張豐紅
摘 要:該文主要介紹SGRS工藝,SGRS工藝的核心內(nèi)容及主要優(yōu)點,結(jié)合現(xiàn)階段酒鋼鐵水條件,設(shè)備特點及SGRS工藝特點,對SGRS工藝在酒鋼應(yīng)用的現(xiàn)狀及存在的問題進行分析,倒不出足量前期高效脫磷渣是酒鋼SGRS工藝的主要問題,因此對SGRS工藝進行優(yōu)化,進行了多爐次試驗,試驗爐次鐵水硅含量在0.41%~0.67%之間,鐵水磷含量在0.010 9%~0.133%之間,實驗前期爐次石灰加入較理論計算稍多,其余爐次基本按照理論計算操作,并通過計算優(yōu)化冶煉過程操作,基本都能夠倒出足量脫磷階段爐渣,達到降低石灰消耗及轉(zhuǎn)爐總渣量,降低鋼鐵料消耗的目的,對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:SGRS工藝 生產(chǎn)優(yōu)化 石灰消耗 鋼鐵料消耗
中圖分類號:TF713 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2016)02(a)-0042-03
鋼鐵工業(yè)作為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),近30年來發(fā)展非常迅速,其中尤為中國鋼鐵工業(yè)的崛起令人矚目。在高度重視可持續(xù)發(fā)展的今天,鋼鐵工業(yè)在節(jié)省資源、能源和減少爐渣、煙塵等固體廢棄物排放方面,面臨著巨大壓力和挑戰(zhàn);氧氣轉(zhuǎn)爐每生產(chǎn)一噸鋼,大約消耗40~60 kg石灰,12~20 kg輕燒白云石,并產(chǎn)生90~110 kg爐渣;煉鋼爐渣經(jīng)過熱悶,滾筒等方法處理后,主要用作路基石料,經(jīng)濟價值很低。
SGRS是Slag Generation Reduced Steelmaking的英文縮寫,意為“少渣冶煉”,在酒鋼又叫“留渣——雙渣”,以下通稱SGRS工藝,日本新日鐵最早在轉(zhuǎn)爐開發(fā)應(yīng)用了轉(zhuǎn)爐SGRS工藝,降低了40%石灰消耗和30%渣量。自2011年3月開始,遷鋼在5座210 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐和首秦公司3座100 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上對轉(zhuǎn)爐SGRS工藝開展了試驗研究。遷鋼和首秦公司采用SGRS工藝產(chǎn)鋼比率分別達到了79.1%和81.1%,噸鋼石灰消耗分別降低了47.3%和41.1%(遷鋼降低至22.0 kg/t,首秦降低至37.2 kg/t),輕燒白云石消耗分別降低了55.2%和56.6%(遷鋼降低至8.0 kg/t,首秦降低至8.2 kg/t),轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量減少30%左右,鋼鐵料消耗分別降低了6.07 kg/t和6.31kg/t。
因此,SGRS工藝的應(yīng)用,首先,可以大幅度減少煉鋼石灰,白云石等渣料消耗和煉鋼渣量,而且,煉鋼爐渣含14%~26%FctO,渣量減少可以降低鋼鐵料消耗。其次,外排爐渣主要為脫磷階段低堿度渣,不含自由CaO,可以簡化爐渣處理。再次,常規(guī)轉(zhuǎn)爐出鋼后留在爐內(nèi)鋼水隨爐渣倒出,采用SGRS工藝終點不倒渣,可以提高鋼水收得率。
1 SGRS工藝核心及主要優(yōu)點
1.1 SGRS工藝核心
