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      降低轉(zhuǎn)爐鐵水單耗實(shí)踐

      2019-11-27 11:44:06賀勁松
      智富時(shí)代 2019年9期

      賀勁松

      【摘 要】本文通過(guò)轉(zhuǎn)爐熱平衡計(jì)算,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)合理的制定各項(xiàng)降低鐵鋼比的一些措施,也涉及到在降低鐵鋼比過(guò)程中出現(xiàn)的一些實(shí)際問(wèn)題及解決方案。通過(guò)這些措施湘鋼某廠鐵水單耗從870Kg/噸降至目前的810Kg/t鋼。

      【關(guān)鍵詞】鐵水單耗;熱平衡;廢鋼比

      1、引言

      在全國(guó)正在淘汰鋼鐵企業(yè)落后產(chǎn)能的大環(huán)境下,國(guó)內(nèi)廢鋼資源比較充裕,提高廢鋼比降低鐵水單耗有利于鋼鐵企業(yè)大幅降低綜合能耗,提高廢舊物資的回收利用效率,具有可觀的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。

      由于公司高爐產(chǎn)能長(zhǎng)期小于煉鋼的產(chǎn)能,廢鋼比一直比較低,產(chǎn)量嚴(yán)重受限,處于微利狀態(tài)。2018年提出鐵水單耗必須降低至820Kg/t鋼以?xún)?nèi)。為此從兩方面開(kāi)始進(jìn)行攻關(guān):一方面通過(guò)熱平衡計(jì)算,制定合理的裝入制度、溫度制度、爐內(nèi)加入發(fā)熱劑等措施;另一方面通過(guò)通過(guò)改進(jìn)廢鋼尺寸,對(duì)廢鋼槽進(jìn)行擴(kuò)容,鐵水罐加入干燥的清潔廢鋼等方措施,使得鐵水單耗從870Kg/噸降至目前的810Kg/t鋼,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

      2、熱平衡計(jì)算

      2.1初始條件

      為給降低鐵水單耗提供理論支持,按照目前按照已有的鐵水初始條件進(jìn)行設(shè)定(冶煉過(guò)程不加入螢石、石灰石及礦石),選100kg鐵水進(jìn)行熱平衡計(jì)算:

      2.2熱收入項(xiàng)

      (1)鐵水物理熱

      鐵水熔點(diǎn):=1536-([C]%×100+[Si]%×8+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25)-7

      式中100、8、5、30、25分別為C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低鐵水熔點(diǎn)值;7為氣體O2、H2、N2共降低鐵水熔點(diǎn)值;1536℃為純鐵熔點(diǎn).

      鐵水熔點(diǎn)=1536-(5×100+0.6×8+0.35×5+0.12×30+0.06×25)-7=1017.0℃

      鐵水物理熱=100×[0.178×(1017-30)+52+0.20×1330-1017]=27360千卡

      (2)鐵水中各元素氧化放熱及成渣熱

      C→CO 4.428×2616.9=11587.63千卡

      C→CO2 0.492×8250.7=4059.34千卡

      Si→SiO2 0.6×6767.2=4060.32千卡

      Mn→MnO 0.23×1677.9=385.92千卡

      FE→FeO 0.576×1150.5=662.58千卡

      FE→Fe2O3 0.207×1758.1=364.50千卡

      P→P2O5 0.105×4522.6=474.87千卡

      P2O5→4CaO·P2O5 0.240×1162.1=279.47千卡

      SiO2→2CaO·SiO2 1.299×495=643.13千卡

      共計(jì):=22517.76106千卡

      (3)煙塵氧化放熱

      =1.6×(0.77×56/72×1150.5+0.2×112/160×1758.1)=1496.249067千卡

      則熱收入總量為:27360+22517.7611+1496.2491=51374.01013千卡

      注:對(duì)于爐襯中的C、原料中的P,其氧化放熱甚少,故忽略之。

      2.3熱支出項(xiàng)

      (1)鋼水物理熱

      鋼水水熔點(diǎn):=1536-([C]%×65+[Mn]%×5+[P]%×30+[S]%×25)-7

      =1536-(0.08×65+0.12×5+0.015×30+0.038×25)-7=1522.0℃

      式中65、5、30、25分別為鋼中元素C、Mn、P、S增加1%時(shí)鋼水熔點(diǎn)的降低值?!?/p>

      出鋼溫度選定:由于該廠所有鋼種全部經(jīng)過(guò)鋼包爐精煉后上臺(tái)澆鑄,故轉(zhuǎn)爐出鋼溫度可以適當(dāng)降低,根據(jù)實(shí)際情況,目標(biāo)出鋼溫度按照1590℃進(jìn)行設(shè)定。

      則鋼水物理熱=91.1516×[0.167×(1522-25)+65+0.2×(1590-1522)]=29952.33152千卡

      (2)爐渣物理熱:

      取終點(diǎn)爐渣溫度與鋼水溫度相同,即1590℃

      故爐渣物理熱=7.4045×[0.298×(1590-25)+50]=3693.520061千卡

      (3)礦石分解吸熱:0千卡

      (4)CaCO3分解吸熱:=0千卡

      (5)煙塵物理熱:

