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        130 t轉(zhuǎn)爐低鐵耗生產(chǎn)工藝實(shí)踐

        2023-02-15 03:57:46廖廣府陳敏廖綱
        鞍鋼技術(shù) 2023年1期
        關(guān)鍵詞:鐵耗煉鋼廠水罐

        廖廣府,陳敏,廖綱

        (寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司,湖北 鄂州 436002)

        中國正在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),推動(dòng)綠色低碳、氣候適應(yīng)型和可持續(xù)發(fā)展,加快制度創(chuàng)新,強(qiáng)化政策行動(dòng),力爭(zhēng)于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。廢鋼作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原材料,對(duì)減少能耗、降低碳排放具有重要意義。據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)分析[1],2019年國內(nèi)產(chǎn)生廢鋼量達(dá)2.4億t,預(yù)計(jì)2030年產(chǎn)生廢鋼3.18億t。國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)爐高廢鋼比冶煉技術(shù)進(jìn)行了很多研究[2],德國 Klockner公司開發(fā)出 KMS/KS 工藝,其中KMS工藝廢鋼比達(dá)到50%,KS工藝可以實(shí)現(xiàn)100%廢鋼操作。國內(nèi)受廢鋼市場(chǎng)因素影響,高廢鋼比冶煉工藝研究較少,主要采取廢鋼預(yù)熱,增加補(bǔ)燃劑等措施,廢鋼比可實(shí)現(xiàn)30%。自2019年開始,寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司煉鋼廠(以下簡(jiǎn)稱“鄂鋼煉鋼廠”)積極探索降低鐵水消耗和煉鋼能耗的工藝,2020年轉(zhuǎn)爐鐵耗平均為823 kg/t。為進(jìn)一步降低鐵水消耗,該廠開展“鐵鋼比750”(鐵耗≤750 kg/t)項(xiàng)目攻關(guān),全流程降耗,取得較好效果。本文對(duì)此做一介紹。

        1 工藝概況

        鄂鋼煉鋼廠工藝裝備與鐵水條件分別見表 1、2。

        表1 工藝裝備Table 1 Technological Equipment

        表2 鐵水條件Table 2 Requirements for Molten Iron

        2 降低鐵耗生產(chǎn)工藝措施

        2.1 提高鐵水入爐溫度

        轉(zhuǎn)爐煉鋼工序熱量來源于鐵水物理熱和化學(xué)熱,其中物理熱占比53%,化學(xué)熱占比47%,鐵水物理熱效率高,對(duì)提高鐵水入爐溫度最有效。通過采取鐵水包加蓋和“一罐到底”的措施減少運(yùn)輸過程中鐵水熱量的損失。統(tǒng)計(jì)了不同鐵水罐周轉(zhuǎn)次數(shù)下的鐵水平均入爐溫度,如圖1所示。

        圖1 不同鐵水罐周轉(zhuǎn)次數(shù)下的鐵水平均入爐溫度Fig.1 Average Temperature of Molten Iron Charged into Converter under Different Numbers of Times for Hot Metal Ladle Turnover

        由圖1看出,鐵水平均入爐溫度隨著鐵水罐周轉(zhuǎn)次數(shù)的提高而提高。因此,優(yōu)化生產(chǎn)模式,提高鐵水罐周轉(zhuǎn)次數(shù),減半出鐵罐數(shù),縮短轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間,進(jìn)而提高鐵水罐溫度,減少出鐵溫降。同時(shí),降低了鐵水脫硫比例,根據(jù)所生產(chǎn)鋼種的工藝要求,調(diào)整鐵水入爐硫含量,脫硫率由35.0%降至17.2%,提高鐵水入爐溫度5.4℃,平均降低鐵耗3.2 kg/t(鐵耗=鐵水/合格坯產(chǎn)量)。

        2.2 鐵水罐加烘烤廢鋼

        廢鋼作為最環(huán)保、最潔凈的冷卻劑被應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼工序中,廢鋼熔化速度直接影響廢鋼利用率。目前,鋼鐵行業(yè)長(zhǎng)流程主要在鐵水罐、轉(zhuǎn)爐、氬站、精煉爐等工序加廢鋼,鄂鋼煉鋼廠主要采取了鐵水罐加烘烤廢鋼來提高廢鋼比,降低鐵耗。因受鐵水溫度和沖擊能量所限,廢鋼入罐后不能完全熔化,通過烘烤廢鋼來提高其在鐵水罐中的熔化比率。具體工藝流程是:鐵水兌入轉(zhuǎn)爐后,鐵水罐吊運(yùn)至廢鋼工位加入廢鋼,在烘烤位烘烤至600~800℃,再快速運(yùn)至高爐出鐵口對(duì)位受鐵。生產(chǎn)實(shí)踐表明,鐵水罐加烘烤廢鋼工藝最高可降低鐵耗 50 kg/t。

