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1、转炉高冷料比冶炼工艺研究 王凯中 河南省工业学校 摘 要： 主要探讨了高废钢比对转炉冶炼工艺的影响, 通过理论上对转炉炼钢热量的推算, 分析了冷料对炼钢热量的影响;实践中采取优化转炉配料、工艺过程科学控制等措施, 转炉吨铁产钢达到 1.151.20 t。关键词： 转炉; 铁水; 废钢; 工艺优化; 作者简介：王凯中 (1968-) , 男, 1991 年毕业于西安建筑科技大学冶金系钢铁冶金专业, 本科学历, 副教授。常年致力于炼钢、连铸工艺及设备的研究及改进。High Cold Feed Ratio Converter Smelting Process ResearchWANG Kai-zho
2、ng Henan Industrial School; Abstract： This paper mainly discusses the influence of high scrap ratio on converter smelting process, and through the calculation of the heat of converter steelmaking, the influence of cold material on the heat of steelmaking is analyzed.In practice, measures such as opt
3、imizing the converter burden and scientific control of the process are taken, and the output of converter tons of iron is 1.15 1.20 tons.Keyword： converter; liquid iron; steel scrap; process optimization; 1 引言目前国内炼钢厂转炉炼钢所用的原料主要是铁水, 外加少量废钢、烧结矿, 绝大部分转炉吨钢消耗铁水在 1 0001 040 kg。河南舞钢二炼转炉因铁水供应不足, 加大了冷钢铁料的入炉量
4、, 吨钢消耗铁水 840880 kg, 较好的保证了产量的稳定。2 工艺流程河南舞钢二炼钢厂转炉为 120 t 顶底复吹转炉, 转炉钢水经过 LF、VD 精炼处理后上板坯连铸机浇铸, 即:高炉铁水+120 t 转炉+LF 炉+VD 炉+板坯连铸机。3 转炉炼钢热力学条件氧气转炉炼钢的热量来源主要时铁水的物理热和化学热。物理热是指铁水带入的热量, 它与铁水温度有直接关系, 化学热是铁水中各元素氧化后放出的热量, 它与铁水化学成分直接相关。3.1 化学热量来源在炼钢温度下, 各元素氧化放出的热量各异, 元素氧化热平衡公式如下:式中:Q-1 kg 元素氧化放出的热量, k J/kg;M-受热金属液、
5、炉渣、炉衬的重量, kg;c-各物质的比热容, k J/ (kg) 。按炉渣为装入金属料量的 10%, 炉衬吸热为装入金属料的 10%, 在知道某 1 kg元素反应时放出热量的条件下可以计算出其使熔池温度升高度数 (表 1) 。表 1 氧化 1%铁水中的元素对应升高温度 下载原表 由表 1 可见:碳完全燃烧生成 CO2时其发热量最高, 使熔池升温数最大, 其次是磷和硅。但在吹炼过程中, 碳大部分没有完全燃烧, 所以其升温效果达不到表1 式 1 中所注。哪些元素是转炉炼钢的主要热源, 不仅要看其热效应大小, 还要视其氧化总量的多少。例如, 在 1400时, 硅氧化 0.5%, 碳氧化 3%, 则
6、分别使熔池升温数为 71和 249, 可见碳氧化产生的总热量要比硅的总热量多得多。3.2 冷料冷却效应在一定条件下, 加入 1 kg 冷却剂所消耗的热量就是冷却剂的冷却效应。冷却剂吸收的热量包括将冷却剂提高温度所消耗的物理热和冷却剂参加化学反应消耗的化学热两个部分。而 Q 物 取决于冷却剂的性质及熔池的温度:式中:c 固 、c 液 -分别为冷却剂在固态和液态时的质量热熔, k J/ (kg) ;t0-环境温度, ;t 出 -给定的出钢温度, ;t 熔 -冷却剂的熔化温度, ; 熔 -冷却剂的熔化潜热, k J/kg。Q 化 不仅与冷却剂本身的成分和性质有关, 而且与冷却剂在熔池内参加的化学反应
