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      100 t轉(zhuǎn)爐高Si鐵水煉鋼工藝

      2018-03-31 16:03:02伍從應楊昌濤楊龍飛高長益
      四川冶金 2018年2期
      關(guān)鍵詞:硅鐵槍位熔渣

      伍從應,王 劼,楊昌濤,楊龍飛,謝 祥,高長益

      (1.首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司煉鋼廠,貴州 六盤水 553028;2.首鋼水城鋼鐵(集團)有限責任公司技術(shù)中心,貴州 六盤水 553028)

      1 引言

      在高爐大修后的開爐初期,由于焦炭加入量大,爐溫高,礦石中的SiO2還原量大,鐵水中[Si]高,通常把[Si]≥0.8%的鐵水稱為高硅鐵水。轉(zhuǎn)爐用高[Si]鐵水煉鋼,容易出現(xiàn)噴濺等問題。硅對氧具有很強的親和力,在轉(zhuǎn)爐吹氧初期即開始進行氧化并放出大量的熱量,導致轉(zhuǎn)爐吹煉過程中升溫過快。由于渣料加入過多,渣量大,且爐渣泡沫化嚴重,極易造成轉(zhuǎn)爐發(fā)生爆發(fā)性噴濺,增加金屬損失,甚至燒壞爐下設備,造成嚴重的環(huán)境污染[1-3]。有條件的鋼鐵廠,主要通過鐵水預處理降低鐵水中[Si]含量,實現(xiàn)少渣或無渣操作,減少轉(zhuǎn)爐噴濺。鐵水預處理一般采用燒結(jié)礦、球團礦、富礦粉和氧化鐵皮等作為脫硅劑,通過噴吹和攪拌,使Si氧化形成熔渣,并最終將熔渣撈出。把Si降低到能夠吹煉范圍,再進行轉(zhuǎn)爐的冶煉操作;另一種處理方法是把高Si鐵水澆鑄成生鐵,再與廢鋼搭配入爐。就水鋼來說,以上兩種方法都不具備條件。因此我們根據(jù)水鋼實際,從操作上入手,通過精心地制定方案和組織實施,成功地解決了高Si鐵水的轉(zhuǎn)爐煉鋼問題。

      2 硅氧化的基本原理

      硅與氧的結(jié)合力很強,硅的氧化是放熱反應,尤其在轉(zhuǎn)爐吹煉初期,在溫度較低的情況下,更有利于硅的氧化。硅在煉鋼過程的氧化特點如下:

      (1)硅在熔煉的最初階段被氧化;(2)在堿性爐渣下,氧化完全徹底;(3)是一個強放熱反應,是轉(zhuǎn)爐冶煉的重要熱量來源。

      煉鋼過程硅的氧化反應為:

      [Si]+{O2}=(SiO2)

      (1)

      [Si]+2[O]=(SiO2)

      (2)

      [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]

      (3)

      (SiO2)+2(FeO)=2(FeO·SiO2)

      (4)

      3 硅氧化反應的升溫及熱平衡

      (1)以水鋼4#高爐的鐵水成分為例:[C]=4.0%~4.3%,[Si]=2.5%~3.5%,[Mn]=0.8%~1.0%,[P]=0.08%~0.10%,[S]=0.03%~0.05%。鐵水[Si]取中線3.0%,100 t轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵水裝入量按80 t計算,煉鋼溫度下,[Si]+O2=SiO2反應的熱效應△H為29 177 kJ/kg[Si],硅氧化放熱=80×1000×3.0%×29 177=70 024 800(kJ)。選用磁選鐵作為冷卻劑,磁選鐵的冷卻效應和廢鋼相當,為1454 kJ/kg,為了達到熱平衡,需要加入的磁選鐵=70 024 800/1454=48 160(kg)。

      (2)對于水鋼100 t轉(zhuǎn)爐,1%的[Si]含量在1400 ℃氧化時的升溫為178 ℃,入爐鐵水3.0 %[Si]的升溫=3.0×178=534(℃)。

      4 爆發(fā)性噴濺產(chǎn)生的原因

      熔池內(nèi)C-O反應不均衡發(fā)展,瞬時產(chǎn)生大量CO氣體,這是發(fā)生爆發(fā)性噴濺的根本原因。熔池中[C]與渣中(FeO)的反應([C]+(FeO)={CO}+[Fe])是吸熱反應,反應速度受熔池碳含量、渣中(FeO)含量、熔池溫度的共同影響。由于操作上的原因,熔池驟然受到冷卻,抑制了正在激烈進行的[C]與渣中(FeO)的反應;供入的氧氣生成了大量(FeO)并聚集;當熔池溫度再度升高到一定程度(一般在1470 ℃以上),渣中(FeO)聚集到20%以上時,[C]與(FeO)的反應重新以猛烈的速度進行,瞬間排出大量的CO氣體從爐口奪路而出,同時還挾帶著一定量的鋼水和熔渣,形成了大的噴濺[4-7]。例如,因二批渣料加入時間不當,在加入二批料之后不久,隨之而來的大噴濺,就是由于上述原因造成的。在熔渣氧化性過高,熔池溫度突然冷卻后又升高的情況下,就有可能發(fā)生爆發(fā)性噴濺。高硅鐵水煉鋼容易產(chǎn)生爆發(fā)性噴濺,主要原因是前期硅迅速氧化,升溫速度明顯加快,提前進入[C]與(FeO)的反應,這是第一原因;其次加入的渣料多,形成了大渣量,這是另一原因。高Si鐵水的冶煉特點是:前期升溫過快,加入的渣料多,渣量大,過大的渣量容易造成噴濺,尤其加料的時機和加料的數(shù)量沒有掌握好,就會發(fā)生爆發(fā)性噴濺,加大金屬損失的同時還會燒壞設備,造成環(huán)境污染。另外,初期渣SiO2含量高,渣的堿度低,影響了P、S的去除,延長了冶煉時間。