        2.3 優(yōu)化廢鋼結(jié)構(gòu)

        據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[3],廢鋼熔化過程可以分為4個(gè)階段:生成凝固層→凝固層快速熔化→滲碳階段→滲碳+母體廢鋼快速熔化。提高熔池溫度、熔池?cái)嚢枘苊芏?、廢鋼比表面積、廢鋼碳含量均能促進(jìn)廢鋼熔化?;貧w分析廢鋼平均直徑熔化速率(y1)、平均質(zhì)量熔化速度(y2)、傳質(zhì)系數(shù)(y3)與熔池溫度(x1)、熔池?cái)嚢枘苊芏龋▁2)、廢鋼比表面積(x3)、廢鋼碳含量(x4)的定量關(guān)系如下:

        通過參考上述廢鋼熔化速率回歸方程,設(shè)計(jì)了四種廢鋼結(jié)構(gòu)模型,如表3所示。

        表3 廢鋼結(jié)構(gòu)模型Table 3 Model for Scrap Composition t

        統(tǒng)計(jì)1 281爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論,模型中生鐵塊超過10 t時(shí)易粘爐底,吹煉終點(diǎn)不穩(wěn)定,倒?fàn)t或出鋼過程中熔化掉,造成轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量高,鋼水成分不合格;內(nèi)轉(zhuǎn)坯頭廢鋼碳含量較低且致密,重量≥1 t左右時(shí)較難熔化,易降低終點(diǎn)溫度,中斷生產(chǎn)。對(duì)比結(jié)果認(rèn)為,模型四的廢鋼結(jié)構(gòu)效果較好,轉(zhuǎn)爐吹煉過程較平穩(wěn),最早達(dá)到吹煉返干期,終點(diǎn)控制穩(wěn)定。

        2.4 采用補(bǔ)燃劑提溫

        鐵水熱量不富余時(shí),可以向轉(zhuǎn)爐加入補(bǔ)燃劑提溫。轉(zhuǎn)爐使用的補(bǔ)燃劑有碳質(zhì)和硅質(zhì)兩類,主要有焦炭、類石墨球、硅碳球、硅鐵等,其反應(yīng)熱效應(yīng)如表 4 所示[4]。

        表4 補(bǔ)燃劑反應(yīng)熱效應(yīng)Table 4 Thermal Effect of Supplementary Combustion Agent in Reaction

        由表4可見,鄂鋼煉鋼廠的碳質(zhì)補(bǔ)燃劑在轉(zhuǎn)爐內(nèi)不能完全氧化成CO2,大部分氧化成CO。生產(chǎn)實(shí)踐也表明,采用的硅質(zhì)提溫效果優(yōu)于碳質(zhì),但硅質(zhì)氧化后會(huì)增加渣中SiO2,需要提高石灰平衡堿度,同時(shí)渣量增加會(huì)減少金屬收得率,因此,綜合考慮后選擇硅碳球和類石墨球作為補(bǔ)燃劑開展研究。補(bǔ)燃劑理化指標(biāo)如表5所示。

        表5 補(bǔ)燃劑理化指標(biāo)Table 5 Physicochemical Indexes of Supplementary Combustion Agent

        為了對(duì)比分析補(bǔ)燃劑加入情況,統(tǒng)計(jì)了539爐生產(chǎn)數(shù)據(jù),結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明,加入1 kg/t硅碳球可提高終點(diǎn)鋼水溫度5.92℃,而加入1 kg/t類石墨球可提高終點(diǎn)鋼水溫度4.98℃,硅碳球更有利于提高終點(diǎn)鋼水溫度,經(jīng)計(jì)算,加入1 kg/t硅碳球可降低鐵耗約3.5 kg/t。。

        表6 補(bǔ)燃劑加入情況對(duì)比Table 6 Comparison of Supplementary Combustion Agent Addition

        由于硅質(zhì)補(bǔ)燃劑氧化后增加渣中SiO2含量,不利于提高堿度和減少渣量,因此當(dāng)鐵水硅含量≤0.35%時(shí),優(yōu)先使用硅碳球補(bǔ)燃劑,加入1 t硅碳球可以降低鐵耗23.4 kg/t;當(dāng)鐵水硅含量>0.35%時(shí),優(yōu)先使用類石墨球,加入1 t類石墨球可以降低鐵耗19.8 kg/t。

        2.5 優(yōu)化煉鋼工藝

        為降低煉鋼系統(tǒng)溫降,減少熱量損失,一方面縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期,加快轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏;另一方面鑄機(jī)提速,形成爐機(jī)匹配,提高鋼包周轉(zhuǎn)率[5]。

