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        金屬化球團在電爐煉鋼的應用試驗

        2023-01-12 11:51:56蔡雅娟施軍賢靳慶峰彭高獻
        山東冶金 2022年6期
        關鍵詞:鋼量金屬化球團

        蔡雅娟,施軍賢,陳 宏,靳慶峰,彭高獻

        (1江蘇沙鋼集團有限公司,江蘇 張家港 215625;2江蘇省(沙鋼)鋼鐵研究院,江蘇 張家港 215625)

        1 前言

        環(huán)境、能源與發(fā)展之間的矛盾是人類面臨的巨大挑戰(zhàn),循環(huán)經濟是可持續(xù)發(fā)展的必由之路。將清潔生產、生態(tài)工業(yè)和廢物處理等各個環(huán)節(jié)融為一體,形成企業(yè)內部循環(huán)、生產之間循環(huán),實現資源的節(jié)約、回收和再利用[1]。轉底爐工藝用于含鐵含鋅塵泥的回收利用,有利于鋼鐵行業(yè)的低碳環(huán)保、綠色生態(tài)發(fā)展,電爐煉鋼本身會產生含鋅粉塵,因而電爐作為消化使用轉底爐金屬化球團的重要用戶責無旁貸,進而對電爐合理消化金屬化球團提出了更高的要求。

        某公司電爐煉鋼生產過程中使用金屬化球團,對電爐爐況、有害元素控制、消耗控制等方面產生不利的影響。為優(yōu)化電爐煉鋼加入金屬化球團,通過系列試驗進行全面分析,研究其產生的不利影響,進而提出相應的控制和改善措施。

        2 金屬化球團的判級及主要成分

        從表1中2021年轉底爐金屬化球團數據可以看出:(1)轉底爐金屬化球團的不合格品占比為14%,金屬鐵(M.Fe)含量偏低,與一級品相差近20%。(2)總體金屬鐵(M.Fe)含量為41.9%,與其他生產廠報道的60%以上的數值存在較大差距;金屬化率(M.Fe/TFe)折算為69%,與優(yōu)秀水平(≥85%)亦存在差距。(3)球團中的硫含量偏高,達到0.5%,電爐煉鋼過程中使用量大會造成鋼水中起始硫含量高,成為煉鋼用量受限的重要因素。

        表1 2021年轉底爐金屬化球團判級占比及成分含量%

        3 試驗方案及結果

        電爐冶煉過程中采取不同的金屬化球團用量,金屬化球團分別加入0、3、6 t進行試驗。每組試驗連續(xù)生產20爐,每爐取終點渣樣進行分析,記錄每爐出鋼量、能耗、冶煉時間等參數,用于評價工業(yè)試驗效果。每爐的鐵水加入量和廢鋼加入量保持在穩(wěn)定水平,鐵水采用小包運輸,采用“一包一爐”的冶煉模式,每包鐵水質量穩(wěn)定在35±1 t,每爐冶煉中廢鋼加入量穩(wěn)定在80±1 t。

        某公司電爐廠通過生產試驗,主原料采用“30%鐵水+70%廢鋼”的配料模式,分別測試使用不同數量球團對冶煉過程造成的影響,主要數據見表2。

        表2 某公司電爐廠指標隨金屬化球團用量變化情況

        從表2中可以看出,隨著金屬化球團用量的增 加,對電爐冶煉節(jié)奏、物料消耗、鋼水成分指標都產生不同程度影響。

        3.1 對爐況影響

        金屬化球團通過高位料倉進入爐內,遇到高溫留鋼留渣及同時入爐的鐵水,在電爐爐內發(fā)生開裂,球團芯部的氧化性物質進入鋼液后,有利于快速成渣。但球團用量達到一定數值后,會造成電爐爐況惡化,對不同金屬化球團用量的電爐爐渣成分進行分析,主要數據見表3。

        表3 不同金屬化球團用量的爐渣成分含量及堿度

        (1)從表3中可以看出,隨著球團用量增加,渣中的(MgO)含量降低。一般來說,渣中(MgO)含量控制在6%~9%較為適宜。過高會造成爐底上漲、脫磷效率下降;而過低會造成爐襯侵蝕加劇,爐齡下降。使用6 t金屬化球團的渣中(MgO)僅4.2%,不宜再增加用量。

        (2)金屬化球團二元堿度僅0.59,而電爐爐渣需要達到2.0~2.5堿度,才能維持良好的泡沫渣,保護爐襯并達到脫磷的目的,因而需要額外增加石灰消耗。表2中球團用量增多后,石灰消耗增加量低于理論計算,這是由于冶煉前期爐渣稀,實際堿度未達到2.0,很多爐渣已流失。

        3.2 對出鋼量影響

        從表2數據來看,出鋼量隨金屬化球團用量增加而降低。

        (1)鋼水在1 550℃時密度約為7 g/cm3,爐渣的密度約為4.0 g/cm3,金屬化球團實測密度為3.3 g/cm3。金屬化球團自身密度小,漂浮于熔池之上,不能完全進入鋼液,電爐爐渣的強氧化性使得球團中的金屬鐵(M.Fe)未能得到充分利用,部分氧化于爐渣中,隨爐渣裹挾流失。

