供稿|劉全生，王健，趙千水，李超群 / LIU Quan-sheng, WANG Jian, ZHAO Qian-shui, LI Chao-qun

內(nèi)容導(dǎo)讀

本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠為了增加煉鋼設(shè)備作業(yè)率及降低耐材成本，實(shí)施展開了生鐵塊補(bǔ)爐工藝探索。生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)是轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后，不倒終渣，將準(zhǔn)備好的3～3.5 t生鐵塊倒入轉(zhuǎn)爐大面受損嚴(yán)重部位，轉(zhuǎn)爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉(zhuǎn)爐5 min左右，等生鐵塊黏合后，搖正轉(zhuǎn)爐進(jìn)行濺渣護(hù)爐，使渣料濺至爐膛爐壁，濺渣護(hù)爐完畢后倒掉渣料，進(jìn)行下一爐冶煉。主要研究整個(gè)流程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)和工藝參數(shù)，使其達(dá)到最佳效果，最終降低補(bǔ)爐料和噴補(bǔ)料的噸鋼消耗量。通過研究發(fā)現(xiàn)：終渣成分11%＜wT(Fe)＜13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時(shí)生鐵塊渣補(bǔ)效果最好，且生鐵塊補(bǔ)爐實(shí)施后平均每座轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡由 11000爐提高到13000爐；轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐時(shí)間由原來60 min降低到10 min以內(nèi)；且相隔補(bǔ)爐時(shí)間由之前14 h補(bǔ)爐一次，增加到每22 h補(bǔ)爐一次，噸鋼補(bǔ)爐料消耗由之前1.2 kg/t降至 0.7 kg/t；提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增加鋼材產(chǎn)品在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。

轉(zhuǎn)爐爐襯受機(jī)械作用、高溫作用、化學(xué)侵蝕、爐襯剝落這些因素的影響導(dǎo)致爐襯磚損壞，降低轉(zhuǎn)爐爐齡，增加煉鋼成本，而且有重大的安全隱患，可能造成設(shè)備、人員傷害。目前保護(hù)爐襯的主要方法有：(1)應(yīng)用濺渣護(hù)爐技術(shù)[1]，提高爐齡，保護(hù)爐襯；(2)提高冶煉過程控制，提高成分及溫度終點(diǎn)一次命中率，避免“拉后吹”，降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼渣氧化性；(3)通過補(bǔ)爐料補(bǔ)爐、噴補(bǔ)等手段，加強(qiáng)爐襯日常維護(hù)[2-3]，搞好動(dòng)態(tài)管理。其中使用補(bǔ)爐料補(bǔ)爐工藝，煉鋼耐材成本大，而且燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，影響轉(zhuǎn)爐設(shè)備作業(yè)率和生產(chǎn)組織連貫性。在保證爐襯安全運(yùn)行的情況下，采用生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)補(bǔ)爐，可降低耐材成本，進(jìn)而減少噸鋼加工費(fèi)用，對(duì)提高鋼材產(chǎn)品在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率具有重要意義[4-5]。

本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠針對(duì)自身設(shè)備工藝情況，開展轉(zhuǎn)爐生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)攻關(guān)工作，圍繞降低補(bǔ)爐料這一課題積極開展研究工作，制定了一套完整的護(hù)爐方案，使轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐料消耗較之前有很大改善，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

生鐵塊渣補(bǔ)及轉(zhuǎn)爐狀況

在煉鋼生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐爐體維護(hù)的耐材消耗占煉鋼成本的很大部分，因此降低轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐料消耗，增加轉(zhuǎn)爐經(jīng)濟(jì)爐齡顯得尤為重要。

利用生鐵塊補(bǔ)爐在我國(guó)南方少數(shù)鋼廠已形成成熟工藝：將轉(zhuǎn)爐爐渣快速“凍結(jié)”在需要墊補(bǔ)的部位；在轉(zhuǎn)爐搖動(dòng)過程中，因加入物料與生鐵塊快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使渣補(bǔ)位置形成高熔點(diǎn)物質(zhì)；隨著轉(zhuǎn)爐搖動(dòng)，此類高熔點(diǎn)物質(zhì)多次涂抹在補(bǔ)爐位置，使補(bǔ)爐位置越來越厚。

