供稿|叢鐵地,彭飛,王甲貴 / CONG Tie-di, PENG Fei, WANG Jia-gui
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針對本鋼煉鋼廠由于轉(zhuǎn)爐供氧強度不高而嚴(yán)重影響產(chǎn)能的問題,通過現(xiàn)場實踐的方法進(jìn)行了高強度供氧研究、實驗標(biāo)定和氧槍噴頭的優(yōu)化研究。結(jié)果表明:當(dāng)轉(zhuǎn)爐供氧強度達(dá)到4.0 m3/(t·min),可縮短供氧時間5.3 min,縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期至35 min以下,大幅度提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率,提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能12%;有效解決了轉(zhuǎn)爐和鑄機(jī)的匹配問題,改善轉(zhuǎn)爐冶金效果;氧槍噴頭的優(yōu)化實現(xiàn)了高強度供氧時的噴濺控制。因此高強度供氧工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用可以有效降低冶煉成本。
轉(zhuǎn)爐作為生產(chǎn)效率較高的可傾動圓筒狀吹氧煉鋼容器,在國內(nèi)各煉鋼廠應(yīng)用廣泛,目前本鋼煉鋼廠有7座180 t轉(zhuǎn)爐,7座鐵水預(yù)處理站,精煉處理位11個,連鑄機(jī)8臺,實際出鋼量174 t,轉(zhuǎn)爐爐容比0.82 m3/t,供氧強度2.87 m3/(t·min),供氧強度大大限制了轉(zhuǎn)爐作業(yè)效率[1–2]。
高強度供氧可以加快轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉反應(yīng)速度,改善反應(yīng)的動力學(xué)條件,使碳氧反應(yīng)加快,使脫硫、脫磷反應(yīng)更接近平衡,從而縮短轉(zhuǎn)爐供氧時間,提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率。但是供氧強度過高會引起吹煉過程中噴濺等問題[3-5],所以確定合理的供氧強度,研究開發(fā)高強度供氧工藝在提高轉(zhuǎn)爐效率的同時達(dá)到降低成本的目的至關(guān)重要。
煉鋼工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 煉鋼工序生產(chǎn)工藝流程
(1) 鐵水脫硫:噴吹鎂粉+石灰粉進(jìn)行鐵水脫硫,鐵水100%經(jīng)脫硫處理。
(2) 轉(zhuǎn)爐冶煉:180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,出鋼過程中根據(jù)鋼種要求進(jìn)行脫氧合金化,后期采用滑板擋渣。
(3) 精煉:180 t LF、RH精煉爐,按照鋼種要求將鋼中成分調(diào)整到目標(biāo)范圍內(nèi)。
(4) 連鑄:按品種結(jié)構(gòu)及規(guī)格劃分鑄機(jī)進(jìn)行澆鋼。
本鋼煉鋼廠平均氧耗為51.32 m3/t,爐耗氧量為8929 m3,供氧時間為17.86 min。通過開發(fā)高強度供氧模式,供氧流量提高到4.0 m3/(t·min),供氧時間縮短至12.83 min,在其他條件不變的情況下,冶煉周期從原來的40 min降低到35 min,轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能提高了12%。本鋼煉鋼廠板坯鑄機(jī)澆鑄時間為35~37 min,縮短冶煉周期到35 min以下,可以實現(xiàn)爐機(jī)匹配,有利于生產(chǎn)節(jié)奏的控制,提高鋼包運轉(zhuǎn)效率,減少溫度損失,降低生產(chǎn)成本。
提高供氧強度首先要解決的問題是吹煉過程中的噴濺問題,供氧強度與爐容比對轉(zhuǎn)爐噴濺的影響如圖2所示。本鋼煉鋼廠現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐爐容比0.82 m3/t,供氧強度為3.0 m3/(t·min),供氧流量為31500 m3/h時冶煉操作尚能穩(wěn)定進(jìn)行,當(dāng)供氧強度超過3.0 m3/(t·min)則易出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐噴濺及煙塵外溢現(xiàn)象。
轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬與容積/每秒供氧量的關(guān)系圖如圖3所示,容積/每秒供氧量與供氧流量的關(guān)系如表1所示。本鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬在1.55~1.60之間,從圖3中看出,轉(zhuǎn)爐每小時供氧量在33000 m3/h以下操作噴濺可控,超過這個流量,噴濺難以控制。
國內(nèi)外相關(guān)資料表明,本鋼煉鋼廠的供氧流量超過33000 m3/h時會噴濺很嚴(yán)重。針對高供氧強度導(dǎo)致噴濺的難題,本鋼煉鋼廠圍繞氧槍噴頭設(shè)計、造渣操作和氧槍操作分別進(jìn)行了優(yōu)化,經(jīng)過一年來的研究與摸索,實現(xiàn)了供氧流量達(dá)到42000 m3/h也噴濺可控。供氧強度實現(xiàn)了4.0 m3/(t·min),供氧時間小于13 min,達(dá)到了國內(nèi)大型轉(zhuǎn)爐領(lǐng)先水平,不同鋼廠180 t轉(zhuǎn)爐供氧強度對比如表2所示。
圖2 供氧強度與爐容比對轉(zhuǎn)爐噴濺的影響
圖3 轉(zhuǎn)爐內(nèi)高/內(nèi)寬與容積/每秒供氧量的關(guān)系圖
本鋼煉鋼廠在改進(jìn)前應(yīng)用的噴頭為φ299五孔、流量為30000 m3/h的氧槍噴頭,要實現(xiàn)供氧強度達(dá)到4.0 m3/(t·min),則需要研發(fā)供氧流量可以達(dá)到42000 m3/h的氧槍噴頭。經(jīng)過開發(fā)研究,設(shè)計出供氧流量為40000 m3/h的氧槍噴頭(設(shè)計氧槍噴頭供氧一般要低于實際需求的流量,在吹煉過程中供氧流量設(shè)定為到42000 m3/h),同時對噴頭喉口直徑和出口直徑進(jìn)行了優(yōu)化。
通過高強度供氧可以提高氧氣流的沖擊面積和沖擊深度,沖擊面積提高19.5%,沖擊深度提高了34.9%,如圖4和表3所示。鋼水在轉(zhuǎn)爐中鋼水深度一般在1.5~1.6 m,提高供氧強度可以有效地減少鋼水流動的死區(qū),加快反應(yīng)速度,達(dá)到快速化渣,減少吹煉過程中的攪拌死區(qū),增加攪動效果等,從而提高了脫磷動力學(xué)條件,提高了脫磷率。
表1 轉(zhuǎn)爐容積/每秒供氧量與供氧流量的關(guān)系
表2 不同鋼廠180 t轉(zhuǎn)爐供氧強度對比情況
圖4 高強度供氧和低強度供氧沖擊面積及等速線
表3 高強度供氧(A)和低強度供氧(B)的吹煉效果對比
由于供氧強度提高,本鋼對造渣操作步驟也做了優(yōu)化,如表4所示,對造渣物料的加入時間進(jìn)行了調(diào)整,同時制定了一些注意事項,從而避免操作出現(xiàn)意外情況。
氧槍操作優(yōu)化如圖5所示,開吹適當(dāng)提高槍位,吹煉到來渣期時,降槍操作,返干前提高槍位,過程中根據(jù)不同的鐵水條件和廢鋼條件,選取合適的氧槍操作模式,副槍測試前,將氧槍降下來,總的槍位是“高低高低”模式,操作中注意每次動槍幅度為50~100 mm,嚴(yán)禁動槍頻率過高、動槍幅度過大。經(jīng)過優(yōu)化,吹煉全程較為平穩(wěn),基本無噴濺。
從表5可以看出,采用研發(fā)后的新氧槍噴頭,供氧時間縮短了5.3 min,達(dá)到了預(yù)期效果。通過計算原噴頭噸鋼氧耗量為51.33 m3,而采用新高強度供氧氧槍噴頭噸鋼氧耗量為50.52 m3,噸鋼氧耗量也有所降低。
表4 造渣操作優(yōu)化步驟
圖5 氧槍槍位示意圖
表5 兩種噴頭實驗供氧時間數(shù)據(jù)對比
從表6可以看出,采用研發(fā)的新氧槍噴頭后,改善了動力學(xué)條件,增加了爐渣界面同鋼水的接觸面積,提高了脫磷效果。
表6 兩種噴頭脫磷效果實驗數(shù)據(jù)對比
攝影 劉繼鳴
從表7可以看出,采用研發(fā)的新氧槍噴頭后,爐渣中的FeO和TFe含量均有所降低,堿度也有所降低,減少了造渣料的消耗。
表7 兩種噴頭對終渣影響對比
經(jīng)過優(yōu)化后,供氧強度達(dá)到4.0 m3/(t·min),達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,同時實現(xiàn)了噴濺的可控性。采用高強度供氧時可以有效縮短供氧時間5.3 min,縮短冶煉周期,提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能12%,并實現(xiàn)了爐機(jī)匹配。采用新噴頭后,可以有效改善轉(zhuǎn)爐冶金效果,提高了脫磷效果,總之優(yōu)化后的工藝可以有效降低冶煉成本。