      1.6×[0.238×(1350-30)+50]=546.08千卡

      (6)爐氣物理熱:

      =(8.3076×0.349+1.4324)×1350=5847.881117千卡

      (7)渣中鐵珠物理熱:

      0.0059×[0.167×(1522-25)+65+0.2×(1590-1522)]=1.946492921千卡

      (8)噴濺金屬物理熱:

      1×[0.167×(1522-25)+65+0.2×(1590-1522)]=328.599千卡

      (9)白云石分解吸熱:

      取生白云石中的CaCO3在1183K分解,MgCO3在750K分解,經(jīng)過(guò)計(jì)算,生白云石的分解吸熱為1.8×340=612千卡

      上述各項(xiàng)熱支出量為:

      29952.3+3693.5+0+0+546.1+5847.9+1.9+328.6+612=40982.3582千卡

      (10)剩余熱量:

      吹煉過(guò)程轉(zhuǎn)爐熱輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)、傳熱以及冷卻等帶走的熱量,與爐容量小,操作等因素有關(guān),一般為總收入熱量的3~8%,本計(jì)算取

      本計(jì)算取3%,故熱損失為51374×0.03=1541.220304千卡

      則剩余熱量為:51374-40982.4-1541.2=8850.431627千卡

      (11)廢鋼加入量:

      1公斤廢鋼吸收熱量為:

      =1×[0.167×(1522-25)+65+0.2×(1590-1522)]=328.599千卡

      則可加入的廢鋼量為:8850.4/328.6=26.934公斤,即廢鋼比為:26.934/(100+26.934)×100%=26.93%

      按照我廠轉(zhuǎn)爐金屬收得率0.93,廢鋼比26.93%進(jìn)行估算,

      鐵水比約為100/(100+26.93)/0.93=847Kg/t

      2.4熱平衡表

      熱量收支平衡見(jiàn)下表:

      熱效率=(鋼水物理熱+廢鋼物理熱+爐渣物理熱)/熱收入總量

      =29952.3315245324+3693.52006101581+8850.43162716069)/51374.01×100%

      =82.72%

      要進(jìn)一步降低鐵耗,需要在廢鋼中加入生鐵或爐內(nèi)加入升溫劑。

      3、降低鐵鋼比的具體措施

      3.1降低出鋼溫度

      由轉(zhuǎn)爐熱平衡計(jì)算結(jié)果可知:鋼液帶走的物理熱占熱量總支出的70%以上,適度降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水溫度以節(jié)余部分熱量支出。降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有利于降低鋼水的氧化性、保護(hù)爐襯,有利于轉(zhuǎn)爐操作,但是要采取鋼水提溫、控溫措施以保證鋼水順利連澆。分析認(rèn)為,煉鋼生產(chǎn)工藝變化如下:考慮到LF加熱能力(平均3.5℃/min)、上下工序生產(chǎn)節(jié)奏的控制、規(guī)模效應(yīng)(產(chǎn)量可以攤薄設(shè)備折舊及管理費(fèi)用)及加熱成本(主要包括石墨電極和電能消耗),重新制定新的出鋼溫度制度:

      在鋼水過(guò)程溫控方面采取措施保障生產(chǎn)順行,包括限定鋼包投用數(shù)量、完善鋼包在線(xiàn)烘烤制度、中間包覆蓋劑提質(zhì)、砌筑高質(zhì)量隔熱層等。實(shí)踐表明,轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低10℃,可提高轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗12~15kg/t。

      3.2爐內(nèi)加入焦粉

      提高廢鋼比后,爐內(nèi)熱量無(wú)法平衡,而錳、硅、鈦等發(fā)熱元素含量極低,造成冶廢鋼比很難進(jìn)一步提高,因此考慮使用焦粉進(jìn)行熱量補(bǔ)償。使用焦粉的36爐數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析(核算方法:非低碳鋼爐次平均數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),利用增量模型方法核算出不加焦粉的終點(diǎn)預(yù)估溫度,然后和加了焦粉的爐次實(shí)際終點(diǎn)結(jié)果比對(duì),計(jì)算出焦粉升溫結(jié)果):

      通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出如下結(jié)果:

      (1)不考慮爐次數(shù)據(jù)異常直接計(jì)算,每1000Kg焦粉升溫42℃;剔除升溫為負(fù)值(8爐占比22.22%)及換算為1000Kg后升溫>50℃的爐次(13爐占比36%)后其余爐次每1000Kg焦粉升溫32℃。

      (2)按照每爐加入焦粉1000Kg,150t鋼水理論將增碳:1000*80%/150000=0.53%;按理論0.01%的碳升溫1℃來(lái)看,焦粉在爐內(nèi)升溫的效率為32/53=60%。

      3.3廢鋼中加入生鐵塊

      提高廢鋼比后,為平衡轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)熱量,廢鋼中增加生鐵塊加入量的措施來(lái)減緩鐵水緊張的問(wèn)題。生鐵塊平均成分如下:

