張 雷 王小平 藺學(xué)浩

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 引言

隨著電弧爐煉鋼生產(chǎn)比例的不斷上升，廢鋼供應(yīng)日益緊張，很多電弧爐廠家都采用提高電弧爐鐵水比例的方法來(lái)作為緩解廢鋼供應(yīng)和提高電弧爐鋼水質(zhì)量的一項(xiàng)主要措施。這不僅緩解了廢鋼短缺的矛盾、降低了冶煉電耗，同時(shí)也降低了鋼中殘余有害元素的含量，提高了鋼水質(zhì)量[1]。鑒于長(zhǎng)期以來(lái)鐵水與廢鋼持續(xù)存在較大價(jià)差，各鋼企一般都是依據(jù)自身鐵水條件來(lái)制定鐵水比，如鐵水供應(yīng)量、電爐裝備情況等。通過不斷優(yōu)化冶煉工藝，實(shí)現(xiàn)高效、低耗生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了鋼水質(zhì)量。

1 電弧爐主要技術(shù)參數(shù)

安鋼100 t超高功率交流電弧爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2 熱裝鐵水的生產(chǎn)實(shí)踐

近年來(lái)，筆者一直致力于縮短冶煉效率、降低生產(chǎn)成本、提高鐵水比例的研究，并進(jìn)行了多次試驗(yàn)，以下分別對(duì)40%和65%鐵水比例下的冶煉指標(biāo)、鋼水成分、爐渣成分、原料消耗和生產(chǎn)成本等進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.1 主要原料

主要原料為廢鋼和鐵水。廢鋼在爐蓋旋開后通過料籃從爐頂加入，鐵水在第一批廢鋼加入后通過爐后兌鐵槽加入。入爐廢鋼主要有重型廢鋼、統(tǒng)料、破碎料、鋼屑等，鐵水為高爐自產(chǎn)，具體成分見表2。

表2 鐵水成分 %

2.2 泡沫渣控制

100 t電弧爐采用偏心底出鋼，留鋼量為15～25 t，兌鐵帶入大量物理熱，熔池液面升高，熔池迅速形成，尤其爐渣中豐富的氧化鐵與鐵水中的Si、Mn等易氧化元素快速反應(yīng)，加之鐵水中的碳含量較高，因此能夠在較短時(shí)間內(nèi)形成泡沫渣。

泡沫渣形成的兩個(gè)因素是渣層中不斷地產(chǎn)生CO氣泡（內(nèi)因）和爐渣具有一定的容泡性（氣泡能在渣層中停留一段時(shí)間，外因）。因此，泡沫渣形成和發(fā)展的最根本因素是活躍的碳氧反應(yīng)，同時(shí)也有賴于渣的物化性質(zhì)，包括渣的溫度、粘度、表面張力、堿度、氧化鐵含量及其他成分的含量等[2]。熱裝鐵水比例較小時(shí)，熔池碳含量不足，氧化期劇烈的碳氧反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間短，需通過多功能氧槍的碳槍向爐內(nèi)噴吹一定量的碳粉以保持造泡沫渣的效果。熱裝鐵水比例增加后，熔池碳含量增加，大流量吹氧有利于泡沫渣的形成和發(fā)展，同時(shí)，可以通過快速升溫、增加渣中的氧化鐵含量來(lái)獲得合適的粘度和有效堿度的泡沫渣。由于高鐵水比例時(shí)脫碳時(shí)間延長(zhǎng)，有效促進(jìn)了泡沫渣的發(fā)展，所以熔煉后期不進(jìn)行噴碳操作。

熱裝鐵水比例較小時(shí)，適當(dāng)增加石灰、白云石消耗即可達(dá)到脫磷和保證爐渣堿度的目的；氧化期末期，碳氧反應(yīng)速率較低，需依靠噴吹碳粉造泡沫渣，并根據(jù)流渣情況調(diào)整碳粉流量（10～30 kg/min），后期以涌渣或不流渣為主。熱裝鐵水比例較高時(shí)，鐵水中的總磷、硅含量較高，為快速脫磷并提高爐渣堿度，在氧化初期應(yīng)采用大渣量流渣作業(yè)；氧化期重新造泡沫渣，氧化后期再根據(jù)鋼中的磷含量適當(dāng)控制流渣。通過對(duì)兩種鐵水比例的生產(chǎn)工藝的電爐終點(diǎn)渣樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)熔渣成分基本符合泡沫渣的工藝要求，爐渣成分見表3。

