鞍鋼技術(shù)辦刊成果

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鞍鋼260 t轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)技術(shù)

朱國強，王鵬，張志文，毛志勇，李冰，宋宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要：為了解決鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t 轉(zhuǎn)爐冶煉周期長，影響產(chǎn)能的問題，優(yōu)化了氧槍噴頭參數(shù)、氧槍控制方案和出鋼口尺寸。實踐表明，采取措施后，轉(zhuǎn)爐的冶煉周期縮短了4.22 min，氧耗、終渣氧化鐵含量等指標得到改善，達到了轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)的目的。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；冶煉周期；氧槍；出鋼口

近年來，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)大力推行結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 煉鋼生產(chǎn)正在向?qū)崿F(xiàn)緊湊式連續(xù)化的專業(yè)生產(chǎn)線、實現(xiàn)高效率快節(jié)奏的生產(chǎn)工藝、進一步提高鋼水的潔凈度、實現(xiàn)生產(chǎn)和管理智能化、降低消耗和污染的方向發(fā)展［1］。轉(zhuǎn)爐冶煉周期是衡量轉(zhuǎn)爐煉鋼水平的綜合技術(shù)指標之一，與轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量、煉鋼操作工藝、鋼水質(zhì)量以及設備作業(yè)率緊密聯(lián)系［2］。目前，轉(zhuǎn)爐冶煉周期世界先進水平已達20~25 min，國內(nèi)先進水平也達到30 min左右［3］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3# 鑄機正式投產(chǎn)后， 形成了3 座轉(zhuǎn)爐兌3 臺鑄機的生產(chǎn)局面，轉(zhuǎn)爐冶煉周期為42~44 min，煉鋼工序成了產(chǎn)能限制環(huán)節(jié)。因此，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，實現(xiàn)高效化生產(chǎn)， 其意義已不僅僅是優(yōu)化轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟指標，更重要的是實現(xiàn)全連鑄的爐機匹配，保證煉鋼系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定、均衡和順行。為了解決這個問題，分析了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐技術(shù)裝備，通過優(yōu)化氧槍噴頭參數(shù)和出鋼口尺寸，縮短了轉(zhuǎn)爐的冶煉周期，達到了轉(zhuǎn)爐高效低成本生產(chǎn)的目的。

1 轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t 轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 轉(zhuǎn)爐提效限制環(huán)節(jié)分析

2.1 氧槍供氧強度

四分廠以冶煉汽車鋼和低碳鋼種為主， 鋼種磷含量非常低， 轉(zhuǎn)爐供氧量要求47 000 ～53 700 m3/h，最大供氧量為59 000 m3/h，最小供氧量為40 000 m3/h。副槍過程測試時，調(diào)整氧氣流量為20 000～30 000 m3/h。而氧槍設計時偏向于軟吹脫磷型，氧氣流量為51 000 m3/h。供氧強度不能完全達到實際要求，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

2.2 氧槍槍位

生產(chǎn)低磷IF 鋼時，由于鋼種含磷量最低時要求≤0.010%， 需要長時間的高槍位吹氧增加渣中FeO 含量來達到滿足低磷含量的要求， 槍位最高時達到320 cm，達不到一定的沖擊深度，供氧時間偏長，影響了轉(zhuǎn)爐冶煉周期。

2.3 出鋼時間

轉(zhuǎn)爐冶煉周期包括吹煉時間和輔助時間（包括兌鐵、出鋼、濺渣、等待等）兩部分。長期以來，國內(nèi)鋼廠偏重于提高供氧強度，縮短吹煉時間，卻忽視了縮短輔助時間的重要性。日本轉(zhuǎn)爐吹煉時間與輔助時間之比基本上為1∶1。而我國傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉周期中，吹煉時間和輔助時間之比長達1∶（1.3～1.5）［3］。四分廠吹煉時間為13.5～15.0 min，但是輔助時間為23~27 min，吹煉時間和輔助時間之比高達1:1.7，所以，有必要縮短輔助時間。

四分廠原使用內(nèi)徑160~165 mm 的出鋼口，尺寸偏?。闈M足提高出鋼口壽命而設計）。圖1為出鋼時間散點圖。從圖1 可以看出，新下出鋼口前5 爐出鋼時間最長，達到11 min，前40 爐出鋼時間都在8 min 以上。圖1 中統(tǒng)計爐數(shù)平均出鋼時間7.7 min，適宜的出鋼時間為5~6 min，導致鋼水溫降較大，嚴重制約產(chǎn)能，且浪費生產(chǎn)成本。

