鞍鋼260 t轉爐高效生產技術

朱國強，王鵬，張志文，毛志勇，李冰，宋宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021）

近年來，隨著現代科學技術的發展，鋼鐵企業大力推行結構優化，煉鋼生產正在向實現緊湊式連續化的專業生產線、實現高效率快節奏的生產工藝、進一步提高鋼水的潔凈度、實現生產和管理智能化、降低消耗和污染的方向發展［1］。轉爐冶煉周期是衡量轉爐煉鋼水平的綜合技術指標之一，與轉爐鋼產量、煉鋼操作工藝、鋼水質量以及設備作業率緊密聯系［2］。目前，轉爐冶煉周期世界先進水平已達20～25 min，國內先進水平也達到30 min左右［3］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠3#鑄機正式投產后，形成了3座轉爐兌3臺鑄機的生產局面，轉爐冶煉周期為42～44 min，煉鋼工序成了產能限制環節。因此，縮短轉爐冶煉周期，實現高效化生產，其意義已不僅僅是優化轉爐技術經濟指標，更重要的是實現全連鑄的爐機匹配，保證煉鋼系統的生產穩定、均衡和順行。為了解決這個問題，分析了現有的轉爐技術裝備，通過優化氧槍噴頭參數和出鋼口尺寸，縮短了轉爐的冶煉周期，達到了轉爐高效低成本生產的目的。

1 轉爐主要技術參數

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉爐主要技術參數見表1。

2 轉爐提效限制環節分析

2.1 氧槍供氧強度

四分廠以冶煉汽車鋼和低碳鋼種為主，鋼種磷含量非常低，轉爐供氧量要求47 000～53 700 m3/h，最大供氧量為59 000 m3/h，最小供氧量為40 000 m3/h。副槍過程測試時，調整氧氣流量為20 000～30 000 m3/h。而氧槍設計時偏向于軟吹脫磷型，氧氣流量為51 000 m3/h。供氧強度不能完全達到實際要求，影響了轉爐冶煉周期。

表1 轉爐主要技術參數

2.2 氧槍槍位

生產低磷IF鋼時，由于鋼種含磷量最低時要求≤0.010%，需要長時間的高槍位吹氧增加渣中FeO含量來達到滿足低磷含量的要求，槍位最高時達到320 cm，達不到一定的沖擊深度，供氧時間偏長，影響了轉爐冶煉周期。

2.3 出鋼時間

轉爐冶煉周期包括吹煉時間和輔助時間 （包括兌鐵、出鋼、濺渣、等待等）兩部分。長期以來，國內鋼廠偏重于提高供氧強度，縮短吹煉時間，卻忽視了縮短輔助時間的重要性。日本轉爐吹煉時間與輔助時間之比基本上為1∶1。而我國傳統轉爐冶煉周期中，吹煉時間和輔助時間之比長達1∶（1.3～1.5）［3］。四分廠吹煉時間為 13.5～15.0 min，但是輔助時間為23～27 min，吹煉時間和輔助時間之比高達1:1.7，所以，有必要縮短輔助時間。

四分廠原使用內徑160～165 mm的出鋼口，尺寸偏小（為滿足提高出鋼口壽命而設計）。圖1為出鋼時間散點圖。從圖1可以看出，新下出鋼口前5爐出鋼時間最長，達到11 min，前40爐出鋼時間都在8 min以上。圖1中統計爐數平均出鋼時間7.7 min，適宜的出鋼時間為5～6 min，導致鋼水溫降較大，嚴重制約產能，且浪費生產成本。

圖1 出鋼時間的散點圖

3 轉爐提效措施

3.1 轉爐高效供氧技術

3.1.1 氧槍噴頭優化

轉爐高效吹氧的關鍵是選擇合理的氧槍噴頭參數、制定正確的供氧制度、造渣制度，既縮短轉爐吹氧時間提高鋼產量，又能適當改善轉爐的其它技術經濟指標，其中供氧強度指標尤為關鍵。在設計氧槍噴頭時要注意以下原則：

（1）在一定的操作氧壓和槍位條件下，為吹煉提供所需的供氧強度，使氧氣射流獲得較大的動能，以達到合適的穿透深度，攪拌均勻熔池的同時又不致引起較大的噴濺。為此，要求正確設計工況氧壓和噴孔的形狀、尺寸，并要求氧氣射流沿軸線的衰減應盡可能慢。

（2）在合適的槍位下，氧氣射流在熔池面上要形成合理的反應區，保證熔池反應均勻，對爐襯侵蝕小且均勻。尤其對多孔噴槍，要求各股氧氣射流到達熔池面上時不匯合，能形成多個反應區。

（3）噴頭的結構合理、簡單，氧氣射流沿著氧槍軸線不出現負壓區和過強的湍流運動。

供氧強度的大小應根據轉爐的設計噸位、爐容比來確定。供氧強度過大，容易造成嚴重的噴濺，供氧強度過小，則將延長轉爐吹煉時間。通常在不產生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強度。供氧壓力應保證使射流出口速度達到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內爐氣壓力，這樣才能獲得有效動量最大和最佳性能的射流。