本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠有3座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，裝入量為172 t/爐，按(152±3) t 鐵水、(20±1) t 廢鋼裝入爐料。品種結(jié)構(gòu)主要為低碳鋼、中高碳鋼、簾線鋼、冷鐓鋼、焊絲鋼等，其中低碳鋼即轉(zhuǎn)爐需要拉低碳的品種占比60%以上。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度1650～ 1680 ℃，平均每爐鋼冶煉周期為43 min。轉(zhuǎn)爐出鋼產(chǎn)量最大的低碳鋼渣樣檢測(cè)成分見表1。

表1 終渣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)

生鐵塊渣補(bǔ)

生鐵塊渣補(bǔ)是轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后，不倒終渣，將準(zhǔn)備好的3～3.5 t生鐵塊倒入轉(zhuǎn)爐大面受損嚴(yán)重部位，轉(zhuǎn)爐搖至生鐵平鋪受損位置，靜置轉(zhuǎn)爐5 min左右，等生鐵塊黏合后，搖正轉(zhuǎn)爐進(jìn)行濺渣護(hù)爐，使渣料濺至爐膛爐壁，濺渣護(hù)爐完畢后倒掉渣料，進(jìn)行下一爐冶煉。本文主要研究整個(gè)流程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)和工藝參數(shù)，使其達(dá)到最佳效果，最終降低補(bǔ)爐料和噴補(bǔ)料的噸鋼消耗量。

生鐵塊渣補(bǔ)原理

轉(zhuǎn)爐前后大面爐襯因加廢鋼和兌鐵水時(shí)受到外力沖擊及化學(xué)侵蝕作用，工作環(huán)境惡劣，爐襯消耗極大。生鐵料加入被侵蝕區(qū)，利用生鐵塊與爐渣及爐襯區(qū)的溫度差，各種化合物質(zhì)可相互擴(kuò)散混合并黏合，且相同化合物重新結(jié)晶，在加廢鋼兌鐵水過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在爐襯表面形成高熔點(diǎn)化合物，如 2CaO·SiO2、MgO、3CaO·SiO2等[6]。此類高熔點(diǎn)物質(zhì)具有一定物理硬度并且可迅速連成一片，在保護(hù)區(qū)形成一層保護(hù)殼從而減緩轉(zhuǎn)爐爐襯工作層的侵蝕速度，增加轉(zhuǎn)爐耐材壽命，起到轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐作用。

補(bǔ)爐實(shí)施方法

生鐵塊渣補(bǔ)具體操作步驟：使用生鐵塊渣補(bǔ)的爐次避免點(diǎn)吹，吹煉終點(diǎn)參數(shù)控制：爐渣堿度R為2.9～3.2；MgO含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))8%～10%，終點(diǎn)[C]≥0.06%，參考溫度1640～1690℃。

使用生鐵塊渣補(bǔ)的爐次要盡量出盡鋼水，避免鋼水濺渣時(shí)，鋼花在爐口外返，降低鋼水氧化性，確保補(bǔ)爐效果。

補(bǔ)爐時(shí)生鐵塊用量控制在3～3.5 t，記錄實(shí)際加入生鐵塊數(shù)量。加入生鐵塊補(bǔ)爐時(shí)，生鐵塊一定要充分平鋪到受損部位，即保持讓生鐵塊補(bǔ)爐位置外露，等生鐵塊完全黏合后方可進(jìn)行搖動(dòng)轉(zhuǎn)爐操作，避免下一爐冶煉過程中生鐵塊脫落，影響終點(diǎn)成分，溫度的判斷。

加入生鐵塊后，停留約5～10 min，觀察渣面平穩(wěn)，待生鐵料充分黏合后進(jìn)行濺渣護(hù)爐操作及其他操作。

生鐵塊渣補(bǔ)后，濺渣護(hù)爐效果一定要好，實(shí)時(shí)調(diào)整終渣渣況，保證其流動(dòng)性，下一爐冶煉盡量避免過程爐渣熔點(diǎn)高，渣化不開及終點(diǎn)再次補(bǔ)吹氧氣脫磷，所以終點(diǎn)要盡量滿足成分及溫度要求。