表3 爐渣成分 %

2.3 脫磷控制

隨著鐵水兌入比例的增加，鐵水帶入的磷含量增多，總?cè)霠t磷負(fù)荷有所增加，脫磷任務(wù)加重。而實(shí)際上，鐵水中的磷在電爐熔池溫度較低的冶煉前期就能大部分脫除[3]，要求鐵水磷含量小于0.10%，較好的鐵水條件為電弧爐脫磷創(chuàng)造了良好的條件。在第一批料送電5 000 kWh后，采用小批多次的方法加入石灰，鐵水在一批料兌入，一批料的穿井和熔化速度較快，這時(shí)應(yīng)盡快吹氧造渣，充分利用熔池的低溫條件充分脫磷，并在加二批料之前適當(dāng)采用流渣操作。第二批料熔清進(jìn)入氧化期后，以脫碳為主，熔池溫度迅速升高，由于熔池劇烈沸騰，渣鋼接觸界面大，脫磷的動(dòng)力學(xué)條件較好。因此，在二批料熔清后的氧化初期應(yīng)采用大渣量流渣作業(yè)，將磷容量較高的爐渣排除40%～60%，加入石灰重新造泡沫渣，保持熔渣的堿度和爐渣中的氧化鐵含量，以保證在氧化期可以繼續(xù)有效脫磷?？刂坪萌鄢販囟龋纫龅矫摿?、去氣、去夾雜，又要防止升溫太快，影響去磷。脫磷任務(wù)結(jié)束后，應(yīng)加大電能輸入功率，增大吹氧量和噴吹碳粉，盡快脫碳升溫。

2.4 冶煉工藝效果分析

對(duì)本公司100 t電弧爐實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鐵水比由40%提高到65%后的主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和成本的對(duì)比分別見表4、表5和表6。

表4 主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

表5 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

從表4可以看出，鐵水比由40%提高到65%后，噸鋼氧氣消耗提高了6 m3/t，鐵水帶入的物理熱和化學(xué)熱使得通電時(shí)間和冶煉電耗大幅降低，平均每提高1%的鐵比，電能消耗降低5.6 kWh/t；由于鐵水的稀釋作用，鐵水比例提高25%后，Cr、Cu、Sn等殘余元素的總量降低了約26.6%，其中Cu和Sn的含量分別由0.082%和0.003 8%降低到0.058%和0.027%，分別降低了29.3%和28.9%；冶煉終點(diǎn)的有害元素S的含量隨著鐵水比的提高降低了29.6%；兌鐵比例提高后，熔池內(nèi)劇烈的碳氧反應(yīng)促進(jìn)了鋼中N、H等氣體的去除，稀釋了有害殘余元素，有利于鋼水質(zhì)量的提高。

表6 成本對(duì)比

從表5和表6可以看出，提高鐵水比例后，鋼鐵料消耗和成本均有所降低。鐵水的金屬收得率高于廢鋼，提高鐵水比例可顯著降低電爐鋼鐵料成本；鐵水比提高25%后，鋼鐵料消耗減少了21.9 kg/t，鋼鐵料成本降低了38.8元/ t；相比廢鋼，鐵水可帶入大量的物理熱和化學(xué)熱，隨著鐵水比的增加，冶煉電耗顯著降低，總冶煉過程電耗降低了137.5 kWh/t，電能成本降低了74.9元/t。鐵水比由40%提高到65%后，100 t電弧爐的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了優(yōu)化，噸鋼生產(chǎn)成本降低113.7元/t。

3 問題與討論

100 t電弧爐鐵水比提高到65%后，存在的問題主要為冶煉周期較長(zhǎng)。

3.1 加料方式

結(jié)合現(xiàn)有裝備、廢鋼資源及其質(zhì)量情況，兌鐵比例為65%的加料方式為兩罐鐵和兩籃廢鋼，非通電時(shí)間較長(zhǎng)，影響冶煉節(jié)奏。通過優(yōu)化廢鋼料型結(jié)構(gòu)增加單料籃裝入量，可采用減少一次旋開爐蓋加廢鋼時(shí)間來(lái)縮短冶煉周期，或采用在不旋開爐蓋的情況，小批多次加入爐內(nèi)或鋼包以及利用大留鋼量來(lái)縮短非通電時(shí)間，改善運(yùn)行效果。

3.2 供氧方式

隨著兌鐵比例的提高，碳含量增加，給吹氧脫碳造成一定困難，影響電弧爐冶煉節(jié)奏的主要因素由供電功率變?yōu)榇笛趺撎妓俾?。爐壁3支集束射流槍將氧氣以集束射流形式吹入鋼水中，可以提高氧氣的利用效率，使鋼水快速脫碳和升溫。在實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)橐环矫骅F水需要分批次兌入，控制兌鐵速度，另一方面需要兼顧除塵系統(tǒng)，所以脫碳難度大，脫碳時(shí)間較長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)部分鋼企采用電弧爐頂部水冷氧槍來(lái)增加氧氣與鋼水的接觸面積，提高了氧氣利用率，也有的采用調(diào)整爐壁氧槍位置或角度來(lái)提高吹氧效果，并利用二次燃燒技術(shù)使?fàn)t頂二次燃燒充分，提高熱效率。

4 結(jié)論

（1）鐵水帶入的物理熱和化學(xué)熱使得冶煉電耗大幅降低，平均每提高1%的鐵比，電能消耗降低5.6 kWh/t。

（2）隨著鐵水比例由40%提高到65%，Cr、Cu、 Sn等殘余元素的總量降低了約26.6%，冶煉終點(diǎn)S、Cu、Sn有害元素的含量分別降低了29.6%、29.3%和28.9%，稀釋有害殘余元素的同時(shí)熔池內(nèi)劇烈的碳氧反應(yīng)促進(jìn)了鋼中N、H等氣體的去除，顯著提高了鋼水質(zhì)量。

（3）100 t電弧爐鐵水比例由40%提高到65%，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了優(yōu)化，噸鋼生產(chǎn)成本降低 113.7 元 /t。