(1)改變傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐排出高堿度的脫碳爐渣而轉(zhuǎn)向排放低堿度、高P2O5含量的脫磷爐渣,降低煉鋼原輔材料的消耗;(2)將上爐終渣(高溫下已基本不具備脫磷能力),用于下爐吹煉前期(由于溫度低,爐渣重新具備脫磷能力);(3)充分利用吹煉初期有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件;(4)在溫度上升至對脫磷不利之前將爐渣部分倒出,加入渣料造渣進行。
1.2 SGRS的主要優(yōu)點
(1)大幅度減少煉鋼石灰、白云石等渣料消耗和煉鋼渣量;(2)煉鋼爐渣含14%~23%Tfe,渣量減少可以降低鋼鐵料消耗;(3)常規(guī)轉(zhuǎn)爐出鋼后留在爐內(nèi)鋼水隨爐渣倒出,SGRS工藝終點不倒渣,可以提高鋼水收得率;(4)外排爐渣主要為脫磷階段低堿度渣,可以簡化爐渣處理。
2 SGRS工藝在酒鋼應(yīng)用的現(xiàn)狀及存在的問題
圖1和表1反應(yīng)了酒鋼SGRS工藝的流程路線和冶煉周期核算。
酒鋼從2012年11月開始展開了對SGRS工藝的實驗和實踐,現(xiàn)如今已取得一定的效果和成績,制定了比較完善的工藝安全操作規(guī)程,尤其在去年鐵水條件差的情況下,保證了區(qū)域各項指標的順利完成。并且,通過實踐應(yīng)用,該廠已完全掌握了SGRS工藝中的關(guān)鍵技術(shù)要點。
但是,隨著近期鐵水條件的變化,在執(zhí)行工藝的過程中出現(xiàn)了前期倒渣倒渣量不足,倒不出,爐內(nèi)渣量逐爐蓄積、堿度不斷增加、倒渣愈加困難的情況,SGRS工藝無法接續(xù)、循環(huán)中途停止;倒渣不順增加冶煉時間;爐內(nèi)渣量波動對吹煉過程控制穩(wěn)定性造成波動;爐內(nèi)流動性控制不好,渣中“鐵珠”量多的諸多問題隨之出現(xiàn)。關(guān)于SGRS工藝技術(shù),國際、國內(nèi)文獻少之又少,各種報道也是只報道應(yīng)用后取得的成果,對各類關(guān)鍵技術(shù)和參數(shù)很少提及,再加上各個鋼廠實際情況不同,現(xiàn)階段,酒鋼工藝執(zhí)行過程中存在的主要問題是倒不出足量前期高效脫磷渣的問題,因此,我們有必要展開對SGRS工藝中存在的問題進行研究并對工藝進行優(yōu)化。
3 對SGRS工藝優(yōu)化的研究
能否快速倒出足量脫磷階段爐渣,主要取決于對倒渣階段流動性的控制,而倒渣階段爐渣的流動性控制主要取決于控制爐渣的組成。從該廠實驗前期取得的倒渣時期渣樣數(shù)據(jù)分析來看,爐渣堿度基本分在1.5~2.2之間,當(dāng)快速脫磷階段在1.5左右及較低FeO條件下具有較高的爐渣流動性,當(dāng)爐渣堿度上升到1.5之后,爐渣流動性迅速降低,當(dāng)然,爐渣堿度太低爐渣流動性亦會變差。因此,從該廠實際情況及轉(zhuǎn)爐加料方式來看,前期堿度過高,是倒渣時期制約爐渣流動性及倒渣量的主要因素。
現(xiàn)階段酒鋼鐵水條件鐵水硅含量一般在0.4%~0.65%
之間,磷含量在0.10%~0.13%之間,鐵水溫度在1 265 ℃~1 315 ℃之間。因此,對鐵水硅含量在0.4%~0.65%之間的SGRS工藝進行優(yōu)化,對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。以我廠轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)普碳低合金鋼為例,終渣CaO含量平均為48%,普碳終渣堿度平均為3,入爐鐵水48 t,平均出鋼量53 t,由于條件限制所留終渣一般在1 t左右(現(xiàn)階段廢鋼條件下,鐵水硅含量在0.4%~0.65%之間時終渣一般在1 t左右),假設(shè)倒渣階段脫硅反應(yīng)已全部完成,我們可以通過計算得到鐵水硅含量在0.4%~0.65%(主要計算了鐵水硅含量在0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%時的數(shù)據(jù))之間時,前期倒渣量對噸鋼石灰(我廠石灰有效CaO約85%,SiO2約3.5%)消耗的影響。
