駱承法

摘要：文章主要討論了轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝優(yōu)化方向和措施，從爐料配比使用、吹氧攪拌以及鋼渣控制等三個(gè)方向討論當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的優(yōu)化措施，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)煉鋼工藝的發(fā)展進(jìn)步，提高我國鋼鐵的競爭力。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;煉鋼;工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TF71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）10-0025-04

20世紀(jì)90年代，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)開始發(fā)展，進(jìn)人新世紀(jì)以來，我國鋼鐵產(chǎn)量提高，當(dāng)前我國鋼鐵產(chǎn)量占全球總量的50%。鋼鐵產(chǎn)量得以快速提升的同時(shí)，鋼鐵冶煉技術(shù)也在不斷地提高發(fā)展，煉鋼技術(shù)逐漸向著高品質(zhì)、低成本、低消耗、綠色冶煉的方向發(fā)展。不過當(dāng)前我國煉鋼工藝在發(fā)展的過程中，轉(zhuǎn)爐工藝仍存在著許多改善的空間，工藝優(yōu)化對(duì)提高煉鋼的效率、成本控制以及減少污染都有重要的意義。我國是傳統(tǒng)的冶煉大國，冶金技術(shù)發(fā)展歷史悠久。是全球鋼鐵冶煉第一大國，國內(nèi)粗鋼產(chǎn)能超過全球總量的一半。當(dāng)前我國的粗鋼生產(chǎn)的主要的方式仍以轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)為主，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝不僅生產(chǎn)效率高，同時(shí)對(duì)鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量把控也具有較大的優(yōu)勢。不過隨著煉鋼工藝的不斷開發(fā)應(yīng)用，新的工藝技術(shù)不斷被應(yīng)用到轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，優(yōu)化了當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品成本的降低，產(chǎn)品質(zhì)量的提升，降低了資源的消耗，促進(jìn)了企業(yè)競爭力的提升。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展，提高了生產(chǎn)效率。本文主要從當(dāng)前大型煉鋼企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，討論當(dāng)前優(yōu)化煉鋼工藝的方向和措施，促進(jìn)鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)的健康長久發(fā)展。

1總述煉鋼行業(yè)的現(xiàn)狀

當(dāng)前我國已經(jīng)成為全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國，每年的鋼鐵產(chǎn)能超過全球總量的50%，如圖1所示。我國鋼鐵產(chǎn)能巨大，其中生產(chǎn)鋼材的主要工藝就是采用轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)。雖然鋼鐵冶煉工藝近年來獲得較大的改善，但是當(dāng)前對(duì)環(huán)保的要求以及能源的節(jié)約，采用更加優(yōu)化的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝勢在必行。國內(nèi)的鋼鐵冶煉產(chǎn)業(yè)中，主要的成本就是煉鋼爐料費(fèi)用，占據(jù)總成本的80%，所以通過優(yōu)化煉鋼爐料的使用工藝是降低煉鋼成本的重要步驟。為了實(shí)現(xiàn)降低金屬爐料的浪費(fèi)消耗，同時(shí)還要保證鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量，根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)大型煉鋼企業(yè)的調(diào)查，通過優(yōu)化冶煉爐料的配比結(jié)構(gòu)，改善鐵水預(yù)處理工藝以及后期調(diào)質(zhì)合金料的使用。通過改進(jìn)吹氧工藝，利用少渣煉鋼工藝等措施有效的降低了金屬爐料的消耗浪費(fèi)，減少了氧氣的使用，提高了金屬回收率，實(shí)現(xiàn)了冶煉成本的降低，節(jié)約資源，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著煉鋼工藝的不斷優(yōu)化，當(dāng)前低配比鐵水冶煉、濺渣護(hù)爐、低耐材消耗等技術(shù)逐漸應(yīng)用到煉鋼工藝中，實(shí)現(xiàn)了煉鋼工藝物質(zhì)流、工藝流、時(shí)間流全方向的優(yōu)化，提高了鋼鐵冶煉的效率和質(zhì)量。

2優(yōu)化思路

針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼當(dāng)前應(yīng)用的主要工藝，通過利用適當(dāng)合理的爐料比例結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)冶煉成本的降低，同時(shí)還可以降低對(duì)輔料以及鋼鐵料的使用，節(jié)約原料。從目前國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展情況來看，爐料結(jié)構(gòu)仍然存在很多不合理之處，直接增加了輔料和鋼鐵材料的消耗浪費(fèi)，讓冶煉成本升高，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求。當(dāng)前我國轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝仍然存在以下問題：

