120 t转炉经济炉龄炉衬维护工艺优化

2017-12-21宁知常

山东冶金 2017年5期

关键词：炉衬铁块炉渣

宁知常

（山钢股份济南分公司炼钢厂，山东济南250101）

120 t转炉经济炉龄炉衬维护工艺优化

宁知常

（山钢股份济南分公司炼钢厂，山东济南250101）

通过炉渣成分的控制，采取反复间歇式吹入高压氮气的溅渣护炉技术，优化溅渣护炉模式；采用铁块渣补的方式护炉；优化转炉底吹系统和留渣操作，降低了终点碳氧积，降低了终点渣样中（TFe）含量，减少了渣中的金属损失，提高了金属收得率。经济炉龄的炉衬维护工艺降低了石灰、镁质熔剂、耐材等消耗，吨钢约节省费用1.728元/t。

转炉；炉衬维护；经济炉龄；溅渣护炉

1 前言

目前，国内外钢材市场普遍不景气，国内钢铁主业更是持续亏损，炼钢厂不得不重新审视过去的工艺、方法、措施。过去，转炉炉龄一直是重要的技术经济指标，但是炉役后期，炉况维护的成本高，烟道、下料口等水冷设备经常漏水，给安全带来了一定的隐患。鉴于目前生产任务不重，提出了经济炉龄的概念［1］，“高炉龄不一定高效益”开始被大家接受。经济炉龄在10 000炉左右，耐火材料实施吨钢整体承包，这就极大降低了镁球、轻烧白云石等耐火材料的消耗，又能保证较好的底吹效果，控制炉衬内型，最大程度发挥复吹转炉的冶金效果，同时顶底复吹工艺对品种钢尤其是低碳钢种的生产提供了有力保障。

2 工艺优化实施内容

2.1 溅渣护炉模式的优化

2.1.1 炉渣成分控制

采用溅渣护炉技术，冶炼过程中对炉渣调整的目的是为了减少炉渣对炉衬的化学侵蚀，在不影响脱磷、脱硫反应进行的条件下，合理控制终渣MgO含量，使终渣满足溅渣护炉的要求。终渣成分决定了炉渣的耐火度和黏度。影响终渣耐火度的主要成分是MgO、TFe和碱度（CaO/SiO2）。碱度和氧化铁含量是由原料和钢种决定的，其中氧化铁变化范围较大（取决于终点拉碳程度）。为使溅渣层有足够的耐火度，主要措施是调整渣中MgO含量。

工艺规程规定：终渣MgO控制在8.0%～12%范围内，碱度控制在3.0～3.5。大部分情况下，采用直接溅渣法，出钢后不调渣，个别高温钢或后吹钢（钢水终点[C]＜0.04%）采用镁球改质剂调渣后再溅渣。炉渣实际典型成分见表1。

表1 溅渣护炉终渣成分

对表1炉渣的岩相分析可知，渣中以C2S、C3S为主相，同时含有较多的MgO细晶及未熔的MgO颗粒，因此炉渣的特点是：碱度（CaO/SiO2）较高，（MgO）含量较高，均达到了饱和；TFe含量变化较大。

冶炼过程中，根据铁水成分、温度、铁水比例及自动化模型计算结果，合理控制石灰、白云石、镁球等的加入数量，保证炉渣成分［2］。终点拉后吹、FeO含量高、流动性高时，再通过改质剂调渣，增加渣中（MgO）含量，降低渣中TFe含量，从而保证了溅渣护炉效果。

2.1.2 减缓熔池部位炉衬侵蚀的溅渣方法

采用间歇式开氮气“浪涌”溅渣护炉技术［3］，其特征是，溅渣完毕，具有一定黏度、耐火度的终渣，经过氧枪高枪位反复间歇式吹入高压氮气后，炉渣受到氮气的挤压和冲击，呈波浪形被排挤到熔池周围，敷着在熔池炉衬上，形成“溅渣层”，有效保护了炉衬，延缓了熔池的侵蚀速度。本方法无需增加专用设备，无需延长补炉时间，无需增加劳动强度和喷补料消耗，可有效延缓熔池的侵蚀速度，而且不影响炼钢生产节奏，不增加生产成本，使转炉炉衬各部位均衡侵蚀，尽量保持炉衬寿命同步。

