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中國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進步
中國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進步
劉 瀏
(鋼鐵研究總院)
摘 要 本文在分析國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國內(nèi)在鐵水脫硫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐長壽工藝與長壽復(fù)吹技術(shù)、高效冶煉工藝等方面的經(jīng)驗，并提出今后的技術(shù)發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞 煉鋼 轉(zhuǎn)爐 鐵水預(yù)處理
1 前 言
目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼法仍是世界上最主要的煉鋼生產(chǎn)方法。由于中國勞動力便宜，廢鋼資源緊缺，電價昂貴等資源、社會特點，進一步促進了轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)2001年的統(tǒng)計，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為1．18億噸，占當年全國鋼產(chǎn)量1．37億噸的86％[1]，也說明轉(zhuǎn)爐煉鋼是中國目前最主要的煉鋼方法。
隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，2003年人均GDP首次突破1000美元，達到1090美元，中國經(jīng)濟的繁榮和旺盛的市場需求促進了中國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，同時也促進了轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的不斷進步。
本文總結(jié)近五年來中國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，并對目前存在的問題和今后的發(fā)展方向提出具體的看法。
2 中國轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)概況
根據(jù)2001年國內(nèi)大中型鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計：國內(nèi)共有轉(zhuǎn)爐223座，轉(zhuǎn)爐公稱噸位總計為10960噸。國內(nèi)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)狀況詳見表l。
表1 2001年國內(nèi)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)狀況統(tǒng)計
從表1中可以看出，我國大、中、小型轉(zhuǎn)爐的爐型結(jié)構(gòu)基本合理，其中大型轉(zhuǎn)爐19座，其公稱噸位總計為4180噸，占國內(nèi)轉(zhuǎn)爐公稱噸位總量的38．1％；中型轉(zhuǎn)爐42座，其公稱噸位總計為3981噸，占36．3％；小型轉(zhuǎn)爐162座，公稱噸位總計為2800噸，占25．6％。
從實際生產(chǎn)能力分析，小型轉(zhuǎn)爐仍是目前國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)的主體。其鋼產(chǎn)量在2003年達到8425萬噸，占全國當年轉(zhuǎn)爐鋼總產(chǎn)量的51％；而大、中型轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量分別為3524．7萬噸和3665．7萬噸，分別占當年全國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的21．7％和22．5％。