1）從熱力學(xué)來看，轉(zhuǎn)爐過程中富余的熱量直接影響到后期的造渣過程，如渣鐵含量以及粘度需求。在冶煉的人爐爐料中，使用的鐵水存在不均衡的問題，直接影響到造渣時(shí)渣量和渣的種類以及成分含量，直接影響到轉(zhuǎn)爐的冶煉過程，需要較高的濺渣量，渣鐵含量高，導(dǎo)致浪費(fèi)大量的金屬料。

2）在轉(zhuǎn)爐冶煉造渣過程中，造渣料的使用效果較差。在轉(zhuǎn)爐中熔池在升溫過程中，主要的溫度分布呈獻(xiàn)出非平衡性，這主要是由于不斷的加料造成的。另外，轉(zhuǎn)爐內(nèi)隨著吹氧量的增加，爐內(nèi)富余熱量增多，化渣效果差，熔渣粘度升高，造成熔渣粘結(jié)，出現(xiàn)結(jié)塊，造成爐內(nèi)熱傳遞受阻，物質(zhì)擴(kuò)算不充分。在后期濺渣護(hù)爐的過程中，由于粘度升高，起渣困難，爐低厚度增加，降低了轉(zhuǎn)爐實(shí)際的容量，冶煉的熔池位置上移，增加了噴濺。

3）在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，由于噴濺嚴(yán)重，渣中全鐵含量非常高，直接造成吹喰種金屬料損失，提高了煉鋼的成本。

4）再熔池中進(jìn)行劇烈的c-o反應(yīng)，使得熔池的溫度很高，在吹煉的過程中導(dǎo)致熔渣返干，熔渣粘度上升，容易粘在氧槍、煙道、爐壁等情況，阻礙冶煉過程順利進(jìn)行。

當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼仍然是鋼鐵冶煉的主要方式，轉(zhuǎn)爐冶煉的主要原料包括鐵水、廢鋼以及相關(guān)輔料。不同的爐料配比直接關(guān)系到冶煉的成本以及產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。爐料結(jié)構(gòu)組成不僅要滿足冶煉的條件，最終目標(biāo)要以提高金屬收得率為目標(biāo)，需求最佳的爐料結(jié)構(gòu)組成，如表1所示，爐料未優(yōu)化的比例構(gòu)成。對(duì)于金屬收得率的定義為：投人單位質(zhì)量的金屬爐料所產(chǎn)出的合格金屬的百分比。實(shí)際生產(chǎn)中，影響轉(zhuǎn)爐煉鋼金屬收得率的主要因素有：爐料自身金屬含量和冶煉工藝中的耗損。

如表1所示，傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，為了提高效率通常采用高溫快出的冶煉方式，這種方式需求的鐵水比例和生鐵的數(shù)量較大，因此在冶煉的過程中需要配比較多的石灰，冶煉富余熱量較多，不僅增加了原料的使用，同時(shí)也影響造渣。

另外，由于鐵水的預(yù)處理技術(shù)參差不齊，轉(zhuǎn)爐使用的高爐鐵水成分波動(dòng)較大，成分不穩(wěn)定，尤其是鐵水中si含量直接影響到鐵水的物理熱，在造渣時(shí)爐渣的量也波動(dòng)較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉過程效率降低，當(dāng)前常用的鐵水成分含量如表2所示。

3提高爐料金屬收得率工藝優(yōu)化措施

3.1優(yōu)化入爐料結(jié)構(gòu)，合理使用好鐵礦石

經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉的熱平衡計(jì)算，同時(shí)考慮到當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際的鐵水滿足條件以及其他原料使用情況，為了實(shí)現(xiàn)爐料比例優(yōu)化條件，重新設(shè)計(jì)爐料的投人比例和裝入方式，同時(shí)控制相關(guān)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)單位原料消耗為：鐵水864.59k/t，生鐵塊99.36kg/t，廢鋼103.56kg/t，優(yōu)化后爐料結(jié)構(gòu)如表3所示。

經(jīng)過生產(chǎn)數(shù)據(jù)測算，高爐鐵水和生鐵塊的金屬收得率可以達(dá)到93%和92%，廢鋼的金屬收得

率可以達(dá)到97%。根據(jù)當(dāng)前市場鐵水和廢鋼的價(jià)格進(jìn)行物料設(shè)計(jì)，計(jì)算冶煉的物料平衡和熱平衡，改善濾料結(jié)構(gòu)。

