电炉炼钢热装铁水工艺操作探讨*

朱为凯

(江苏苏钢集团有限公司, 江苏 苏州 215151)

电炉炼钢热装铁水工艺操作探讨*

朱为凯

(江苏苏钢集团有限公司, 江苏 苏州 215151)

介绍了江苏苏钢集团有限公司电弧炉热装铁水工艺的现状及操作中存在的问题，对问题的原因进行了分析探讨，并结合生产实际提出了处理方法和建议。

电弧炉; 热装铁水； 耐材消耗； 混铁炉

引 言

世界钢铁工业生产经过长期的发展和选择，形成了两大主要工艺流程：以高炉-氧气转炉炼钢工艺为中心的生产流程，即长流程；以废钢-电炉炼钢为中心的生产流程，即短流程。目前,世界电炉炼钢平均比例已占到粗钢产量的31%以上；由于中国属于发展中国家，废钢资源紧缺，电力供需不平衡，造成电炉炼钢成本较高，从而导致长流程发展过快，而电炉炼钢则呈下降趋势，2008年，电炉炼钢的比例仅有15.5%，远低于世界平均水平。如何通过技术创新、工艺优化解决电炉炼钢现存的问题，促进短流程的进一步发展，应成为广大冶金科技工作者思考的问题。

在这样的大环境下，江苏苏钢集团有限公司(以下简称“苏钢”)勇于探索，从2000年就开始了电炉热装铁水的工艺创新，取得了很好的经济效益，并且缓解了电力能源紧张的情况。苏钢在多年的实际演练操作中，不断分析和总结经验，形成了比较成熟的工艺操作制度；于2009年年初，为缓解废钢采购困难以及充分消化厂内铁水资源，试验了在100 t电炉中热装铁水80～95 t,实现了零电耗的冶炼，并获得较好的经济效益和更强的市场竞争优势。

1 工艺现状

根据中国现有的炼钢资源的国情，在电炉转炉化的转换进程中，苏钢率先实现了电炉零电耗的冶炼工艺，积累了大量的操作经验。但是，在实践操作中仍存在以下几个问题，有待探讨和改进：

(1)炉门跑钢：当炉中加入铁水达到80%～85%后,易发生较为突出的炉门跑钢现象。

(2)电炉炉温难以控制：由于装入铁水量大，其相应的配碳量也大，故而电炉出钢的温度较难控制，温度过高易发生穿滑板等生产事故，从而损坏设备，打乱生产节奏，影响生产；

(3)耐材消耗大：由于铁水装入量的增加，电炉炉体的耐材的消耗有所增加。这不仅增加了生产成本，而且由于频繁的换炉，也增加了人工成本，降低了电炉生产的作业率；

(4)时间难以控制：由于铁水加入量的增多，铁水加入的时间控制，也存在着一定的问题；在兑铁水的过程中会产生大量的烟尘，影响电炉的现场环境；

(5)流渣增加：有时铁水温度偏低，w(P),w(Si)偏高，导致炼钢过程流渣多，带走热量多，跑钢现象亦相应增加。

2 工艺改进与操作改善的建议

2.1 对铁水的要求

2.1.1 三种元素的氧化反应

在电炉冶炼过程中,对氧化反应的控制能力主要体现在w(C),w(Si),w(P)的控制上。氧化反应式如下：

(1)碳的氧化

氧气直接氧化:C+1/2 O2=CO；

溶解氧间接氧化:C+1/2 O2=CO；

一个在破坏，另一个在创造； 一个“乱扔靴子”，另一个则(默默地)把它扶起来，放回原处。 两种“瘙痒”。 问题就在于，存在着两种“瘙痒”，而世界就建筑在“两”上。[2]493

熔渣的FeO与碳氧化:C+FeO=CO+Fe。

(2)硅的氧化

钢液中的硅主要在钢液界面上反应。反应由下两阶段组成:

2FeO=O2+2Fe、Si+O2=SiO2

Si+2FeO=SiO2+2Fe

(3) 磷的氧化

5FeO=5/2O2+5Fe, 2P+5/2O2=P2O5

P2O5+4CaO=4CaO·P2O5,2P+5FeO+4CaO=4CaO·P2O5+5Fe

(1)铁水温度：铁水温度高，可使炉料加快熔化，因此铁水温度应大于1 200 ℃。

(2)控制元素含量：硅、锰含量增加可以使铁水化学能增加，但导致渣量增加；较高的硅、锰含量将使氧化放热过程升温速度加快，且渣中w(FeO)降低，不利于脱磷。而磷、硫含量增加将增加冶炼负担。所以，入炉铁水中硅、锰含量应适中，磷、硫含量应较低，其成分应控制为：w(Si)=0.65 %～0.40 %，w(P)≤0.070 %,w(S)≤0.060 %。

铁水中的硅含量对冶炼过程的影响尤其突出，需要控制在合理的范围内，其原因为：

①根据Si的氧化方程式和实践可知，由于硅和磷均在较低温度下氧化,所以必须降低铁水中w(Si),以利于低温脱磷；

②由于Si是在电炉冶炼的前期与氧发生反应，会产生大量的炉渣；随着大量炉渣的涌出，必然会带出反应中的钢水，从而导致炉门跑钢现象；

③w(Si)过高也必然引起电炉冶炼周期的延长，由于在炼钢过程中O2先与Si反应，从而延长了冶炼的周期。苏钢电炉2010年4月份至6月份的冶炼数据统计如表1所示。从表上可看出，w(Si)在0.65%～0.40%为最佳,若w(Si)低于0.40%,则炉温偏低，影响出钢。

表1 冶炼数据统计表

④w(Si)过高其产生的热量也高，故而使钢水温度过高，加剧了对电炉炉体耐材的侵蚀，降低炉体寿命，进而污染钢水，影响钢水纯净度。同时也易引起返干现象，致使冶炼过程中的钢渣飞溅，易造成炉盖结死和加料管堵塞等问题，严重影响生产周期和电炉生产现场的清洁。

(3) 稳定铁水温度：建议增加1座混铁炉，用以均匀铁水的温度，防止铁水在铁水包中的温降，在电炉需要时及时送到，从而实现JIT生产方式。

(4)铁水预处理：对铁水进行预处理，降低铁水中P，S等有害元素的含量，稳定铁水成分，从而稳定单炉铁水装入量，进而提高电炉作业效率，实现标准化作业。

2.2 操作过程的改进

(1)严格执行铁水的装入制度，制定标准化作业程序。冶炼过程中适当摇高炉体，或适当提高炉门坎的高度；

(2)严格执行炉门坎的清理制度，做到次数少，清理精；

(3)严格执行吹氧制度，做到均衡用氧，防止出现返干现象和局部过氧化产生的大沸腾，避免重大事故的发生；

(4)提高炉门枪的使用效率，适当缩短枪口与钢水液面的距离，从而取得最佳的吹氧深度；

(5)在渣料中加入白云石,使炉渣中w(MgO)大于5.0%,可以有效地减缓热装炉次对炉体耐材的侵蚀；

(6)统计、分析有关数据，制定严格、精准的冶炼标准化操作制度，从而提高冶炼速度和钢水质量；

(7)在炉门口试用双孔氧枪，增大供氧量，使氧气射流舒缓，可以减轻炉门区域的耐材侵蚀，提高氧气利用率，利于造泡沫渣；

(8)在冶炼过程中，分析废气中氧的含量，依此制定分阶段的供氧制度，控制钢液过氧化，提高氧气利用率。

3 结束语

目前，苏钢已在热装铁水方面取得了很好的经济效益和较成熟的操作工艺，为苏钢的优、特钢产品生产打下了良好的基础。

[1] 张承武.炼钢学[M].北京:冶金工业出版社，1991.

[2] 马廷温.电炉炼钢学[M].北京:冶金工业出版社，1990.

2014-12-07

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