        (2)渣量增加造成Fe元素損失。多用球團成渣早、渣量大。表3數據中,不使用、使用3 t和使用6 t球團電爐渣中的(MgO)含量分別為8.7%、6.3%、4.2%,金屬化球團自身含有2.3%的MgO。假設每爐主原料及爐襯中帶入爐渣的MgO總量相同,根據MgO總質量守恒,則可推導計算得出不使用、使用3 t、使用6 t金屬化球團時,電爐渣量分別為11、14、18 t。大渣量同時帶走了廢鋼和鐵水中氧化進入渣中的(FeO),使得主原料收得率下降、出鋼量降低。以渣中平均TFe含量30%計算,每增加1 t爐渣,則隨爐渣帶走Fe元素量300 kg。使用6 t金屬化球團相比于不使用金屬化球團的爐次來說,計算出鋼量減少2.1 t。表2中的出鋼量數據,與此推論數據基本吻合。

        3.3 對電爐通電時間及電爐電耗影響

        金屬化球團在電爐爐內為吸熱反應,石灰用量和實際渣量的增加,均需要更多的電爐爐內熱量。電爐主要熱量來源是化學反應熱和電弧物理熱。吹氧可與元素氧化反應產生化學能,但球團中可氧化元素提供的熱量微少,主要是依靠電弧的物理熱升溫。統(tǒng)計數據顯示,球團用量6 t時,電爐通電時間及冶煉電耗顯著增加。

        3.4 不同鐵水比情況下電爐冶煉時間影響

        使用0 t和4 t球團,在不同鐵水用比的情況下進行對比,從圖1中可以看出,在鐵水用量相同情況下,使用4 t球團比使用0 t球團的冶煉時間均有延長,平均增加3.2 min。當鐵水鐵比達到60%,加入金屬化球團對電爐冶煉時間的影響逐漸減弱。

        圖1 不同鐵水比與球團量對電爐冶煉時間影響

        3.5 對出鋼C、Mn影響

        從表2中可以看出,不使用金屬化球團爐次平均碳含量從0.50%降低到使用6 t金屬化球團的0.24%,氧耗變化不大,這是由于球團中帶入的FeO和部分金屬鐵氧化成FeO,造成爐渣中過量(FeO),消耗了鋼水中的C含量。同理,出鋼殘余Mn量的降低,也是由于渣中(FeO)總量過多,鋼液中的[Mn]被氧化成(MnO)。

        3.6 對出鋼S以及精煉的影響

        (1)電爐出鋼成分中的S含量,與球團的用量呈明顯正相關。從表2中可計算得出,每增加1 t金屬化球團用量,S含量增加0.003 7%。金屬化球團中含有0.5%的S,電爐為氧化性氣氛,不具備脫硫條件,計算得出球團中約90%的S進入到鋼液中。

        (2)不使用金屬化球團和使用6 t金屬化球團的數據對比顯示,出鋼S含量從0.036%上升到0.058%,增幅61%。脫硫任務全部在精煉工序,還原氣氛下,高溫、高堿度有利于脫硫[2],精煉需要更多的升溫時間和更多的石灰消耗,造成精煉石灰消耗從2.4 kg/t上升到2.9 kg/t,電耗從40(kW·h)/t上升到49(kW·h)/t。

        (3)出鋼S含量增加最主要是對生產節(jié)奏的影響,精煉LF通電升溫時間從25.7min上升到33 min,每爐延長了7.3 min,造成最終精煉總體冶煉時間延長,導致精煉時間可能成為整條產線的瓶頸。所以降低金屬化球團中的硫含量,是電爐煉鋼增量使用金屬化球團的關鍵。

        3.7 對產能及成本的影響

        縮短冶煉周期是降低操作成本的關鍵[3],通過使用6 t金屬化球團與使用3 t金屬化球團對比,分析對產能及成本帶來的影響。

        (1)生產爐數減少2.3爐/d,為避免后道工序銜接不上的風險,精煉爐需減緩冶煉節(jié)奏,連鑄機需降低拉速,以匹配電爐冶煉節(jié)奏,不利于產能最大化。

        (2)根據電耗增加、氧耗增加、石灰增加、出鋼成分損失等計算,成本增加約40元/t。

        3.8 對電爐出鋼P含量的影響

        電爐脫磷的有利條件是高氧化性、高堿度、高(大)渣量h和低溫[4]。金屬化球團中的FeO含量有利于及早成渣,為了保持堿度,額外補加石灰,使得多用球團爐次的渣量大,不斷稀釋(4CaO·P2O5)的濃度,這些條件均對脫磷有利。對比數據顯示,使用6 t金屬化球團爐次平均出鋼P含量相比使用3 t球團的爐次降低了0.003%。

        4 結論

        4.1轉底爐金屬化球團總體質量需要進一步改善,包括合格率、金屬鐵含量、金屬化率、硫含量等指標。

        4.2提高鐵水用量可減輕金屬化球團對電爐冶煉時間的負面影響。

        4.3電爐每爐金屬化球團用量3 t對電爐影響較小,增至6 t時影響較大。使用3 t金屬化球團負面影響包括電爐出鋼量降低、精煉脫硫時間延長及石灰增加等方面,而對于電爐通電時間及電爐電耗影響不大;使用6 t金屬化球團主要影響,包括電爐爐況劣化、電爐出鋼量減少、電爐和精煉冶煉時間延長及產能損失。建議電爐每爐使用3~4 t金屬化球團,以減輕負面影響。

        4.4充分利用金屬化球團快速成渣的特性,將球團用量穩(wěn)定在每爐4 t,將來隨著未來球團品質的提升,電爐可以適當加大金屬化球團用量,實現固廢資源有效利用。

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