在冶煉過程中為了提高礦石的使用量，同時(shí)提高礦石的還原程度以及降低礦石加人的量對(duì)冶煉的影響，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)礦石的加人工藝進(jìn)行相關(guān)的改善。在上一爐吹煉后進(jìn)行濺渣護(hù)爐和加入廢鋼后，根據(jù)鐵水的成分條件將2/3的礦石加人爐中，然后再兌入鐵水。與此同時(shí)，在兌入鐵水的過程中，同時(shí)進(jìn)行攪拌促進(jìn)廢鋼和部分礦石還原反應(yīng)。在達(dá)到一定的化渣要求以及保證減少噴濺的情況下，盡早將剩余的礦石均勻加人到轉(zhuǎn)爐中，讓礦石反應(yīng)的時(shí)間和效果在可控范圍之內(nèi)。在吹煉的中期，應(yīng)采用分批少量加人爐料，減少吹煉中期過度反應(yīng)形成的噴濺，同時(shí)要避免在吹煉后期后期加入礦石，這樣可以有效減少礦石加人過晚導(dǎo)致的融化還原反應(yīng)效果差的問題，同時(shí)還降低了爐渣氧化性，降低對(duì)吹煉后期脫氧合金化的影響。

加入轉(zhuǎn)爐之前鐵水要經(jīng)過預(yù)處理，鐵水要經(jīng)過混鐵爐進(jìn)行均勻化過程，最終要根據(jù)鐵水的溫度以及成分制定加入轉(zhuǎn)爐制度，主要根據(jù)鐵水的溫度以及鐵水中s的含量，制定兌人鐵水的次序。在混鐵爐中，要保證鐵水的成分均勻性以及鐵水的溫度，保證兌人轉(zhuǎn)爐中的鐵水物理熱和化學(xué)熱穩(wěn)定。另外當(dāng)鐵水的成分波動(dòng)范圍較大時(shí)，根據(jù)冶煉鋼種的不同需求，還要向鋼水中兌人工合金成分，控制鋼水中元素成分和溫度。

3.2優(yōu)化冶煉工藝，減少爐渣鐵耗和氧耗

3.2.1優(yōu)化吹煉工藝，減少噴濺和氧耗

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中噴濺是主要造成鐵元素?fù)p失的主要方式，在轉(zhuǎn)爐冶煉中為了降低或減少噴濺通常采用以下方法：根據(jù)加料天車的設(shè)計(jì)要求，降低每次加料的載人量，使每次爐料加人的量得到有效的控制，提高爐容比，穩(wěn)定熔池的位置，避免熔池位置的升高，可以有效的減少噴濺。另外當(dāng)冶煉前期化渣后，在第2次加入化渣料前，利用提前成渣的方式，將泡沫渣高峰出現(xiàn)的時(shí)間前移，同脫碳峰值相互錯(cuò)開。

為了減少噴濺，改善氧槍吹煉工藝可有效降低過程中鐵元素?fù)p失。在確定前期，控制氧槍位置處于低位狀態(tài)，同時(shí)增加氧氣壓力，保證充足的氧氣供應(yīng)有利于廢鋼的溶解。在完成脫si后、脫碳高峰之前，提高氧槍位置，控制供氧強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)吹煉。在冶煉末期要增大氧氣供應(yīng)量，同時(shí)要降氧槍位置，促進(jìn)熔池?cái)嚢?，保證鋼水的溫度以及成分均勻，同時(shí)可以減少氧氣的使用量，爐渣的氧化性也得到控制，避免末期爐渣對(duì)鐵的氧化。

這種氧槍位置和氧氣用量的控制可以保證吹煉過程中渣的泡沫化程度，因此減少了爆發(fā)性噴濺的發(fā)生，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)降低冶煉周期，金屬收得率也獲得提高。這種吹煉方式的反應(yīng)過程機(jī)理為：

1）在轉(zhuǎn)爐冶煉中主要?dú)怏w產(chǎn)生是由于氧氣與鋼水中碳反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)怏w，一氧化碳?xì)怏w在爐渣中的擴(kuò)散條件與爐渣的粘度以及物理性質(zhì)有關(guān)。在爐渣的組成成分中，P2O5、Fe2O3、CaF2、SiO2可以降低堿性爐渣的表面張力，這些成分在爐渣中比例的升高直接影響到爐渣的泡沫化程度。但是SiOz和P2O3在降低表面張力的同時(shí)，還可以增加堿性渣的粘度，提高泡沫渣的穩(wěn)定性。

