的一些實際問題及解決方案。通過這些措施湘鋼某廠鐵水單耗從870Kg/噸降至目前的810Kg/t鋼。

【關(guān)鍵詞】鐵水單耗;熱平衡;廢鋼比

1、引言

在全國正在淘汰鋼鐵企業(yè)落后產(chǎn)能的大環(huán)境下，國內(nèi)廢鋼資源比較充裕，提高廢鋼比降低鐵水單耗有利于鋼鐵企業(yè)大幅降低綜合能耗，提高廢舊物資的回收利用效率，具有可觀的經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益。

由于公司高爐產(chǎn)能長期小于煉鋼的產(chǎn)能，廢鋼比一直比較低，產(chǎn)量嚴重受限，處于微利狀態(tài)。2018年提出鐵水單耗必須降低至820Kg/t鋼以內(nèi)。為此從兩方面開始進行攻關(guān)：一方面通過熱平衡計算，制定合理的裝入制度、溫度制度、爐內(nèi)加入發(fā)熱劑等措施;另一方面通過通過改進廢鋼尺寸，對廢鋼槽進行擴容，鐵水罐加入干燥的清潔廢鋼等方措施，使得鐵水單耗從870Kg/噸降至目前的810Kg/t鋼，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

2、熱平衡計算

2.1初始條件

為給降低鐵水單耗提供理論支持，按照目前按照已有的鐵水初始條件進行設定（冶煉過程不加入螢石、石灰石及礦石），選100kg鐵水進行熱平衡計算：

2.2熱收入項

（1）鐵水物理熱

鐵水熔點：=1536-（[C]%×100+[Si]%×8+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25）-7

式中100、8、5、30、25分別為C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低鐵水熔點值;7為氣體O2、H2、N2共降低鐵水熔點值;1536℃為純鐵熔點.

鐵水熔點=1536-（5×100+0.6×8+0.35×5+0.12×30+0.06×25）-7=1017.0℃

鐵水物理熱=100×[0.178×（1017-30）+52+0.20×1330-1017]=27360千卡

（2）鐵水中各元素氧化放熱及成渣熱

C→CO 4.428×2616.9=11587.63千卡

C→CO2 0.492×8250.7=4059.34千卡

Si→SiO2 0.6×6767.2=4060.32千卡

Mn→MnO 0.23×1677.9=385.92千卡

FE→FeO 0.576×1150.5=662.58千卡

FE→Fe2O3 0.207×1758.1=364.50千卡

P→P2O5 0.105×4522.6=474.87千卡

P2O5→4CaO·P2O5 0.240×1162.1=279.47千卡

SiO2→2CaO·SiO2 1.299×495=643.13千卡

共計：=22517.76106千卡

（3）煙塵氧化放熱

=1.6×（0.77×56/72×1150.5+0.2×112/160×1758.1）=1496.249067千卡

則熱收入總量為：27360+22517.7611+1496.2491=51374.01013千卡

注：對于爐襯中的C、原料中的P，其氧化放熱甚少，故忽略之。

2.3熱支出項

（1）鋼水物理熱

鋼水水熔點：=1536-（[C]%×65+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25）-7

=1536-（0.08×65+0.12×5+0.015×30+0.038×25）-7=1522.0℃

式中65、5、30、25分別為鋼中元素C、Mn、P、S增加1%時鋼水熔點的降低值。℃

出鋼溫度選定：由于該廠所有鋼種全部經(jīng)過鋼包爐精煉后上臺澆鑄，故轉(zhuǎn)爐出鋼溫度可以適當降低，根據(jù)實際情況，目標出鋼溫度按照1590℃進行設定。

則鋼水物理熱=91.1516×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=29952.33152千卡

（2）爐渣物理熱：

取終點爐渣溫度與鋼水溫度相同，即1590℃

故爐渣物理熱=7.4045×[0.298×（1590-25）+50]=3693.520061千卡

（3）礦石分解吸熱：0千卡

（4）CaCO3分解吸熱：=0千卡

（5）煙塵物理熱：

1.6×[0.238×（1350-30）+50]=546.08千卡

（6）爐氣物理熱：

=（8.3076×0.349+1.4324）×1350=5847.881117千卡

（7）渣中鐵珠物理熱：

0.0059×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=1.946492921千卡

（8）噴濺金屬物理熱：

1×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=328.599千卡

（9）白云石分解吸熱：

取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解，經(jīng)過計算，生白云石的分解吸熱為1.8×340=612千卡