        (1)轉(zhuǎn)爐吹煉模型優(yōu)化

        轉(zhuǎn)爐工序通過降低鐵水脫硫比例增加鐵水溫度,每降低1%的脫硫比例可以增加0.4℃,鐵水提質(zhì)后脫硫比例減少5%,鐵水溫度增加2℃。對(duì)轉(zhuǎn)爐操作進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化前后吹煉模型的對(duì)比如圖2所示。優(yōu)化后提高了供氧強(qiáng)度,降低了氧槍槍位。

        圖2 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐吹煉模型的對(duì)比Fig.2 Comparison of Converter Blowing Models before and after Optimization

        (2)縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期

        采取增加出鋼口直徑,提高轉(zhuǎn)爐一倒率等措施,轉(zhuǎn)爐平均冶煉周期較優(yōu)化前下降6.2 min,逐步降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。表7為轉(zhuǎn)爐冶煉周期與出鋼溫度的關(guān)系,冶煉周期降至32 min以內(nèi)時(shí),出鋼溫度降至1 630℃以下,較優(yōu)化前下降26℃。優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝共降低系統(tǒng)溫度28℃,可以降低鐵耗16.8 kg/t。

        表7 轉(zhuǎn)爐冶煉周期與出鋼溫度的關(guān)系Table 7 Relationship between Converter Smelting Cycle and Tapping Temperature

        (3)優(yōu)化連鑄配水模式

        連鑄工序通過優(yōu)化配水模式,加大冷卻強(qiáng)度,由氣霧冷卻改為全水冷卻,平均拉速由2.80 m/min提高至3.46 m/min,單流最高可達(dá)到4.18 m/min。連鑄平臺(tái)平均溫度由1 562℃降至1 550℃,可增加轉(zhuǎn)爐氬站冷料用量1.2 t,降低鐵耗7.2 kg/t。

        綜上所述,優(yōu)化煉鋼工藝,降低系統(tǒng)溫降,無成本投入,是降低鐵耗最經(jīng)濟(jì)的措施。

        2.6 提高精煉加廢鋼比例

        精煉爐具有升溫,脫硫,去除夾雜物,調(diào)整鋼水成分和生產(chǎn)節(jié)奏的功能。精煉爐加入廢鋼是降低鐵耗的措施之一,但存在一定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),廢鋼中的雜質(zhì)、結(jié)晶水和有害元素對(duì)鋼水的純凈度有較大影響。鄂鋼煉鋼廠提高精煉加廢鋼比例采取的措施如下:

        (1)氬站采用內(nèi)部鋼筋廢材和板材切邊,通過焦?fàn)t煤氣加熱至600℃。

        (2)廢鋼加入鋼包熔化后,會(huì)有約8℃/t的冷卻效應(yīng),加入量多時(shí)會(huì)降低鋼水溫度,導(dǎo)致鋼水在透氣磚附近凝固,造成底吹不通。鋼水進(jìn)站溫度與廢鋼加入量的關(guān)系見表8。按表8的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)爐后加入鋼包2~5 t廢鋼可以綜合降低鐵耗10.6 kg/t。

        表8 鋼水進(jìn)站溫度與廢鋼加入量的關(guān)系Table 8 Relationship between Molten Steel Inlet Temperature and Scrap Addition

        (3)加入廢鋼全程底吹氬氣,氬氣流量為≥300 m/L,電振下料速度為1 t/min。

        3 取得的效果

        統(tǒng)計(jì)2021年優(yōu)化前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見表9。2021年3~6月份平均鐵耗約為747.5 kg/t,實(shí)現(xiàn)了鐵耗≤750 kg/t的目標(biāo)。

        表9 優(yōu)化前后各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比Table 9 Comparison of Various Indexes before and after Optimization

        4 結(jié)論

        (1)鐵水罐加烘烤廢鋼是降低鐵水消耗的最佳措施,可以降低鐵耗50 kg/t。

        (2)鐵水熱量不富余時(shí)可以向轉(zhuǎn)爐加入補(bǔ)燃劑提溫,硅質(zhì)補(bǔ)燃劑效果優(yōu)于碳質(zhì)補(bǔ)燃劑,1 kg/t硅碳球可以提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度5.92℃,降低鐵耗約3.5 kg/t。

        (3)采取優(yōu)化轉(zhuǎn)爐吹煉模型,縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期等措施,減少系統(tǒng)熱量損失,是降低鐵耗成本最低的措施。

        (4)提高精煉加廢鋼比例是降低鐵耗措施之一。

        (5)采取轉(zhuǎn)爐低鐵耗生產(chǎn)優(yōu)化措施后,2021年3~6月份平均鐵耗約為747.5 kg/t,實(shí)現(xiàn)了鐵耗≤750 kg/t的目標(biāo)。

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