      5 高硅鐵水的轉(zhuǎn)爐煉鋼措施

      5.1 原材料的準備

      除了通常的造渣材料外,還要再空出兩個高位料倉。一個倉裝磁選鐵,另一個倉裝污泥球。首先根據(jù)高Si鐵水前期升溫過快,加入的渣料多的特點,及時準確加入渣料,保證前期均勻升溫,抵消前期Si氧化產(chǎn)生的熱量,使反應能平穩(wěn)進行;其次要準備重型廢鋼,保證熱平衡。

      5.2 裝入制度

      由于水鋼4#高爐鐵水Si最高達3.59%,而且持續(xù)時間長。雖然增加廢鋼比和減少裝入量都能有效控制噴濺,但考慮到我廠廢鋼斗容積有限,同時還要考慮裝入量的穩(wěn)定和生產(chǎn)工序的銜接,我們確定合理的裝入制度為鐵水80 t,廢鋼15.5 t,每斗廢鋼搭配3 t磁選鐵,盡量使用重型廢鋼。我們還采取高、低硅鐵水搭配進混鐵爐,降低爐前的操作難度。

      5.3 吹煉前的準備

      混鐵爐工人必須提前通知爐前工人將吹煉高硅鐵水,同時報告高、低硅鐵水成分和搭配情況。搖爐工必須電話通知渣車人員和風機房人員,為雙渣操作做準備。

      5.4 根據(jù)鐵水硅含量準備渣料

      搖爐工必須估算鐵水硅含量,根據(jù)硅含量準備渣料,第一批白云石加入量必須按規(guī)定加入,輕燒白云石含CaO按40%計算,1000kg輕燒白云石相當于400 kg石灰;終渣堿度R按2.8計算,前期渣堿度R按1.5~2計算;同時還要考慮渣料加入總量,渣量越大,則脫磷總量越大,反之則小。表1列出了不同的鐵水[Si]含量對應的石灰量及白云石加入量。

      前期含鐵冷料加入量視熱量情況而定,可加入1000~6000 kg。

      5.5 低、高硅鐵水吹煉操作曲線對比

      低硅鐵水采用單渣操作模式,高硅鐵水采用雙渣操作模式。低硅鐵水吹煉操作曲線見圖1,高硅鐵水吹煉操作曲線見圖2。

      5.6 雙渣操作

      高硅鐵水煉鋼的吹煉過程采用雙渣操作,開吹下槍到1.8 m加料,加完料30 s內(nèi)降槍到1.3 m,起渣就提槍倒渣,目的是讓Si、Mn充分氧化,在C-O反應來臨之前,倒出酸性渣,減少渣量。

      5.7 供氧制度

      開吹氧氣流量為18 500 m3/h,吹煉到3 min時,將氧氣流量調(diào)到13 500 m3/h。倒完初期渣后,下槍到1.5 m,氧氣壓力手動開度設定為10%,流量設定為13 500 m3/h,流量正常后恢復氧氣壓力到1.5 MPa,8 min以后,緩慢恢復流量,后期流量控制為18 500 m3/h。

      5.8 溫度制度

      (1)控制好熔池溫度。前期溫度不要過低,中期溫度不宜過高,均勻升溫,使碳氧反應得以均衡的進行;嚴禁突然冷卻熔池,消除發(fā)生碳氧劇烈反應的條件。

      (2)控制(FeO)不出現(xiàn)聚積現(xiàn)象,以避免熔渣過分發(fā)泡或引起爆發(fā)性的碳氧反應。具體地講,要注意的是:若初期渣形成過早,應及時降槍以控制渣中(FeO);同時促進熔池升溫,使碳得以均衡氧化。避免碳焰上來后的大噴。

      5.9 造渣制度

      雙渣冶煉的爐渣成分見表2,從表2可見,前期按規(guī)定加入渣料,可以達到第一次倒渣的堿度要求。全鐵水冶煉或熱量富余的情況下,前期污泥球和磁選鐵可最大限度加入5000~6000 kg,二批料第一次石灰加入量為1000 kg,剩余石灰、輕燒白云石每次加500 kg,勻速加料,均勻升溫,一定要控制好過程溫度,第二批料在點火正常后開始加入,如果升溫過快,立即加入磁選鐵,每次500 kg,過程少加污泥球,盡量多用磁選鐵調(diào)溫,因為污泥球和磁選鐵的成分不同,作用和用法應有所區(qū)別。