從表2可以看出隨著倒渣量的增大,石灰噸鋼消耗逐漸下降,而且,隨著鐵水硅含量的升高,噸鋼石灰消耗下降的更快,在倒出50%前期渣的情況下,我們可以根據(jù)將終渣堿度配到3.0的要求計算得到需要加入的石灰量如表3(計算的石灰都是倒完前期渣時加入的)。
從表3中可以看出鐵水硅含量在0.4%~0.65%之間時,SGRS工藝每爐鋼只需加入882~1 549 kg石灰,石灰噸鋼消耗減少12.7~18.4 kg,從這里我們可以看出SGRS工藝的巨大優(yōu)越性,且隨著入爐造渣料的減少,噸鋼產(chǎn)生的爐渣也將減少,轉(zhuǎn)爐鋼鐵料消耗也將隨之降低。因此,對SGRS工藝進行優(yōu)化研究,倒出足量的脫磷階段爐渣,保證SGRS工藝發(fā)揮最大優(yōu)勢,意義深遠。
為了倒出足量高效脫磷渣,我們必須控制好快速脫磷階段爐渣物性,快速脫磷階段爐渣的流動性,不僅和爐渣堿度有關(guān),而且與渣中氧化鎂和氧化鐵含量有關(guān),由于從前期我們試驗的結(jié)果來看,制約該廠爐渣物性的主要因素是快速脫磷階段的爐渣堿度,因此,結(jié)合該廠實際情況,終點留渣1 t,鐵水硅含量在0.4%~0.65%之間時,可以計算得到在將轉(zhuǎn)爐前期渣堿度配至1.15時頭批料所需要加入的石灰(假設(shè)鐵水硅元素已全部被氧化)。
從表4可以看出在終點留渣量在1 t的情況下,每爐鋼頭批料加入石灰221~591 kg以上時,就可以獲得堿度大于1.15的爐渣物性較好的前期爐渣。此時爐渣粘度較低,爐渣流動性較好,能夠倒出足量且“鐵珠”少的爐渣,以上在頭批料少加石灰時,各種數(shù)據(jù)條件與一般情況下現(xiàn)階段該廠實際比較接近,前期倒渣時期爐渣的堿度情況,從實際結(jié)果來看,也是基本相符的。因此SGRS工藝執(zhí)行時,我們頭批料可以少加石灰。用白云石來固化爐渣,氧化鐵皮平衡前期溫度。
實際上,SGRS工藝還與轉(zhuǎn)爐終點留渣量有關(guān),由于該廠設(shè)備限制,轉(zhuǎn)爐終點留渣較難控制,留渣量太少,SGRS工藝優(yōu)勢發(fā)揮明顯,太多影響正常冶煉過程。因此,在實踐中,操作者應(yīng)該將轉(zhuǎn)爐留渣量控制在合理的水平。
4 SGRS工藝優(yōu)化后的效果
通過以上理論計算和分析,我們在2015年10月26日~12月6日期間進行了多爐次試驗,試驗爐次鐵水硅含量在0.41%~0.67%之間,鐵水磷含量在0.010 9%~0.133%之間,實驗前期爐次石灰加入較理論計算稍多,其余爐次基本按照理論計算操作,基本都能夠倒出足量脫磷階段爐渣,實驗36爐次,其中3爐次終點磷不符合出鋼要求。倒爐終點溫度在1 608 ℃~1 693 ℃之間,終點磷最低溫度至0.008%,最高至0.041%,平均在0.020%左右。磷高爐次基本是由于終點溫度較高或者廢鋼中有降級生鐵。該工藝基本能滿足生產(chǎn)要求。
5 結(jié)論
(1)能否足量倒出前期脫磷階段爐渣是SGRS工藝能否發(fā)揮優(yōu)勢的關(guān)鍵,因此,我們必須控制好前期脫磷階段爐渣物性,主要是爐渣的堿度;(2)一般鐵水條件下,轉(zhuǎn)爐前期倒渣量越大,SGRS工藝降石灰效果越明顯;與傳統(tǒng)工藝相比,SGRS工藝能大幅降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗;(3)硅含量在0.4%~0.65%之間時,SGRS工藝執(zhí)行時,頭批料可以少量加入的石灰,頭批料需加入的量在221~591 kg以上,重點留渣量要適中。
參考文獻
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