中國轉爐煉鋼技術的進步

中國轉爐煉鋼技術的進步

劉 瀏

(鋼鐵研究總院)

摘 要 本文在分析國內轉爐煉鋼的技術現狀的基礎上，總結了國內在鐵水脫硫預處理、轉爐長壽工藝與長壽復吹技術、高效冶煉工藝等方面的經驗，并提出今后的技術發(fā)展方向。 關鍵詞 煉鋼 轉爐 鐵水預處理

1 前 言

目前，轉爐煉鋼法仍是世界上最主要的煉鋼生產方法。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，進一步促進了轉爐煉鋼技術的發(fā)展。根據2001年的統(tǒng)計，轉爐鋼產量為1．18億噸，占當年全國鋼產量1．37億噸的86％[1]，也說明轉爐煉鋼是中國目前最主要的煉鋼方法。

隨著中國經濟的迅速發(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，同時也促進了轉爐煉鋼技術的不斷進步。

本文總結近五年來中國轉爐煉鋼技術的發(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 中國轉爐煉鋼的生產概況

根據2001年國內大中型鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計：國內共有轉爐223座，轉爐公稱噸位總計為10960噸。國內轉爐生產狀況詳見表l。

表1 2001年國內轉爐生產狀況統(tǒng)計

從表1中可以看出，我國大、中、小型轉爐的爐型結構基本合理，其中大型轉爐19座，其公稱噸位總計為4180噸，占國內轉爐公稱噸位總量的38．1％；中型轉爐42座，其公稱噸位總計為3981噸，占36．3％；小型轉爐162座，公稱噸位總計為2800噸，占25．6％。

從實際生產能力分析，小型轉爐仍是目前國內鋼鐵生產的主體。其鋼產量在2003年達到8425萬噸，占全國當年轉爐鋼總產量的51％；而大、中型轉爐產量分別為3524．7萬噸和3665．7萬噸，分別占當年全國轉爐鋼產量的21．7％和22．5％。

從生產品種上分析，小型轉爐以生產普碳鋼建筑材為主，主要和小方坯連鑄機配合生產，通常未采用鐵水預處理、計算機終點控制和爐外精煉等先進工藝裝備。中型轉爐是今后我國鋼鐵生產的主力爐型，承擔著增加鋼產量和擴大轉爐鋼品種的雙重任務，其品種范圍包括熱軋帶鋼(與薄板坯連鑄連軋生產線配套)、中厚板、各類優(yōu)質碳素鋼(如重軌、硬線)、特殊鋼(包括彈簧、齒輪、軸承、冷鐓等鋼種)和高附加值鋼鐵產品(如不銹鋼、冷軋硅鋼等)。大型轉爐主要生產熱軋帶鋼。目前，國內絕大多數大、中型轉爐均采用了鐵水脫硫預處理、爐外精煉、計算機終點動態(tài)控制等先進技術，裝備精良，工藝流程先進，是我國鋼鐵工業(yè)先進生產力的代表。

表2給出目前國內大、中、小型轉爐技術經濟指標的比較。

表2

分析表2可以看出，目前國內小型轉爐的強化冶煉指標已達到國際領先水平。小轉爐通

3常采用高速供氧技術強化冶煉，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。在此基礎上加快生產節(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，提高單爐產量，使轉爐的利用系數平均達到64．872 t／t·d，最高達到96·236 t／t·d。相比之下，國內大、中型轉爐的冶煉強度雖然已接近或達到國際先進水平，但與國內小轉爐相比尚有較大的差距。 3 鐵水脫硫預處理技術的進步

采用鐵水預處理工藝，是改善轉爐鋼水質量和提高生產效率的重要保證，也是現代化鋼鐵廠的基本標志之一。近幾年，國內轉爐廠開始大量推廣采用鐵水預處理技術，積累了豐富的經驗。1991年國內鐵水預處理量僅為69萬噸，鐵水預處理比僅為1．82％；至2001年，鐵水預處理量達到3200萬噸，預處理比例為26．1％；預計到2005年，鐵水預處理量將超過6886萬噸，預處理比例達到50％[3]。經過多年的實踐，在引進國外先進設備的基礎上，結合國內特點不斷改進、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，國內大力發(fā)展鎂脫硫鐵水預處理工藝，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，國內鐵水脫硫技術將會進一步普及，主要的技術發(fā)展方向是：

(1)為了擴大鐵水預處理能力，實現100％鐵水脫硫預處理，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，國內采用脫硫預處理鐵水煉鋼的轉爐廠回硫現象十分嚴重，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重要的。