7、有关, 不同条件下, 同一冷却剂可以有不同的冷却效应, 见表 2。表 2 各种冷却剂冷却效应换算值 下载原表 4 高冷钢铁料比工艺实践舞钢转炉所使用的铁水条件不稳定, 其化学成分波动较大, 特别是铁水磷高, 给转炉脱磷造成较大压力。其铁水条件见表 3。表 3 舞钢转炉所使用的铁水条件 下载原表 舞钢 120 t 转炉目前吨钢消耗铁水在 840880kg, 消耗各种冷废钢 190240 kg, 为保证生产的顺行, 主要开展以下工艺研究。4.1 合理调配铁水硅含量, 保证热量平衡由表 1 可知, 硅是转炉炼钢化学热的主要元素之一, 舞钢转炉使用的铁水由三个高炉供应, 铁水由铁厂用小铁水罐 (40
8、t) 拉至炼钢厂, 再将小罐铁水合到大罐 (120 t) 兑入转炉。三个高炉铁水成分有很大差别, 特别是 Si 差别较大, 为保证各炉次热量均匀且满足生产, 转炉根据每罐铁水成分, 合理搭配入炉铁水, 控制铁水 Si 含量在 0.4%0.6%, 保证转炉热量平衡。4.2 固化装料制度, 保证设备稳定废钢比增加必然会带来一些负面影响, 最直接的就是影响氧枪点火。如果装料不好, 废钢漂浮在铁水上面, 会阻碍氧枪点火或造成返氧烧漏氧枪造成安全事故发生。为避免事故发生, 二炼钢经过反复推敲论证, 要求正常生产炉次必须先装料后兑铁, 装完料先前后摇动炉体, 防止废钢粘在炉壁吹炼时不熔化, 后兑铁, 这样
9、废钢料沉在铁水下面, 有效避免了点火不良带来的负面影响。4.3 优化生产工艺, 减少炉底带料废钢装入量大的最大难题是料不易熔化, 炉底易带料, 其危害一是发生安全事故, 因转炉工艺需要倒炉, 生产时倒炉角度在-100到+105, 在炉子摇到一定角度后, 炉底的料露出钢液面, 极有可能掉落入熔池, 溅起的钢渣会对炉口工作职工造成威胁。二是炉底带料影响炉底的维护和出钢量的控制, 炉底带料可能堵塞底吹系统, 影响吹氩搅拌效果, 另外炉底带料造成炉底上涨, 会造成枪位控制不准确从而影响化渣升温, 炉底带料势必会造成出钢量不确定, 出多时造成钢包溢包烧损设备, 出少时造成出钢量不够影响保钢板尺寸。为解决
10、炉底带料问题, 一是配料上合理搭配轻薄废钢、生铁和重型废钢比例及装入顺序, 要求轻薄废钢装在料斗前部, 生铁、重型废钢装在料斗后部, 这样能避免重型冷料裹着渣坨不趴在炉底不化, 二是合理调控枪位, 在保证化渣脱磷的前提下, 适当降低枪位, 加大高温氧流对熔池的搅拌, 三是合理调整底吹氩气流量, 在吹炼后期加大底吹氩气, 加强底吹对熔池的搅拌, 加快炉底冷料的熔化。4.4 合理控制枪位和辅料加入制度, 避免氧枪粘钢氧枪粘钢渣一直是转炉炼钢棘手的问题, 粘枪最大的危害是威胁到炼钢安全, 处理不好很可能发展为重大安全事故, 转炉氧枪是通过炉口烟道上部的氧枪口进入炉体, 烟道口上窄下宽, 如果氧枪在吹
11、炼过程粘枪严重, 会造成卡在烟道口, 上不去下不来, 处理不当可能会造成水冷烟道漏水甚至将氧枪割除, 处理起来需要数小时。而冷料装入量大势必造成前期炉内温度低, 化渣不好, 更容易粘枪, 为应对此问题, 要求转炉在加造渣料必须得点火良好, 班长时刻关注炉内化渣情况, 化渣不好及时提枪, 渣料实行多批次少量加入, 防止渣料因温度低堆积成坨, 钢渣混冲粘枪。通过上述工艺的实施, 二炼钢转炉较好的解决了因废钢装入量大对冶炼造成的负面影响。转炉终点温度控制在 1 600以内, 完全能满足精炼生产需要, 且对炉衬维护有利。通过装料制度和生产工艺制度的优化固化, 较好的解决了转炉点火不良、炉底带料和氧枪粘
12、钢的问题, 在提高产量的同时, 生产亦趋于稳定。5 结语舞钢转炉通过增加冷料入炉, 在转炉炉役前期 (炉龄 2 600 次以内) , 吨铁产钢达 1.20 t, 炉役中后期可达到 1.15 t, 在铁水供应不足的情况下, 保证了产量的稳定。转炉炼钢所使用的铁水来源于矿石, 矿石属于不可再生能源, 目前我国的铁矿石普遍品位较低且多是伴生矿并且分布很不均匀, 我国有一半以上的钢铁企业所使用的铁矿石需进口, 近年, 国际铁矿石价格连年高涨, 而钢材价格却一直在低位徘徊, 钢铁行业进入全行业亏损状态。废钢重新冶炼是对不可再生能源的循环利用, 随着国民经济的发展, 废钢必将会越来越多, 因此, 增加废钢的入炉比是炼钢行业可持续发展的方向, 也是中国钢铁企业减少对国际矿业巨头过度依赖的一条途径。参考文献1王雅贞.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备M.北京:冶金工业出版社, 2001:79-82. 2黄标彩.100 t 复吹转炉高冷料比优化冶炼工艺研究D.2007 年炼钢学术年会论文. 3房参军.转炉冷料增加铁块比例冶炼工艺实践J.黑龙江冶金, 2006 (04) :3-4.