從生產(chǎn)品種上分析，小型轉(zhuǎn)爐以生產(chǎn)普碳鋼建筑材為主，主要和小方坯連鑄機配合生產(chǎn)，通常未采用鐵水預(yù)處理、計算機終點控制和爐外精煉等先進工藝裝備。中型轉(zhuǎn)爐是今后我國鋼鐵生產(chǎn)的主力爐型，承擔著增加鋼產(chǎn)量和擴大轉(zhuǎn)爐鋼品種的雙重任務(wù)，其品種范圍包括熱軋帶鋼(與薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線配套)、中厚板、各類優(yōu)質(zhì)碳素鋼(如重軌、硬線)、特殊鋼(包括彈簧、齒輪、軸承、冷鐓等鋼種)和高附加值鋼鐵產(chǎn)品(如不銹鋼、冷軋硅鋼等)。大型轉(zhuǎn)爐主要生產(chǎn)熱軋帶鋼。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)大、中型轉(zhuǎn)爐均采用了鐵水脫硫預(yù)處理、爐外精煉、計算機終點動態(tài)控制等先進技術(shù)，裝備精良，工藝流程先進，是我國鋼鐵工業(yè)先進生產(chǎn)力的代表。
表2給出目前國內(nèi)大、中、小型轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟指標的比較。
表2
分析表2可以看出，目前國內(nèi)小型轉(zhuǎn)爐的強化冶煉指標已達到國際領(lǐng)先水平。小轉(zhuǎn)爐通
3常采用高速供氧技術(shù)強化冶煉，供氧強度一般在3．5Nm／t．min以上，其中濟鋼、萊蕪
鋼廠等十余家鋼廠的供氧強度超過4．0Nm3／t．min，使吹氧時間縮短到11~13min，平均冶煉周期達到24．7min。在此基礎(chǔ)上加快生產(chǎn)節(jié)奏，使日歷作業(yè)率平均達到85％以上，最高達到97．7％。并采用適當擴大裝入量的方法，降低爐容比，提高單爐產(chǎn)量，使轉(zhuǎn)爐的利用系數(shù)平均達到64．872 t／t·d，最高達到96·236 t／t·d。相比之下，國內(nèi)大、中型轉(zhuǎn)爐的冶煉強度雖然已接近或達到國際先進水平，但與國內(nèi)小轉(zhuǎn)爐相比尚有較大的差距。 3 鐵水脫硫預(yù)處理技術(shù)的進步
采用鐵水預(yù)處理工藝，是改善轉(zhuǎn)爐鋼水質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的重要保證，也是現(xiàn)代化鋼鐵廠的基本標志之一。近幾年，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐廠開始大量推廣采用鐵水預(yù)處理技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗。1991年國內(nèi)鐵水預(yù)處理量僅為69萬噸，鐵水預(yù)處理比僅為1．82％；至2001年，鐵水預(yù)處理量達到3200萬噸，預(yù)處理比例為26．1％；預(yù)計到2005年，鐵水預(yù)處理量將超過6886萬噸，預(yù)處理比例達到50％[3]。經(jīng)過多年的實踐，在引進國外先進設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)特點不斷改進、優(yōu)化和創(chuàng)新，使不少鋼廠鐵水脫硫工藝達到國際先進水平。如武鋼二煉鋼KR法脫硫工藝攪拌頭壽命超過500次，處理溫降≤28℃，脫硫用石灰粉劑消耗僅為
4．69kg／t鋼，脫硫成本僅為20元／t鐵[4]，上述指標均已超過國外同類鋼廠水平[5]。
最近幾年，國內(nèi)大力發(fā)展鎂脫硫鐵水預(yù)處理工藝，先后引進了美國、歐洲和俄羅斯的鐵水脫硫于藝，比較了混合噴吹法、復(fù)合噴吹法和純鎂噴吹法三種工藝。實踐證明，采用噴鎂脫硫工藝優(yōu)于以KR法為代表的石灰劑脫硫方法，主要的優(yōu)點是：渣量小，處理溫降低，鐵損少。在三種鎂脫硫工藝中，純鎂噴吹工藝略顯優(yōu)勢，其主要優(yōu)點是：
(1)硫效率高。純鎂噴吹法脫硫效率>95％，而復(fù)合噴吹法約為80％，混合噴吹法脫硫效率不穩(wěn)定；
(2)處理時間短。純鎂噴吹純處理時間為5~8min，而復(fù)合噴吹法約為l0min；
(3)處理溫降小。純鎂噴吹處理過程溫降平均為8．12℃，而復(fù)合噴吹法溫降約為8．14℃；
(4)鐵損低。純鎂噴吹的平均鐵損為7．1kg／t，而復(fù)合噴吹法為10~12kg／t。