高枪位是指，溅渣完毕后，将氧枪操作模式由“生产模式”切换为“检修模式”，将氧枪枪位降至较正常溅渣枪位高1～1.5 m的位置；“反复间歇式吹入高压氮气”是指，在“手动”控制模式下打开溅渣氮气切断阀，利用开阀瞬间氮气压力高、流量大、对炉渣冲击排挤作用大的特点，持续吹氮气5～10 s后关闭氮气快速切断阀，并调整氧枪至合适位置，间隔4～8 s后重新开阀吹溅；重复开关氮气切断阀操作4～6次。

2.2 铁块渣补护炉

利用铁块将转炉渣快速冻结在需要垫补的部位，由于铁块与炉渣的粘合性，使垫补的部位在摇炉过程中多次挂渣。使用转炉铁块渣补法时，确认转炉渣面需要垫补的部位后，补炉的前一炉调好炉渣，达到补炉的炉渣要求。炉内留渣5～6 t，将提前准备好的铁块（3 t左右）均匀地倒入转炉内倒渣面侵蚀严重的部位，将转炉在45°～100°之间来回摇几次，使得铁块完全侵入炉渣内，利用铁块吸收炉渣的热量，使炉渣与铁块冷却凝固在一起，起到保护炉衬的作用。操作步骤及要点如下：

1）提前一炉把炉渣碱度控制在3.3以上，渣中（MgO）含量控制在10%左右，出钢温度控制在1 640～1 650℃，转炉终点氧控制在350×10-6以下。

2）渣补用铁块要求干燥、无杂物，防止往炉内倒铁块时引起安全事故和外来杂物影响补炉效果。

3）补炉前一炉钢水出净，炉渣避免过氧化性，以提高炉渣的耐侵蚀性能，确保补炉效果。

4）补炉时铁块用量控制在3 t左右，铁块补炉部位控制在熔池的上方，防止吹炼过程铁块熔化影响钢水终点成分。

5）倒入铁块时，先将转炉摇到50°，加铁块的同时往下摇动炉子，避免铁块堆积在一起，倒入铁块后，转炉在45～100°之间来回摇几次，使得铁块完全侵入炉渣内，放入铁块后，立刻将炉子摇平（90°左右）。

6）铁块补炉的时间控制在45～55 min。

7）补炉第1炉，加强过程控制，避免过程返干，终点温度控制在1 650℃以下，出钢后做好溅渣护炉工作。

8）出于安全考虑，铁块渣补炉第1炉出钢时，炉口前方不得有人通行，严禁观察炉况和补炉效果。

2.3 转炉底吹系统的优化

根据底吹自动化生产控制系统工艺需求，对底吹PLC程序进行优化设计，对相关PLC进行数据采集，得到底吹所需工艺数据。通过底吹流量模型进行模拟计算，得出符合钢种需要的底吹流量模式。利用MP7.2上位监控软件编制上位HMI操作画面，对底吹流量模式进行选择操作，实现底吹功能的优化，进一步提高底吹冶金效果。

1）优化底吹PLC程序，撰写程序设计规格说明书。通过Concep软件开发、设计底吹PLC程序，完成L1级基础自动化控制功能，实现底吹功能的优化，达到设计预期目标。

2）编制、优化上位监控画面（HMI）的设计。根据底吹工艺流程要求，通过Monitor Pro 7.2上位监控软件设计出符合底吹工艺流程的上位监控画面（HMI），通过对上位监控画面的操作，实现底吹流量模式的调整。

3）根据底吹工艺流程和数学模型建立底吹流量控制模型。根据实际出钢量、副枪测出的实际熔池液位及渣中（FeO）含量变化，结合吹炼过程各元素反应规律及反应特点，调整完善底吹流量模式参数值。