3 轉(zhuǎn)爐提效措施

3.1 轉(zhuǎn)爐高效供氧技術(shù)

3.1.1 氧槍噴頭優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐高效吹氧的關(guān)鍵是選擇合理的氧槍噴頭參數(shù)、制定正確的供氧制度、造渣制度，既縮短轉(zhuǎn)爐吹氧時間提高鋼產(chǎn)量， 又能適當改善轉(zhuǎn)爐的其它技術(shù)經(jīng)濟指標，其中供氧強度指標尤為關(guān)鍵。在設計氧槍噴頭時要注意以下原則：

（1） 在一定的操作氧壓和槍位條件下， 為吹煉提供所需的供氧強度， 使氧氣射流獲得較大的動能，以達到合適的穿透深度，攪拌均勻熔池的同時又不致引起較大的噴濺。為此，要求正確設計工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸，并要求氧氣射流沿軸線的衰減應盡可能慢。

（2） 在合適的槍位下， 氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應區(qū)，保證熔池反應均勻，對爐襯侵蝕小且均勻。尤其對多孔噴槍，要求各股氧氣射流到達熔池面上時不匯合，能形成多個反應區(qū)。

（3） 噴頭的結(jié)構(gòu)合理、簡單，氧氣射流沿著氧槍軸線不出現(xiàn)負壓區(qū)和過強的湍流運動。供氧強度的大小應根據(jù)轉(zhuǎn)爐的設計噸位、爐容比來確定。供氧強度過大， 容易造成嚴重的噴濺，供氧強度過小，則將延長轉(zhuǎn)爐吹煉時間。通常在不產(chǎn)生噴濺的情況下， 盡可能采用較大的供氧強度。供氧壓力應保證使射流出口速度達到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力，這樣才能獲得有效動量最大和最佳性能的射流。四分廠氧槍原吹氧流量采用51 000 m3/h，平均吹氧時間為15 min 左右，吹氧時氧槍支管壓力為1.0 MPa。在爐渣“返干”劇烈時期由于支管壓力偏大，吹煉火焰持續(xù)外溢，影響爐渣狀態(tài)的判斷和爐底的維護工作，因此對氧槍噴頭喉口、馬赫數(shù)等參數(shù)進行了優(yōu)化。優(yōu)化前后的氧槍噴頭參數(shù)見表2。

3.1.2 氧槍控制方案優(yōu)化

優(yōu)化后的氧槍控制方案采取了恒壓變槍操作，氧槍流量提高到53 700 m3/h。轉(zhuǎn)爐吹煉周期槍位遵循高-低-高-低-低原則。開吹槍位設定260 cm，下槍吹氧。第一批渣料加入結(jié)束至吹煉3 min,槍位260 cm，利于迅速成渣，創(chuàng)造前期脫磷條件；第二批渣料加入結(jié)束至吹煉5.5 min，將氧槍槍位降低到220 cm，加大熔池攪拌強度將造渣料化透； 吹煉6 min 后將氧槍抬高到260~280 cm防止爐渣出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象，穩(wěn)定脫磷效率；吹煉后期槍位適當降低，提高金屬收得率，降低鋼水氧化性；終點拉碳槍位設定為210 cm，便于穩(wěn)定火焰以利于判斷終點，提高終點命中率。

前期底吹流量適當調(diào)大， 有助于前期化渣和熔池快速升溫。吹煉8 min 左右進入“返干”期，爐渣中FeO 含量低， 此時將底吹流量適當調(diào)小有助于緩解“返干”現(xiàn)象的發(fā)生，提高脫磷效率。吹煉后期將底吹流量調(diào)大，有助于碳氧反應趨于平衡。終點抬槍后底吹流量達到最大，有利于降低鋼中氧，提高金屬收得率。

3.2 轉(zhuǎn)爐高效出鋼技術(shù)

