電爐煉鋼熱裝鐵水工藝操作探討*

朱為凱

(江蘇蘇鋼集團有限公司, 江蘇 蘇州 215151)

電爐煉鋼熱裝鐵水工藝操作探討*

朱為凱

(江蘇蘇鋼集團有限公司, 江蘇 蘇州 215151)

介紹了江蘇蘇鋼集團有限公司電弧爐熱裝鐵水工藝的現狀及操作中存在的問題，對問題的原因進行了分析探討，并結合生產實際提出了處理方法和建議。

電弧爐; 熱裝鐵水； 耐材消耗； 混鐵爐

引 言

世界鋼鐵工業生產經過長期的發展和選擇，形成了兩大主要工藝流程：以高爐-氧氣轉爐煉鋼工藝為中心的生產流程，即長流程；以廢鋼-電爐煉鋼為中心的生產流程，即短流程。目前,世界電爐煉鋼平均比例已占到粗鋼產量的31%以上；由于中國屬于發展中國家，廢鋼資源緊缺，電力供需不平衡，造成電爐煉鋼成本較高，從而導致長流程發展過快，而電爐煉鋼則呈下降趨勢，2008年，電爐煉鋼的比例僅有15.5%，遠低于世界平均水平。如何通過技術創新、工藝優化解決電爐煉鋼現存的問題，促進短流程的進一步發展，應成為廣大冶金科技工作者思考的問題。

在這樣的大環境下，江蘇蘇鋼集團有限公司(以下簡稱“蘇鋼”)勇于探索，從2000年就開始了電爐熱裝鐵水的工藝創新，取得了很好的經濟效益，并且緩解了電力能源緊張的情況。蘇鋼在多年的實際演練操作中，不斷分析和總結經驗，形成了比較成熟的工藝操作制度；于2009年年初，為緩解廢鋼采購困難以及充分消化廠內鐵水資源，試驗了在100 t電爐中熱裝鐵水80～95 t,實現了零電耗的冶煉，并獲得較好的經濟效益和更強的市場競爭優勢。

1 工藝現狀

根據中國現有的煉鋼資源的國情，在電爐轉爐化的轉換進程中，蘇鋼率先實現了電爐零電耗的冶煉工藝，積累了大量的操作經驗。但是，在實踐操作中仍存在以下幾個問題，有待探討和改進：

(1)爐門跑鋼：當爐中加入鐵水達到80%～85%后,易發生較為突出的爐門跑鋼現象。

(2)電爐爐溫難以控制：由于裝入鐵水量大，其相應的配碳量也大，故而電爐出鋼的溫度較難控制，溫度過高易發生穿滑板等生產事故，從而損壞設備，打亂生產節奏，影響生產；

(3)耐材消耗大：由于鐵水裝入量的增加，電爐爐體的耐材的消耗有所增加。這不僅增加了生產成本，而且由于頻繁的換爐，也增加了人工成本，降低了電爐生產的作業率；

(4)時間難以控制：由于鐵水加入量的增多，鐵水加入的時間控制，也存在著一定的問題；在兌鐵水的過程中會產生大量的煙塵，影響電爐的現場環境；

(5)流渣增加：有時鐵水溫度偏低，w(P),w(Si)偏高，導致煉鋼過程流渣多，帶走熱量多，跑鋼現象亦相應增加。

2 工藝改進與操作改善的建議

2.1 對鐵水的要求

2.1.1 三種元素的氧化反應

在電爐冶煉過程中,對氧化反應的控制能力主要體現在w(C),w(Si),w(P)的控制上。氧化反應式如下：

(1)碳的氧化

氧氣直接氧化:C+1/2 O2=CO；

溶解氧間接氧化:C+1/2 O2=CO；

一個在破壞，另一個在創造； 一個“亂扔靴子”，另一個則(默默地)把它扶起來，放回原處。 兩種“瘙癢”。 問題就在于，存在著兩種“瘙癢”，而世界就建筑在“兩”上。[2]493