      隨著生鐵塊的熔化釋放出一定量的硅元素,硅是主要的發(fā)熱元素之一,然而生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程不易控制,造成爐口溢渣,噴濺嚴(yán)重,終點(diǎn)命中率低等問(wèn)題。在一定程度上彌補(bǔ)了一些溫度的損失。

      3.3.1 對(duì)吹煉過(guò)程的影響

      隨著廢鋼和生鐵塊的增加,一方面使前期降低了廢鋼及石灰的熔化速度變慢,熔池長(zhǎng)時(shí)間處于低溫狀態(tài),生鐵塊易堆積,熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度低,降低了廢鋼的熱傳導(dǎo)能力,從而減緩了廢鋼的熔化速度。另一方面,加入生鐵塊后熔池一直處于低溫低堿度狀態(tài),爐襯侵蝕嚴(yán)重,SiO2聚集較多,石灰表層的CaO很容易與SiO2反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的2CaO·SiO2附著在表面,阻礙石灰進(jìn)一步熔化。中期開(kāi)始生鐵塊逐漸熔化,熔池溫度急劇上升,如果槍位控制不好,既容易發(fā)生返干噴濺,又容易發(fā)生泡沫噴濺,對(duì)轉(zhuǎn)爐成渣過(guò)程有不利影響,影響脫磷反應(yīng)。生鐵塊的加入使得轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)控制波動(dòng)比較大,脫磷率低。首先,終點(diǎn)溫度不容易控制,終點(diǎn)升溫速度比一般升溫速度低很多。此外對(duì)于要求碳含量低的鋼種(管線(xiàn)鋼等),終點(diǎn)碳可能會(huì)偏高,就是因?yàn)樯F塊未熔化完全造成的。

      3.3.2 提高生鐵加入后的控制措施

      針對(duì)前期溫度低造成低溫溢渣的情況,主要采取濺渣后或下一爐加完廢鋼后加入一批500~1000kg的焦粉彌冶煉補(bǔ)前期溫度的不足;此外,可采取降低第一批渣料的加入量,且在第一批料加完后,待基本完全熔化再加入第二批渣料(比正常加入時(shí)機(jī)晚1~2分鐘),避免加入過(guò)早造成爐內(nèi)渣料不能及時(shí)熔化,隨著低溫泡沫渣溢出爐口。

      針對(duì)中后期碳氧爆發(fā)性的反應(yīng)造成的噴濺,主要根據(jù)前爐冶煉槍位變化及音頻化渣曲線(xiàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,采用恒壓變槍位操作(根據(jù)音頻曲線(xiàn)在出現(xiàn)噴濺預(yù)警前來(lái)回竄槍?zhuān)?,保證熔池反應(yīng)平穩(wěn)。若爐口出現(xiàn)明顯的噴濺跡象,則馬上提槍進(jìn)行倒渣操作,避免噴濺造成生產(chǎn)事故及環(huán)境污染。

      3.4提高廢鋼容重

      由于之前所使用的廢鋼已自產(chǎn)廢鋼及外購(gòu)輕薄廢為主,轉(zhuǎn)爐入爐廢鋼的來(lái)源主要是外購(gòu),占比超過(guò)75%。在廢鋼加入時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)卡槽現(xiàn)象。廢鋼的外形尺寸按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制,長(zhǎng)度不允許超過(guò)1500mm,單槽廢鋼重量28~35t,每爐配加1槽廢鋼。隨著轉(zhuǎn)爐廢鋼比的增加,單槽廢鋼重量不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,在方坯與板坯同時(shí)生產(chǎn)時(shí),嘗試安排配加2槽廢鋼,但嚴(yán)重影響煉鋼節(jié)奏。為此,首先進(jìn)行廢鋼料槽增容改造,將料槽長(zhǎng)度前端及后補(bǔ)各增加增加1100mm,經(jīng)過(guò)改造后單槽廢鋼重量做多可裝入46t;其次是把切削屑廢鋼進(jìn)行壓塊處理。裝槽時(shí)盡將重廢及堆密度較大的廢鋼置于槽底,打包壓塊置于槽上部有序堆放。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后,單槽廢鋼重量穩(wěn)定在38~44t,較好地滿(mǎn)足了提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比的要求。

      4、結(jié)束語(yǔ)

      通過(guò)前期大量實(shí)驗(yàn)及摸索后,采取了降低轉(zhuǎn)爐造渣材料消耗、降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、增加焦粉作為發(fā)熱劑、提高廢鋼槽容重等措施后,轉(zhuǎn)爐廢鋼比提高至25%以上,鐵水單耗穩(wěn)定降至810Kg/t以下。

      【參考文獻(xiàn)】

      (1) 吳優(yōu),于峰,程明剛.提高轉(zhuǎn)爐廢鋼比實(shí)踐[J]。鞍鋼技術(shù),2018,5(413):52-54。

      (2) 曹祎哲,武波.生鐵塊加入對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉的影響分析[J].河南冶金,2018,26卷2月第一期

      (3)李彥軍,王瑞軍,翁玉娟, 黃山,張浩宇,張東. 焦丁在半鋼補(bǔ)熱技術(shù)中的試驗(yàn)與應(yīng)用[J].山西冶金。2018,(5):7-10

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