由于純鎂噴吹工藝具有上述優(yōu)點，可使噸鐵處理成本降低到15元以下。
今后幾年，國內(nèi)鐵水脫硫技術(shù)將會進一步普及，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：
(1)為了擴大鐵水預(yù)處理能力，實現(xiàn)100％鐵水脫硫預(yù)處理，需要進一步提高脫硫速度，縮短處理周期。
(2)改進扒渣工藝。目前，國內(nèi)采用脫硫預(yù)處理鐵水煉鋼的轉(zhuǎn)爐廠回硫現(xiàn)象十分嚴重，通常達到200~300％，回硫的主要原因是鐵水帶渣、輔料含硫過高和廢鋼造成的。因此，改進扒渣工藝，在保證扒渣效果的前提下，進一步降低鐵損是至關(guān)重要的。
(3)努力降低鐵水脫硫預(yù)處理成本，使脫硫成本<15元／t鐵。
4 轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進步
近幾年國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)進步很快，主要是推廣采用了以下先進技術(shù)。
4．1長壽轉(zhuǎn)爐技術(shù)
自1997年以來，國內(nèi)大力開展濺渣護爐技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用工作，使轉(zhuǎn)爐爐齡大幅度提高，如圖1所示[6]。至2002年國內(nèi)95．2％的轉(zhuǎn)爐采用了濺渣護爐技術(shù)，大型轉(zhuǎn)爐平均爐齡達到10181．5爐，中型轉(zhuǎn)爐平均爐齡達到15298．2爐，部份小型轉(zhuǎn)爐鋼廠的平均爐齡也已達到10316爐。由于爐齡的提高，給工廠帶來巨大的經(jīng)濟效益，表3給出武鋼、萊鋼、三明鋼廠在爐齡超過萬爐以后，隨著爐齡的增長，技術(shù)經(jīng)濟指標的變化情況[7]。從表中可以看出，隨著爐齡延長到3萬爐以上，爐役期產(chǎn)鋼量同步增長，耐火材料消耗和噸鋼成本也相應(yīng)逐年降低。
圖1 表3
國內(nèi)轉(zhuǎn)爐濺渣護爐的基本經(jīng)驗概括為：
(1)根據(jù)冶煉鋼種和生產(chǎn)工藝的差別，選擇正確的濺渣工藝；
(2)提高N2壓力，優(yōu)化濺渣工藝；
(3)正確選擇開始濺渣的時機，實現(xiàn)爐襯零浸蝕；
(4)濺渣與補爐相結(jié)合，嚴格控制濺渣后的轉(zhuǎn)爐爐型；
(5)加強煙罩水冷爐口等設(shè)備維護，延長其壽命。
4．2長壽復(fù)吹工藝
轉(zhuǎn)爐濺渣后爐齡大幅度提高，如何實現(xiàn)全程復(fù)吹，提高底吹噴嘴的壽命是全世界鋼鐵廠
急待解決的重大技術(shù)難題。為了解決這一問題，國內(nèi)轉(zhuǎn)爐廠發(fā)明了爐渣蘑菇頭保護底吹透氣磚的先進技術(shù)，使底吹噴嘴的一次壽命與爐齡同步，并保證復(fù)吹比100％。表4給出爐渣透氣蘑菇頭與金屬蘑菇頭的技術(shù)比較[8]，從表中可以看出，爐渣蘑菇頭以氧化物為主，體積大，透氣性良好。經(jīng)水模實驗證明，在相同的氣量下，由爐渣蘑菇頭噴射出來的細小氣泡攪拌熔池，可使熔池混勻時間縮短40~50％[9]。圖2給出武鋼二煉鋼爐齡達到30368爐時，出鋼后的爐底照片。此時爐底厚約400mm，四支底吹噴嘴清晰可見，完好無缺，說明爐渣蘑菇頭對底吹噴嘴的保護效果極佳。
表4,圖2,3
全爐役期內(nèi)底吹噴嘴的工作狀況，可采用連續(xù)測定終點鋼水[C]·[O]濃度積來衡量：對于頂吹轉(zhuǎn)爐，由于熔池缺乏攪拌，[C]·[O]一般大于0．003；而對于正常狀態(tài)下的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，碳氧濃度積[C]．[O]≤0．0028。圖3給出整個爐役期內(nèi)(30，368爐)，終點鋼水氧含量的變化趨勢。說明在整個爐役期內(nèi)采用長壽復(fù)吹工藝都能獲得良好的冶金效果。
4．3復(fù)吹轉(zhuǎn)爐強化冶煉技術(shù)