(3)努力降低鐵水脫硫預處理成本，使脫硫成本<15元／t鐵。

4 轉爐煉鋼技術的進步

近幾年國內轉爐煉鋼技術進步很快，主要是推廣采用了以下先進技術。

4．1長壽轉爐技術

自1997年以來，國內大力開展濺渣護爐技術的研究開發(fā)和推廣應用工作，使轉爐爐齡大幅度提高，如圖1所示[6]。至2002年國內95．2％的轉爐采用了濺渣護爐技術，大型轉爐平均爐齡達到10181．5爐，中型轉爐平均爐齡達到15298．2爐，部份小型轉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，技術經濟指標的變化情況[7]。從表中可以看出，隨著爐齡延長到3萬爐以上，爐役期產鋼量同步增長，耐火材料消耗和噸鋼成本也相應逐年降低。

圖1 表3

國內轉爐濺渣護爐的基本經驗概括為：

(1)根據冶煉鋼種和生產工藝的差別，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，實現爐襯零浸蝕；

(4)濺渣與補爐相結合，嚴格控制濺渣后的轉爐爐型；

(5)加強煙罩水冷爐口等設備維護，延長其壽命。

4．2長壽復吹工藝

轉爐濺渣后爐齡大幅度提高，如何實現全程復吹，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難題。為了解決這一問題，國內轉爐廠發(fā)明了爐渣蘑菇頭保護底吹透氣磚的先進技術，使底吹噴嘴的一次壽命與爐齡同步，并保證復吹比100％。表4給出爐渣透氣蘑菇頭與金屬蘑菇頭的技術比較[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)下的復吹轉爐，碳氧濃度積[C]．[O]≤0．0028。圖3給出整個爐役期內(30，368爐)，終點鋼水氧含量的變化趨勢。說明在整個爐役期內采用長壽復吹工藝都能獲得良好的冶金效果。

4．3復吹轉爐強化冶煉技術

國內小型轉爐強化冶煉的基本經驗歸納為：提高供氧強度，縮短吹氧時間；加快生產節(jié)奏，提高轉爐作業(yè)率；適當擴大裝入量，提高轉爐利用系數。借鑒小轉爐強化冶煉的成功經驗，在大、中型轉爐上推廣轉爐高效冶煉技術，可以獲得顯著的經濟效益。制約轉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，隨著轉爐供氧強度的提高，爐氣發(fā)生量大幅度增加，爐內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，應當進一步減少渣量，改進化渣工藝，實現提前化渣。采用復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，實現平穩(wěn)吹煉。采用復吹技術后，終點碳氧反應趨于平衡，如圖5所示，終點碳、溫波動較小，有利于實現計算機終點動態(tài)控制，進一步縮短后期操作時間。

圖4,5

本鋼煉鋼廠150噸轉爐采用復吹轉爐強化冶煉工藝，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噸轉爐強化冶煉前、后周期時間對比／min

本鋼150噸轉爐采用復吹轉爐強化冶煉工藝后獲得明顯的經濟效益：

(1)幅度提高了鋼產量，年增產鋼量100萬噸：

(2)高了鋼水質量，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％，平均降低生產成本7．5元／t鋼；

(4)實現負能煉鋼，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今后轉爐煉鋼技術的發(fā)展

為了滿足國內市場的需求，要求國內轉爐生產技術進一步發(fā)展，重點解決以下問題：

(1)全面推廣鐵水脫硫預處理工藝，基本實現100％鐵水脫硫；

(2)盡快解決目前轉爐回硫較嚴重的問題，充分發(fā)揮鐵水預處理的效果；

(3)在大、中型轉爐上推廣高效復吹轉爐冶煉技術，進一步提高轉爐的生產能力；

(4)開發(fā)和推廣轉爐全自動吹煉技術。

5 結 論

(1)轉爐煉鋼是目前中國最主要的煉鋼方法，轉爐煉鋼技術的進步對我國煉鋼生產技術的發(fā)展起到巨大的推動作用；

(2)近五年來，鐵水脫硫預處理工藝和以長壽復吹轉爐高效復吹工藝為代表的轉爐煉鋼技術得到迅速的發(fā)展，取得了明顯的經濟效益；

(3)今后要進一步發(fā)展完善鐵水脫硫和轉爐煉鋼技術，促進我國鋼鐵工業(yè)的繁榮。

參考文獻

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