四分廠目前采用擋渣鏢擋渣。在出鋼過程中，當鋼水出到2/3 時， 用擋渣鏢投放小車將擋渣鏢投入到出鋼口上方， 擋渣鏢鏢桿隨鋼水旋窩對準出鋼口并定位，同時破壞出鋼渦流卷渣，當鋼水將要出盡時，擋渣鏢堵住出鋼口，阻止爐內(nèi)熔渣流入鋼包。剩余鋼水則從鏢頭上的小槽中流凈，完成擋渣操作。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，當液面下降到一定高度時發(fā)生渦流卷渣。此時原本向出鋼口中心線匯流而出的流體質(zhì)點在徑向某處開始疊加切向速度（角速度）， 使其跡線越來越偏離徑向而逐漸演變成圍繞中心線的旋轉(zhuǎn)流動，致使渦芯卷渣而下。所以在增大出鋼口尺寸設計時，必須考慮卷渣問題。

針對四分廠轉(zhuǎn)爐出鋼時間長的問題， 在保證不降低轉(zhuǎn)爐擋渣成功率的同時， 研究設計了4 種增大內(nèi)徑的新型出鋼口， 出鋼前擋渣使用配套的泥質(zhì)擋渣塞，然后分別進行上線試驗跟蹤。不同內(nèi)徑的出鋼口試驗結(jié)果指標對比見表3。

在試驗對比中， 考慮到出鋼口使用壽命并結(jié)合出鋼時間分布情況認為， 內(nèi)徑170~180 mm 型出鋼口各項指標穩(wěn)定， 平均出鋼時間比以前縮短1.84 min。配合使用泥質(zhì)前擋渣塞，結(jié)果表明回磷量等控制穩(wěn)定，平均出鋼溫降減少2.29 ℃。試驗結(jié)果滿足生產(chǎn)要求，因此最終確定采用內(nèi)徑為170~180 mm 的出鋼口。

4 轉(zhuǎn)爐提效生產(chǎn)實踐及效果評價

4.1 氧槍優(yōu)化后效果

氧槍優(yōu)化前后指標對比見表4。由表4 可以看出，優(yōu)化后，供氧強度提高，在實際生產(chǎn)402 爐有效數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)爐平均吹氧時間縮短1.48 min。濺渣時氧氣流量大，起渣快，達到過去相同效果的情況下，可節(jié)約濺渣時間0.9 min。轉(zhuǎn)爐氧耗和氮耗指標都有不同程度的降低，降低了轉(zhuǎn)爐能源消耗。氧槍優(yōu)化后，轉(zhuǎn)爐終渣FeO 含量降低了2%左右，說明隨著轉(zhuǎn)爐供氧強度的提高， 轉(zhuǎn)爐吹損有所降低，金屬收得率得到提高。

4.2 轉(zhuǎn)爐出鋼優(yōu)化后效果

使用170~180 mm 內(nèi)徑的出鋼口后， 平均出鋼時間比原來縮短1.84 min， 出鋼平均溫降減小2.29 ℃，后道工序回磷量指標基本沒有變化，而且出鋼口壽命也達到了原有水平， 沒有因為增大內(nèi)徑而降低出鋼口使用壽命。

5 結(jié)語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t 轉(zhuǎn)爐煉鋼周期長的實際情況，優(yōu)化了氧槍噴頭參數(shù)和轉(zhuǎn)爐出鋼口內(nèi)徑， 調(diào)整了氧槍操作制度。氧槍噴頭參數(shù)優(yōu)化后， 供氧強度由3.40 m3/（t·min）提高到3.58 m3/（t·min），平均吹煉時間縮短了1.48 min。濺渣時流量大，起渣快，平均濺渣時間縮短0.9 min。采用內(nèi)徑170~180 mm的出鋼口，平均出鋼時間縮短1.84 min。最終轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短了4.22 min，控制在38 min 左右。結(jié)合出鋼前擋渣，轉(zhuǎn)爐回磷量等各項指標控制穩(wěn)定，達到了轉(zhuǎn)爐高效生產(chǎn)的目的。

參考文獻

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　　全景網(wǎng)6月25日訊 鞍鋼股份(000898)6月25日晚間公布，公司擬向鞍鋼氣體增資3138.73萬元，折合注冊資本3000萬元，占增資后鞍鋼氣體注冊資本總額的60%。

公司稱，增資入股鞍鋼氣體，有利于推進公司氣體能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升公司氣體、能源等富余資源的創(chuàng)效價值。（全景網(wǎng)）