2）二元堿度R和爐渣泡沫化有著之間的關(guān)系，理論上R值與泡沫化程度成正比，R越大，爐渣泡沫化也就越大，當(dāng)爐渣中CaO/SiO2=1.5～1.7時(shí)，爐渣泡沫化程度最高。造成爐渣泡沫化的原因主要是當(dāng)R值在1.5-1.7之間時(shí)，爐渣中FeO活度達(dá)到最高。所以在冶煉過程中，前期的二元堿度R值應(yīng)超過1.8，也就是控制石灰的加入量，高堿度有利于脫P(yáng)，同時(shí)還可以有效的控制噴濺。

3）冶煉溫度對(duì)爐渣泡沫化程度也有一定的影響，兩者關(guān)系為溫度越低，爐渣粘度越大，爐渣穩(wěn)定性提高，前期也應(yīng)該控制溫度，保證爐渣的穩(wěn)定。

4）伴隨著吹煉的進(jìn)行，爐渣泡沫化程度也在不斷地變化。錘煉前期，由于C-O反應(yīng)相對(duì)平穩(wěn)，熔池位置變化不大，爐渣泡沫化穩(wěn)定，不易造成噴濺或溢渣。隨著氧槍位置下降以及氧氣供應(yīng)增加，渣量迅速增加，C-O反應(yīng)劇烈，前期形成粘度較大的渣迅速泡沫化，產(chǎn)生大量的噴濺，隨著冶煉的進(jìn)行，末期C-O反應(yīng)逐漸下降，熔池溫度提高，渣的泡沫化程度較小，相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)氧槍在進(jìn)行供氧時(shí)，當(dāng)槍位較高、氧壓較低時(shí)，會(huì)造成渣中FeO含量提高，促進(jìn)泡沫渣形成，產(chǎn)生大量噴濺。當(dāng)槍位較低時(shí)，中期C-O反應(yīng)充分劇烈，渣中FeO含量較低，會(huì)出現(xiàn)返干，進(jìn)而導(dǎo)致噴濺的發(fā)生。

3.2.2優(yōu)化造渣工藝，實(shí)施少渣煉鋼，減少爐渣鐵耗

冶煉后期，控制渣量的形成，降低爐渣中的FeO含量，提高金屬收得率。通常情況下，通過降低氧槍、增加氧壓的方式來降低終渣中FeO含量，在終期將氧槍位進(jìn)一步的降低，相當(dāng)于正常吹煉位的-100mm，氧壓由0.85MPa升高到0.9～0.95MPa，同時(shí)還要控制最終溫度。為了保證終渣量盡可能的少，主要控制爐料的質(zhì)量，使用高品位的礦石和輔料，利用輕燒白云石造渣。同時(shí)還要考慮到兌人鐵水中S、si等元素的含量來調(diào)整造渣輔料的加人消耗，要控制石灰的用量。

在控制渣量的同時(shí)，利用最少的渣料實(shí)現(xiàn)脫P(yáng)，可以有效地控制渣量產(chǎn)生，同時(shí)可以降低冶煉成本。由表5所示，當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中鋼鐵料消耗和渣料消耗有著明顯的關(guān)系，少渣冶煉可以有效地減少鋼鐵料的損失浪費(fèi)，提高金屬收得率。所以要根據(jù)兌人鐵水的成分、溫度，尤其是si含量來制定渣量，冶煉過程中要全程化渣。在吹煉前期，要適當(dāng)?shù)慕档蜆屛?，加人相?yīng)的污泥球，實(shí)現(xiàn)早化渣、多去磷，提高渣中FeO含量，升高熔池溫度，創(chuàng)造化渣溫度條件。中期要繼續(xù)脫P(yáng)，防止返干發(fā)生。在熔池升溫的過程中，氧槍位置要及時(shí)調(diào)整，降低C-O反應(yīng)強(qiáng)度，控制渣中FeO含量，可以避免噴濺，也有利于脫P(yáng)。

4結(jié)語

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是生產(chǎn)制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，提高煉鋼水平，優(yōu)化煉鋼工藝，都有利于鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。在優(yōu)化煉鋼工藝中，通過改善吹煉工藝，降低氧氣的消耗，減少成本支出。減少石灰用量，調(diào)整造渣料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鐵合金的使用。在保證轉(zhuǎn)爐冶煉過程穩(wěn)定的條件下，通過優(yōu)化人爐料結(jié)構(gòu)，合理使用好鐵礦石，可以有效降低轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗，降低成本。通過優(yōu)化冶煉工藝，采用少渣煉鋼工藝，可有效減少爐渣鐵耗和氧耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。