上述各項熱支出量為：

29952.3+3693.5+0+0+546.1+5847.9+1.9+328.6+612=40982.3582千卡

（10）剩余熱量：

吹煉過程轉(zhuǎn)爐熱輻射、對流、傳導、傳熱以及冷卻等帶走的熱量，與爐容量小，操作等因素有關(guān)，一般為總收入熱量的3～8%，本計算取

本計算取3%，故熱損失為51374×0.03=1541.220304千卡

則剩余熱量為：51374-40982.4-1541.2=8850.431627千卡

（11）廢鋼加入量：

1公斤廢鋼吸收熱量為：

=1×[0.167×（1522-25）+65+0.2×（1590-1522）]=328.599千卡

則可加入的廢鋼量為：8850.4/328.6=26.934公斤，即廢鋼比為：26.934/（100+26.934）×100%=26.93%

按照我廠轉(zhuǎn)爐金屬收得率0.93，廢鋼比26.93%進行估算，

鐵水比約為100/（100+26.93）/0.93=847Kg/t

2.4熱平衡表

熱量收支平衡見下表：

熱效率=（鋼水物理熱+廢鋼物理熱+爐渣物理熱）/熱收入總量

=29952.3315245324+3693.52006101581+8850.43162716069）/51374.01×100%

=82.72%

要進一步降低鐵耗，需要在廢鋼中加入生鐵或爐內(nèi)加入升溫劑。

3、降低鐵鋼比的具體措施

3.1降低出鋼溫度

由轉(zhuǎn)爐熱平衡計算結(jié)果可知：鋼液帶走的物理熱占熱量總支出的70%以上，適度降低轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度以節(jié)余部分熱量支出。降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有利于降低鋼水的氧化性、保護爐襯，有利于轉(zhuǎn)爐操作，但是要采取鋼水提溫、控溫措施以保證鋼水順利連澆。分析認為，煉鋼生產(chǎn)工藝變化如下：考慮到LF加熱能力（平均3.5℃/min）、上下工序生產(chǎn)節(jié)奏的控制、規(guī)模效應（產(chǎn)量可以攤薄設備折舊及管理費用）及加熱成本（主要包括石墨電極和電能消耗），重新制定新的出鋼溫度制度：

在鋼水過程溫控方面采取措施保障生產(chǎn)順行，包括限定鋼包投用數(shù)量、完善鋼包在線烘烤制度、中間包覆蓋劑提質(zhì)、砌筑高質(zhì)量隔熱層等。實踐表明，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低10℃，可提高轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗12～15kg/t。

3.2爐內(nèi)加入焦粉

提高廢鋼比后，爐內(nèi)熱量無法平衡，而錳、硅、鈦等發(fā)熱元素含量極低，造成冶廢鋼比很難進一步提高，因此考慮使用焦粉進行熱量補償。使用焦粉的36爐數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析（核算方法：非低碳鋼爐次平均數(shù)據(jù)作為標準數(shù)據(jù)，利用增量模型方法核算出不加焦粉的終點預估溫度，然后和加了焦粉的爐次實際終點結(jié)果比對，計算出焦粉升溫結(jié)果）：

通過對以上數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出如下結(jié)果：

（1）不考慮爐次數(shù)據(jù)異常直接計算，每1000Kg焦粉升溫42℃;剔除升溫為負值（8爐占比22.22%）及換算為1000Kg后升溫>50℃的爐次（13爐占比36%）后其余爐次每1000Kg焦粉升溫32℃。

（2）按照每爐加入焦粉1000Kg，150t鋼水理論將增碳：1000*80%/150000=0.53%;按理論0.01%的碳升溫1℃來看，焦粉在爐內(nèi)升溫的效率為32/53=60%。

3.3廢鋼中加入生鐵塊

提高廢鋼比后，為平衡轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)熱量，廢鋼中增加生鐵塊加入量的措施來減緩鐵水緊張的問題。生鐵塊平均成分如下：

隨著生鐵塊的熔化釋放出一定量的硅元素，硅是主要的發(fā)熱元素之一，然而生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉過程不易控制，造成爐口溢渣，噴濺嚴重，終點命中率低等問題。在一定程度上彌補了一些溫度的損失。