熔渣的FeO與碳氧化:C+FeO=CO+Fe。

(2)硅的氧化

鋼液中的硅主要在鋼液界面上反應。反應由下兩階段組成:

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)鐵水溫度：鐵水溫度高，可使爐料加快熔化，因此鐵水溫度應大于1 200 ℃。

(2)控制元素含量：硅、錳含量增加可以使鐵水化學能增加，但導致渣量增加；較高的硅、錳含量將使氧化放熱過程升溫速度加快，且渣中w(FeO)降低，不利于脫磷。而磷、硫含量增加將增加冶煉負擔。所以，入爐鐵水中硅、錳含量應適中，磷、硫含量應較低，其成分應控制為：w(Si)=0.65 %～0.40 %，w(P)≤0.070 %,w(S)≤0.060 %。

鐵水中的硅含量對冶煉過程的影響尤其突出，需要控制在合理的范圍內，其原因為：

①根據Si的氧化方程式和實踐可知，由于硅和磷均在較低溫度下氧化,所以必須降低鐵水中w(Si),以利于低溫脫磷；

②由于Si是在電爐冶煉的前期與氧發生反應，會產生大量的爐渣；隨著大量爐渣的涌出，必然會帶出反應中的鋼水，從而導致爐門跑鋼現象；

③w(Si)過高也必然引起電爐冶煉周期的延長，由于在煉鋼過程中O2先與Si反應，從而延長了冶煉的周期。蘇鋼電爐2010年4月份至6月份的冶煉數據統計如表1所示。從表上可看出，w(Si)在0.65%～0.40%為最佳,若w(Si)低于0.40%,則爐溫偏低，影響出鋼。

表1 冶煉數據統計表

④w(Si)過高其產生的熱量也高，故而使鋼水溫度過高，加劇了對電爐爐體耐材的侵蝕，降低爐體壽命，進而污染鋼水，影響鋼水純凈度。同時也易引起返干現象，致使冶煉過程中的鋼渣飛濺，易造成爐蓋結死和加料管堵塞等問題，嚴重影響生產周期和電爐生產現場的清潔。

(3) 穩定鐵水溫度：建議增加1座混鐵爐，用以均勻鐵水的溫度，防止鐵水在鐵水包中的溫降，在電爐需要時及時送到，從而實現JIT生產方式。

(4)鐵水預處理：對鐵水進行預處理，降低鐵水中P，S等有害元素的含量，穩定鐵水成分，從而穩定單爐鐵水裝入量，進而提高電爐作業效率，實現標準化作業。

2.2 操作過程的改進

(1)嚴格執行鐵水的裝入制度，制定標準化作業程序。冶煉過程中適當搖高爐體，或適當提高爐門坎的高度；

(2)嚴格執行爐門坎的清理制度，做到次數少，清理精；

(3)嚴格執行吹氧制度，做到均衡用氧，防止出現返干現象和局部過氧化產生的大沸騰，避免重大事故的發生；

(4)提高爐門槍的使用效率，適當縮短槍口與鋼水液面的距離，從而取得最佳的吹氧深度；

(5)在渣料中加入白云石,使爐渣中w(MgO)大于5.0%,可以有效地減緩熱裝爐次對爐體耐材的侵蝕；

(6)統計、分析有關數據，制定嚴格、精準的冶煉標準化操作制度，從而提高冶煉速度和鋼水質量；

(7)在爐門口試用雙孔氧槍，增大供氧量，使氧氣射流舒緩，可以減輕爐門區域的耐材侵蝕，提高氧氣利用率，利于造泡沫渣；

(8)在冶煉過程中，分析廢氣中氧的含量，依此制定分階段的供氧制度，控制鋼液過氧化，提高氧氣利用率。

3 結束語

目前，蘇鋼已在熱裝鐵水方面取得了很好的經濟效益和較成熟的操作工藝，為蘇鋼的優、特鋼產品生產打下了良好的基礎。

[1] 張承武.煉鋼學[M].北京:冶金工業出版社，1991.

[2] 馬廷溫.電爐煉鋼學[M].北京:冶金工業出版社，1990.

2014-12-07

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