4）配合转炉溅渣护炉制度，合理选用底吹曲线，控制炉底高度及形状，保证底吹良好的应用效果。

5）优化、完善自动化炼钢模型的数据采集、信息传递，提高炼钢终点温度、[C]含量的双命中率，提高自动化炼钢水平。

6）根据不同钢种终点控制要求（终点[C]含量的控制），选取相应钢种对应的后期流量曲线。

7）启动“后搅”模式，尤其是低碳钢种，以进一步促进C-O反应，降低碳氧积，提高钢水质量。

8）进一步优化底吹模型的各个参数，提高底吹元件的寿命，更进一步完善自动化炼钢模型的自学习功能。

2.4 留渣操作的优化与完善

2.4.1 留渣喷溅原因和预防机理

转炉终渣中含有一定量FeO，这种终渣留待下一炉，在兑入铁水时，必会同时发生以下反应：

根据经验，当终渣中（FeO）高于20%时，式（1）、（2）反应激烈，会瞬间产生大量的气体附带炉渣、铁水冲出，易造成爆发性喷溅事故。要防止喷溅，最直接的办法是控制炉中气体，杜绝或减缓式（1）、式（2）的反应。

1）通过工艺操作降低终渣（FeO）含量，根据供氧时间、炉口火焰等情况，可以通过掌握压枪时间、控制拉碳、降低炉渣氧化性和TSC（测温、取样、定碳）后少加或者不加矿石等措施来实现。顶底复吹转炉相对顶吹转炉，可有效降低终渣（FeO）含量。

2）在溅渣护炉结束后，加入1 000 kg石灰，可以达到稀释（FeO）浓度、稠化炉渣的目的；同时，也可降低炉渣的温度，当炉渣温度低于1 508℃时，从热力学角度来说可以有效预防喷溅的发生。

2.4.2 留渣条件

1）铁水成分Si不高于0.80%。Si高冶炼操作困难，终渣不易控制。

2）终点碳不低于0.06%。拉后吹终渣条件不好，如冶炼SPHC等低碳钢时不适合留渣。

3）终点铁水温度不高于1 700℃。否则会直接导致终渣（FeO）、温度波动。

4）新炉冶炼生产100炉后。100炉前以烧结炉衬为主，终渣可能不稳定。

3 优化效果

1）经过对溅渣护炉模式的优化，特别是采用了“间歇式溅渣工艺”，有效地维护了熔池，保证了在经济炉龄内炉况的安全。在整个炉役运行期间，取得良好溅渣效果的同时，始终保持了底吹透气元件具有良好的通气状态，从而保证了顶底复吹转炉的冶金特性。在降低炼钢成本和提高钢质量方面意义重大，降成本显著。

2）采用铁块渣补之前，通常采用“纯渣补”和“补炉料补炉”两种技术来延长炉衬寿命。补炉料补炉不仅增加耐材消耗，而且补炉第1炉转炉炉渣化渣困难，钢水夹杂物增加，铸机时常发生絮流或报警事故。纯渣补技术就是溅渣护炉后，留一部分炉渣在炉内，然后自然冷却，虽能起到护炉的作用，但纯渣补时间长，每次渣补需要6～8 h，严重影响转炉生产效率。铁块补炉具有如下优点：降低耐材消耗，可以节约30%的补炉料，吨钢降低0.65元/t；补炉第1炉不污染钢液，可提高钢水质量；补炉时间短（约50 min）。

3）底吹流量实现了动态模型控制［4］，改善了底吹气体对熔池的搅拌作用，使得复吹时钢—渣反应好，吹炼过程平稳，不易发生喷溅，吹炼终点碳氧浓度积更接近平衡值。对比优化前后的终点碳氧积水平，当炉龄为10 000炉左右时，在终点碳含量为0.07%、温度1 650℃的条件下，优化前碳氧浓度积平均为0.002 76，优化后碳氧浓度积平均为0.002 64。检测结果表明：在相同终点温度和碳含量的条件下，优化后碳氧浓度积的平均值比优化前低0.000 12，优化前后碳氧浓度积对比（各30个样本）见图1。