3.3.1 對吹煉過程的影響

隨著廢鋼和生鐵塊的增加，一方面使前期降低了廢鋼及石灰的熔化速度變慢，熔池長時間處于低溫狀態(tài)，生鐵塊易堆積，熔池攪拌強度低，降低了廢鋼的熱傳導能力，從而減緩了廢鋼的熔化速度。另一方面，加入生鐵塊后熔池一直處于低溫低堿度狀態(tài)，爐襯侵蝕嚴重，SiO2聚集較多，石灰表層的CaO很容易與SiO2反應生成高熔點的2CaO·SiO2附著在表面，阻礙石灰進一步熔化。中期開始生鐵塊逐漸熔化，熔池溫度急劇上升，如果槍位控制不好，既容易發(fā)生返干噴濺，又容易發(fā)生泡沫噴濺，對轉(zhuǎn)爐成渣過程有不利影響，影響脫磷反應。生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉終點控制波動比較大，脫磷率低。首先，終點溫度不容易控制，終點升溫速度比一般升溫速度低很多。此外對于要求碳含量低的鋼種（管線鋼等），終點碳可能會偏高，就是因為生鐵塊未熔化完全造成的。

3.3.2 提高生鐵加入后的控制措施

針對前期溫度低造成低溫溢渣的情況，主要采取濺渣后或下一爐加完廢鋼后加入一批500～1000kg的焦粉彌冶煉補前期溫度的不足;此外，可采取降低第一批渣料的加入量，且在第一批料加完后，待基本完全熔化再加入第二批渣料（比正常加入時機晚1～2分鐘），避免加入過早造成爐內(nèi)渣料不能及時熔化，隨著低溫泡沫渣溢出爐口。

針對中后期碳氧爆發(fā)性的反應造成的噴濺，主要根據(jù)前爐冶煉槍位變化及音頻化渣曲線進行適當調(diào)整，采用恒壓變槍位操作（根據(jù)音頻曲線在出現(xiàn)噴濺預警前來回竄槍），保證熔池反應平穩(wěn)。若爐口出現(xiàn)明顯的噴濺跡象，則馬上提槍進行倒渣操作，避免噴濺造成生產(chǎn)事故及環(huán)境污染。

3.4提高廢鋼容重

由于之前所使用的廢鋼已自產(chǎn)廢鋼及外購輕薄廢為主，轉(zhuǎn)爐入爐廢鋼的來源主要是外購，占比超過75%。在廢鋼加入時經(jīng)常出現(xiàn)卡槽現(xiàn)象。廢鋼的外形尺寸按企業(yè)標準控制，長度不允許超過1500mm，單槽廢鋼重量28～35t，每爐配加1槽廢鋼。隨著轉(zhuǎn)爐廢鋼比的增加，單槽廢鋼重量不能滿足生產(chǎn)要求，在方坯與板坯同時生產(chǎn)時，嘗試安排配加2槽廢鋼，但嚴重影響煉鋼節(jié)奏。為此，首先進行廢鋼料槽增容改造，將料槽長度前端及后補各增加增加1100mm，經(jīng)過改造后單槽廢鋼重量做多可裝入46t;其次是把切削屑廢鋼進行壓塊處理。裝槽時盡將重廢及堆密度較大的廢鋼置于槽底，打包壓塊置于槽上部有序堆放。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后，單槽廢鋼重量穩(wěn)定在38～44t，較好地滿足了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的要求。

4、結(jié)束語

通過前期大量實驗及摸索后，采取了降低轉(zhuǎn)爐造渣材料消耗、降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、增加焦粉作為發(fā)熱劑、提高廢鋼槽容重等措施后，轉(zhuǎn)爐廢鋼比提高至25%以上，鐵水單耗穩(wěn)定降至810Kg/t以下。

【參考文獻】

（1） 吳優(yōu)，于峰，程明剛.提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比實踐[J]。鞍鋼技術(shù)，2018，5（413）：52-54。

（2） 曹祎哲，武波.生鐵塊加入對轉(zhuǎn)爐吹煉的影響分析[J].河南冶金，2018，26卷2月第一期

（3）李彥軍，王瑞軍，翁玉娟， 黃山，張浩宇，張東. 焦丁在半鋼補熱技術(shù)中的試驗與應用[J].山西冶金。2018，（5）：7-10