      5.10 槍位控制

      開吹降槍到1.8 m加料,加完料30 s內(nèi)降槍到1.3 m,雙渣倒渣后降槍到1.5 m加料,加完料后迅速降槍到1.1 m,防止高槍位低流量的雙軟吹,流量起來后緩慢提槍??刂谱姙R之后的主要任務是防止返干,火焰穩(wěn)定后立即開始提槍(爐渣不好化時在噴濺期過后立即將槍位提到1.6 m),當停留在某一槍位20 s以上,只要火焰不發(fā)軟,就可以進一步提槍,特別是濺金屬時必須立即提槍,如火焰發(fā)軟就小幅度降槍,找準平衡槍位(約1.6~1.8 m),吹煉過程一旦發(fā)生噴濺就不要輕易降槍,因為降槍以后,碳氧反應更加激烈,反而會加劇噴濺。此時可適當?shù)奶針?,這樣,一方面可以緩和碳氧反應和降低熔池升溫速度,另一方面也可以借助于氧氣射流的沖擊作用吹開熔渣,利于氣體的排出。在爐溫很高時,可以在提槍的同時適當加一些石灰,稠化熔渣,有時對抑制噴濺也有作用,但加入量不宜過多。最重要的是確保FeO的生成和消耗達到平衡,使反應平穩(wěn)進行。

      5.11 終點控制

      吹煉到11~12 min之間,點動提爐罩判斷溫度,溫度高時可根據(jù)爐型控制要求適當提高槍位,補加白云石或礦石調(diào)溫。降槍前必須把槍位吊到1.8~2 m,讓爐渣最大限度熔化。根據(jù)上一爐的冶煉時間,分2~3次把槍位降到1.2 m的基本槍位,如果火焰發(fā)硬或碳比較高時,可以先降到1.3 m,待火焰發(fā)軟后再降到1.2 m,防止燒搶事故,確保降槍時間大于50 s,降槍時間從降到1.3 m開始計算。倒爐溫度控制在1620~1660 ℃,倒爐[C](用碳硫儀分析)為0.13%~0.30%,倒爐[P]≤0.030%。

      5.12 余錳及合金配加

      每爐鋼終點樣必須化驗鋼中余錳,爐長、合金工必須了解上爐鋼余錳,一定要關(guān)注出鋼量,尤其是大噴的爐次,合金的配加按中下限配加。

      5.13 爐型控制

      高Si鐵水冶煉的難點是控制噴濺,要控制好噴濺必須控制好爐型和金屬液面,用高Si鐵水冶煉時,我們把金屬液面下降100 mm,努力將熔池液面直徑控制在8000~8200 mm之間,從而增加了爐容比,同時保證溶池腰部有一定的弧度,爐底形成鍋底狀,使噴濺得到有效控制。

      6 取得效果

      通過以上措施,使高Si鐵水煉鋼順利進行,用高Si鐵水煉鋼 566爐,產(chǎn)生噴濺72爐,占總數(shù)12.7%,大噴的23爐,占總數(shù)的4%,噴濺率與冶煉正常鐵水相當,各項經(jīng)濟技術(shù)指標都達到滿意的效果,事故得到有效的控制,高Si鐵水冶煉操作取得了很大進步,尤其是操作工人得到很好的鍛煉。

      7 結(jié)語

      為了解決100 t轉(zhuǎn)爐采用高Si鐵水煉鋼的噴濺問題,分析了硅氧化的基本原理和爆發(fā)性噴濺產(chǎn)生的原因,介紹了水鋼100 t轉(zhuǎn)爐采用高Si鐵水煉鋼的操作方法,有效地控制了高Si鐵水煉鋼的噴濺,使煉鋼順利進行。

      參考文獻:

      [1] 苑學禮. 鐵水[Si]含量對煉鋼操作的影響[J]. 天津冶金,2001,99(1):37-39.

      [2] 張錦興,田寶義. 轉(zhuǎn)爐高硅高鈦鐵水冶煉工藝優(yōu)化[J]. 河北冶金,2015,234(6):35-37.

      [3] 黃志勇,顏根發(fā),左都偉,等. 轉(zhuǎn)爐爐渣噴濺的機理及預防措施[J]. 金屬材料與冶金工程,2008,36(3):12-32.

      [4] 楊 波,李 俊. 50 t轉(zhuǎn)爐前期噴濺控制[J]. 山東冶金,2013,35(4):66-67.

      [5] 鄒 韜,陳嘉穎. 關(guān)于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中噴濺現(xiàn)象的分析[J]. 上海金屬,2004,26(2):32-35.

      [6] 鄭 杰. 萊鋼90 t轉(zhuǎn)爐噴濺原因分析與對策[J]. 山東冶金,2011,33(3):12-13.

      [7] 王三忠,李文山,呂 亞. 轉(zhuǎn)爐煉鋼噴濺的控制及預防措施[J]. 河南冶金,2009,17(4):32-34.

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