130_t转炉低铁耗生产工艺实践_廖广府.pdf

廖广府，硕士，工程师，2011年业于武汉科技大学钢铁冶金专业。E-mail：130 t 转炉低铁耗生产工艺实践廖广府，陈敏，廖纲（宝武集团鄂城钢铁有限公司，湖北 鄂州436002）摘要：研究了降低130 t转炉铁耗的生产工艺，通过采取提高铁水罐周转次数、铁水罐加烘烤废钢、缩短转炉冶炼周期、降低出钢温度和提高精炼加入废钢比例等措施，实现了铁耗750 kg/t的目标。关键词：转炉；铁耗；废钢；冶炼周期；出钢温度中图分类号：TF777文献标识码：A文章编号：1006-4613（2023）01-0051-04DOI：10.3969/j.issn.1006-4613.2023.01.0011Production Practice by Low Iron Loss Technology for 130 t ConverterLIAO Guangfu，CHEN Min，LIAO Gang（Baowu Group Ezhou Iron&Steel Co.，Ltd.，Ezhou 436002，Hubei，China）Abstract：The steel-making technology for reducing iron loss for the 130 t converter was stud-ied.Then these measures such as increasing the number of times for hot metal ladle turnover,adding burning-off scrap into hot metal ladle,shortening tap-to-tap steel-making cycle by convert-er,reducing the tapping temperature and increasing the proportion of adding scrap during refiningprocess were taken.After that,the target for reducing iron loss with less than 750 kg/t was achieved.Key words：converter;iron loss;scrap;steel-making cycle;tapping temperature中国正在大力推进生态文明建设，推动绿色低碳、气候适应型和可持续发展，加快制度创新，强化政策行动，力争于2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现碳中和。废钢作为转炉炼钢的主要原材料，对减少能耗、降低碳排放具有重要意义。据行业统计分析1，2019年国内产生废钢量达2.4亿t，预计2030年产生废钢3.18亿t。国内外钢铁企业对转炉高废钢比冶炼技术进行了很多研究2，德国Klockner公司开发出KMS/KS工艺，其中KMS工艺废钢比达到50%，KS工艺可以实现100%废钢操作。国内受废钢市场因素影响，高废钢比冶炼工艺研究较少，主要采取废钢预热，增加补燃剂等措施，废钢比可实现30%。自2019年开始，宝武集团鄂城钢铁有限公司炼钢厂（以下简称“鄂钢炼钢厂”）积极探索降低铁水消耗和炼钢能耗的工艺，2020年转炉铁耗平均为823 kg/t。为进一步降低铁水消耗，该厂开展“铁钢比750”（铁耗750 kg/t）项目攻关，全流程降耗，取得较好效果。本文对此做一介绍。1工艺概况鄂钢炼钢厂工艺装备与铁水条件分 别 见表1、2。表1工艺装备Table 1 Technological Equipment表2铁水条件Table 2 Requirements for Molten IronC/%Si/%Mn/%P/%S/%T/4.20.380.260.1080.0281 342项目KRBOFLFRHSCBC公称设计/t130130/100130130一机一流1七机七流3数量/个12/121鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期51-2降低铁耗生产工艺措施2.1提高铁水入炉温度转炉炼钢工序热量来源于铁水物理热和化学热，其中物理热占比53%，化学热占比47%，铁水物理热效率高，对提高铁水入炉温度最有效。通过采取铁水包加盖和“一罐到底”的措施减少运输过程中铁水热量的损失。统计了不同铁水罐周转次数下的铁水平均入炉温度，如图1所示。图1不同铁水罐周转次数下的铁水平均入炉温度Fig.1 Average Temperature of Molten Iron Chargedinto Converter under Different Numbers of Times forHot Metal Ladle Turnover由图1看出，铁水平均入炉温度随着铁水罐周转次数的提高而提高。因此，优化生产模式，提高铁水罐周转次数，减半出铁罐数，缩短转运时间，进而提高铁水罐温度，减少出铁温降。同时，降低了铁水脱硫比例，根据所生产钢种的工艺要求，调整铁水入炉硫含量，脱硫率由35.0%降至17.2%，提高铁水入炉温度5.4，平均降低铁耗3.2 kg/t（铁耗=铁水/合格坯产量）。2.2铁水罐加烘烤废钢废钢作为最环保、最洁净的冷却剂被应用于转炉炼钢工序中，废钢熔化速度直接影响废钢利用率。目前，钢铁行业长流程主要在铁水罐、转炉、氩站、精炼炉等工序加废钢，鄂钢炼钢厂主要采取了铁水罐加烘烤废钢来提高废钢比，降低铁耗。因受铁水温度和冲击能量所限，废钢入罐后不能完全熔化，通过烘烤废钢来提高其在铁水罐中的熔化比率。具体工艺流程是：铁水兑入转炉后，铁水罐吊运至废钢工位加入废钢，在烘烤位烘烤至600800，再快速运至高炉出铁口对位受铁。生产实践表明，铁水罐加烘烤废钢工艺最高可降低铁耗50 kg/t。2.3优化废钢结构据有关文献报道3，废钢熔化过程可以分为4个阶段：生成凝固层凝固层快速熔化渗碳阶段渗碳+母体废钢快速熔化。