國內(nèi)小型轉(zhuǎn)爐強化冶煉的基本經(jīng)驗歸納為：提高供氧強度，縮短吹氧時間；加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高轉(zhuǎn)爐作業(yè)率；適當擴大裝入量，提高轉(zhuǎn)爐利用系數(shù)。借鑒小轉(zhuǎn)爐強化冶煉的成功經(jīng)驗，在大、中型轉(zhuǎn)爐上推廣轉(zhuǎn)爐高效冶煉技術(shù)，可以獲得顯著的經(jīng)濟效益。制約轉(zhuǎn)爐強化冶煉的因素主要包括爐容比、成渣速度、吹煉平穩(wěn)性和終點控制水平。如圖4所示，隨著轉(zhuǎn)爐供氧強度的提高，爐氣發(fā)生量大幅度增加，爐內(nèi)泡沫渣的高度可以按下式計算： 公式1
提高供氧強度，使吹煉過程渣液面高度上漲，嚴重時溢出爐口，成為高效供氧的限制環(huán)節(jié)。為了解決這一問題，應(yīng)當進一步減少渣量，改進化渣工藝，實現(xiàn)提前化渣。采用復(fù)吹工藝提高吹煉前期熔池的攪拌強度，可以加快石灰的熔解，提高前期成渣速度，達到減少噴濺的目的，實現(xiàn)平穩(wěn)吹煉。采用復(fù)吹技術(shù)后，終點碳氧反應(yīng)趨于平衡，如圖5所示，終點碳、溫波動較小，有利于實現(xiàn)計算機終點動態(tài)控制，進一步縮短后期操作時間。
圖4,5
本鋼煉鋼廠150噸轉(zhuǎn)爐采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐強化冶煉工藝，在爐容比僅為0．67的條件下，使供氧強度提高到3．7Nm3／t．min，冶煉周期平均縮短22min。表5給出150噸轉(zhuǎn)爐采用強化冶煉工藝前、后冶煉周期的變化情況。
表5 150噸轉(zhuǎn)爐強化冶煉前、后周期時間對比／min
本鋼150噸轉(zhuǎn)爐采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐強化冶煉工藝后獲得明顯的經(jīng)濟效益：
(1)幅度提高了鋼產(chǎn)量，年增產(chǎn)鋼量100萬噸：
(2)高了鋼水質(zhì)量，終點鋼水[C][O]≤0．0023，終點磷平均為0．0042％，平均脫磷率達到90．3％；
(3)降低了生產(chǎn)成本，平均出鋼碳為0．06％的工藝條件下，終渣FeO平均降低到12．75％，鋼中殘錳高于0．08％，平均降低生產(chǎn)成本7．5元／t鋼；
(4)實現(xiàn)負能煉鋼，采用強化冶煉工藝之前，本鋼煉鋼工序能耗為23．5kg標準煤／t，采用強化冶煉工藝之后，工序能耗降低到﹣0．66 kg標準煤／t。
4．4今后轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展
為了滿足國內(nèi)市場的需求，要求國內(nèi)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)技術(shù)進一步發(fā)展，重點解決以下問題：
(1)全面推廣鐵水脫硫預(yù)處理工藝，基本實現(xiàn)100％鐵水脫硫；
(2)盡快解決目前轉(zhuǎn)爐回硫較嚴重的問題，充分發(fā)揮鐵水預(yù)處理的效果；
(3)在大、中型轉(zhuǎn)爐上推廣高效復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)，進一步提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力；
(4)開發(fā)和推廣轉(zhuǎn)爐全自動吹煉技術(shù)。
5 結(jié) 論
(1)轉(zhuǎn)爐煉鋼是目前中國最主要的煉鋼方法，轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進步對我國煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展起到巨大的推動作用；
(2)近五年來，鐵水脫硫預(yù)處理工藝和以長壽復(fù)吹轉(zhuǎn)爐高效復(fù)吹工藝為代表的轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)得到迅速的發(fā)展，取得了明顯的經(jīng)濟效益；
(3)今后要進一步發(fā)展完善鐵水脫硫和轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，促進我國鋼鐵工業(yè)的繁榮。
參考文獻
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