補(bǔ)爐效果與效益分析

補(bǔ)爐效果

生鐵塊渣補(bǔ)生成的補(bǔ)爐材料能否黏掛在爐壁上與上一爐鋼的終渣成分直接相關(guān)，即終渣MgO、FeO含量以及堿度R。本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠因推行少渣冶煉，終渣堿度保持在2.7～3.0，因此只對(duì)終渣MgO與FeO含量進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)爐終渣較稀鋼水氧化性強(qiáng)時(shí)生鐵塊渣補(bǔ)材料掛不上爐壁，此時(shí)只能調(diào)節(jié)渣的黏度，往渣里加入適量石灰和白云石。當(dāng)終渣黏度較高時(shí)，轉(zhuǎn)爐渣稠，流動(dòng)性不好，生鐵塊渣補(bǔ)材料無法與爐壁黏連，即掛渣松弛，在濺渣護(hù)爐時(shí)，極易造成脫落，影響生鐵補(bǔ)爐效果。因此，要求終渣氧化性低且MgO含量適中，此時(shí)終渣黏度適中，流動(dòng)性較好，可以侵入補(bǔ)爐生鐵塊內(nèi)部并與爐壁生鐵混合形成良好的共晶體高熔點(diǎn)物質(zhì)，結(jié)合濺渣護(hù)爐，充分保護(hù)爐膛，起到護(hù)爐作用。統(tǒng)計(jì)一個(gè)月內(nèi)54爐使用生鐵塊渣補(bǔ)補(bǔ)爐工藝的上一爐煉鋼終點(diǎn)渣成分，對(duì)比補(bǔ)爐后下一爐轉(zhuǎn)爐冶煉爐況，最終確定合適的渣系成分。圖1為使用生鐵塊渣補(bǔ)后轉(zhuǎn)爐冶煉爐數(shù)與上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)渣中[TFe]、[MgO]含量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖1表明上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)渣[TFe]、[MgO]為11%＜wT(Fe)＜13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時(shí)生鐵塊渣補(bǔ)效果最好。

圖1 上一爐轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)渣成分與生鐵補(bǔ)爐效果比較

補(bǔ)爐效益

使用生鐵塊渣補(bǔ)補(bǔ)爐后北營(yíng)煉鋼廠通常采用“濺渣護(hù)爐”與“補(bǔ)爐料補(bǔ)爐”結(jié)合的方法提高爐襯壽命增加爐齡。生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)的實(shí)施，節(jié)約了補(bǔ)爐料消耗，爐齡也有很大進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)爐齡由優(yōu)化前11000爐/爐役期，增加到13000爐/爐役期。生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)可快速對(duì)渣面侵蝕部位進(jìn)行修補(bǔ)，周期可控制在5～10 min，較之前補(bǔ)爐料補(bǔ)爐60 min方便快捷，可不用在鑄機(jī)停機(jī)或延長(zhǎng)停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)爐，利用生產(chǎn)間隙即可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)爐操作，保證了生產(chǎn)順行。生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)實(shí)施后，補(bǔ)爐次數(shù)下降，轉(zhuǎn)爐由之前平均14 h補(bǔ)爐一次，增加到22 h補(bǔ)爐一次，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)實(shí)施后，不僅有效提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，而且噸鋼補(bǔ)爐料消耗由之前1.2 kg/t減少至0.7 kg/t，年可降低成本558.6萬元。生產(chǎn)實(shí)踐表明：在保證爐襯安全運(yùn)行的情況下采用生鐵塊渣補(bǔ)技術(shù)，可降低耐材成本，減少噸鋼加工費(fèi)用，從而提高鋼材產(chǎn)品在成本上的優(yōu)勢(shì)，增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率。

結(jié)束語

(1) 研究表明上一爐終渣成分11%＜wT(Fe)＜ 13%，8.5%＜w(MgO)＜10.5%時(shí)生鐵塊渣補(bǔ)效果最好。

(2) 生鐵塊渣補(bǔ)法護(hù)爐比之前加補(bǔ)爐料法效果好，經(jīng)濟(jì)爐齡由優(yōu)化前11000爐/爐役期，增加到13000爐/爐役期。

(3) 實(shí)施生鐵塊渣補(bǔ)補(bǔ)爐后，轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐時(shí)間由原來60 min降低到10 min以內(nèi)，且相隔補(bǔ)爐時(shí)間由14 h增加到22 h補(bǔ)爐一次，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

(4) 生鐵塊渣補(bǔ)補(bǔ)爐后噸鋼補(bǔ)爐料消耗由之前 1.2 kg/t降至0.7 kg/t，年可降低成本558.6萬元，增加鋼材產(chǎn)品在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。