提高熔池温度、熔池搅拌能密度、废钢比表面积、废钢碳含量均能促进废钢熔化。回归分析废钢平均直径熔化速率（y1）、平均质量熔化速度（y2）、传质系数（y3）与熔池温度（x1）、熔池搅拌能密度（x2）、废钢比表面积（x3）、废钢碳含量（x4）的定量关系如下：y1=-0.564 4+4.310-4x1+0.473x2+2.110-4x3+2.5310-2x4（1）y2=-2.095+1.5910-3x1+1.689x2+9.610-4x3+6.9910-2x4（2）y3=-1.888+1.6110-3x1+5.646x2+2.7410-3x3+2.5410-2x4（3）通过参考上述废钢熔化速率回归方程，设计了四种废钢结构模型，如表3所示。表3废钢结构模型Table 3Model for Scrap Compositiont注：重废和内转废钢单重0.40.8 t；一级工业打包块为厚度0.51.0 mm的剪切料；钢筋打包块为直径615 mm的钢筋；三级工业打包块为社会生活废钢，质量较差。统计1 281炉生产数据得出结论，模型中生铁块超过10 t时易粘炉底，吹炼终点不稳定，倒炉或出钢过程中熔化掉，造成转炉终点碳含量高，钢水成分不合格；内转坯头废钢碳含量较低且致密，重量1 t左右时较难熔化，易降低终点温度，中断生产。对比结果认为，模型四的废钢结构效果较好，转炉吹炼过程较平稳，最早达到吹炼返干期，终点控制稳定。2.4采用补燃剂提温铁水热量不富余时，可以向转炉加入补燃剂提温。转炉使用的补燃剂有碳质和硅质两类，主要有焦炭、类石墨球、硅碳球、硅铁等，其反应热效应如表4所示4。模型重废钢筋打包块一级工业打包块三级工业打包块生铁块内转废钢模型一01183153模型二211110150模型三014103103模型四214130101鞍钢技术 2023 年第 1 期廖广府等：130 t 转炉低铁耗生产工艺实践总第 439 期52-由于硅质补燃剂氧化后增加渣中SiO2含量，不利于提高碱度和减少渣量，因此当铁水硅含量0.35%时，优先使用硅碳球补燃剂，加入1 t硅碳球可以降低铁耗23.4 kg/t；当铁水硅含量0.35%时，优先使用类石墨球，加入1 t类石墨球可以降低铁耗19.8 kg/t。2.5优化炼钢工艺为降低炼钢系统温降，减少热量损失，一方面缩短转炉冶炼周期，加快转炉冶炼节奏；另一方面铸机提速，形成炉机匹配，提高钢包周转率5。（1）转炉吹炼模型优化转炉工序通过降低铁水脱硫比例增加铁水温度，每降低1%的脱硫比例可以增加0.4，铁水提质后脱硫比例减少5%，铁水温度增加2。对转炉操作进行了优化，优化前后吹炼模型的对比如图2所示。优化后提高了供氧强度，降低了氧枪枪位。（2）缩短转炉冶炼周期采取增加出钢口直径，提高转炉一倒率等措施，转炉平均冶炼周期较优化前下降6.2 min，逐步降低转炉出钢温度。表7为转炉冶炼周期与出钢温度的关系，冶炼周期降至32 min以内时，出钢温度降至1 630 以下，较优化前下降26。优化转炉工艺共降低系统温度28，可以降低铁耗16.8 kg/t。图2优化前后转炉吹炼模型的对比Fig.2 Comparison of Converter BlowingModels before and after Optimization表7转炉冶炼周期与出钢温度的关系Table 7 Relationship between Converter SmeltingCycle and Tapping Temperature冶炼周期/min33.6033.0032.9932.8431.9731.94出钢温度/1 636.3 1 634.2 1 633.1 1 632.5 1 629.6 1 627.8表4补燃剂反应热效应Table 4 Thermal Effect of SupplementaryCombustion Agent in Reaction由表4可见，鄂钢炼钢厂的碳质补燃剂在转炉内不能完全氧化成CO2，大部分氧化成CO。生产实践也表明，采用的硅质提温效果优于碳质，但硅质氧化后会增加渣中SiO2，需要提高石灰平衡碱度，同时渣量增加会减少金属收得率，因此，综合考虑后选择硅碳球和类石墨球作为补燃剂开展研究。补燃剂理化指标如表5所示。表5补燃剂理化指标Table 5 Physicochemical Indexes ofSupplementary Combustion Agent为了对比分析补燃剂加入情况，统计了539炉生产数据，结果如表6所示。结果表明，加入1 kg/t硅碳球可提高终点钢水温度5.92，而加入1 kg/t类石墨球可提高终点钢水温度4.98，硅碳球更有利于提高终点钢水温度，经计算，加入1 kg/t硅碳球可降低铁耗约3.5 kg/t。项目入炉铁水量/t入炉废钢量/t铁水硅含量/%铁水温度/终点碳含量/%终点温度/补燃剂加入量/kg试验炉数硅碳球125.835.10.3141 3290.0591 6481 382115类石墨球125.635.40.3551 3270.0581 6421 375107未加补燃剂125.935.80.3781 3760.0631 645317补燃剂Si/%SiC/%C/%H2O/%粒度/mm硅碳球24.0215.5950.612.31060类石墨球-75.60.82050元素反应反应热/（kJkg-1）CC+1/2O2=CO10 940CC+O2=CO234 420SiSi+O2=SiO228 314表6补燃剂加入情况对比Table 6 Comparison of Supplementary Combustion Agent Addition鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期53-（3）优化连铸配水模式连铸工序通过优化配水模式，加大冷却强度，由气雾冷却改为全水冷却，平均拉速由2.80 m/min提高至3.46 m/min，单流最高可达到4.18 m/min。连铸平台平均温度由1