四分廠氧槍原吹氧流量采用51 000 m3/h，平均吹氧時間為15 min左右，吹氧時氧槍支管壓力為1.0 MPa。在爐渣“返干”劇烈時期由于支管壓力偏大，吹煉火焰持續外溢，影響爐渣狀態的判斷和爐底的維護工作，因此對氧槍噴頭喉口、馬赫數等參數進行了優化。優化前后的氧槍噴頭參數見表2。

3.1.2 氧槍控制方案優化

優化后的氧槍控制方案采取了恒壓變槍操作，氧槍流量提高到53 700 m3/h。轉爐吹煉周期槍位遵循高-低-高-低-低原則。開吹槍位設定260 cm，下槍吹氧。第一批渣料加入結束至吹煉3 min,槍位260 cm，利于迅速成渣，創造前期脫磷條件；第二批渣料加入結束至吹煉5.5 min，將氧槍槍位降低到220 cm，加大熔池攪拌強度將造渣料化透；吹煉6 min后將氧槍抬高到260～280 cm防止爐渣出現“返干”現象，穩定脫磷效率；吹煉后期槍位適當降低，提高金屬收得率，降低鋼水氧化性；終點拉碳槍位設定為210 cm，便于穩定火焰以利于判斷終點，提高終點命中率。

前期底吹流量適當調大，有助于前期化渣和熔池快速升溫。吹煉8 min左右進入“返干”期，爐渣中FeO含量低，此時將底吹流量適當調小有助于緩解“返干”現象的發生，提高脫磷效率。吹煉后期將底吹流量調大，有助于碳氧反應趨于平衡。終點抬槍后底吹流量達到最大，有利于降低鋼中氧，提高金屬收得率。

表2 優化前后的氧槍噴頭主要參數對比

3.2 轉爐高效出鋼技術

四分廠目前采用擋渣鏢擋渣。在出鋼過程中，當鋼水出到2/3時，用擋渣鏢投放小車將擋渣鏢投入到出鋼口上方，擋渣鏢鏢桿隨鋼水旋窩對準出鋼口并定位，同時破壞出鋼渦流卷渣，當鋼水將要出盡時，擋渣鏢堵住出鋼口，阻止爐內熔渣流入鋼包。剩余鋼水則從鏢頭上的小槽中流凈，完成擋渣操作。轉爐出鋼過程中，當液面下降到一定高度時發生渦流卷渣。此時原本向出鋼口中心線匯流而出的流體質點在徑向某處開始疊加切向速度（角速度），使其跡線越來越偏離徑向而逐漸演變成圍繞中心線的旋轉流動，致使渦芯卷渣而下。所以在增大出鋼口尺寸設計時，必須考慮卷渣問題。

針對四分廠轉爐出鋼時間長的問題，在保證不降低轉爐擋渣成功率的同時，研究設計了4種增大內徑的新型出鋼口，出鋼前擋渣使用配套的泥質擋渣塞，然后分別進行上線試驗跟蹤。不同內徑的出鋼口試驗結果指標對比見表3。

表3 不同內徑的出鋼口試驗結果指標對比

在試驗對比中，考慮到出鋼口使用壽命并結合出鋼時間分布情況認為，內徑170～180 mm型出鋼口各項指標穩定，平均出鋼時間比以前縮短1.84 min。配合使用泥質前擋渣塞，結果表明回磷量等控制穩定，平均出鋼溫降減少2.29℃。試驗結果滿足生產要求，因此最終確定采用內徑為170～180 mm的出鋼口。

4 轉爐提效生產實踐及效果評價

4.1 氧槍優化后效果

氧槍優化前后指標對比見表4。由表4可以看出，優化后，供氧強度提高，在實際生產402爐有效數據中，轉爐平均吹氧時間縮短1.48 min。濺渣時氧氣流量大，起渣快，達到過去相同效果的情況下，可節約濺渣時間0.9 min。轉爐氧耗和氮耗指標都有不同程度的降低，降低了轉爐能源消耗。氧槍優化后，轉爐終渣FeO含量降低了2%左右，說明隨著轉爐供氧強度的提高，轉爐吹損有所降低，金屬收得率得到提高。

表4 氧槍優化前后各項指標的對比

4.2 轉爐出鋼優化后效果

使用170～180 mm內徑的出鋼口后，平均出鋼時間比原來縮短1.84 min，出鋼平均溫降減小2.29℃，后道工序回磷量指標基本沒有變化，而且出鋼口壽命也達到了原有水平，沒有因為增大內徑而降低出鋼口使用壽命。

5 結語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠260 t轉爐煉鋼周期長的實際情況，優化了氧槍噴頭參數和轉爐出鋼口內徑，調整了氧槍操作制度。氧槍噴頭參數優化后，供氧強度由3.40 m3/（t·min）提高到 3.58 m3/（t·min），平均吹煉時間縮短了1.48 min。濺渣時流量大，起渣快，平均濺渣時間縮短0.9 min。采用內徑170～180 mm的出鋼口，平均出鋼時間縮短1.84 min。最終轉爐冶煉周期縮短了4.22 min，控制在38 min左右。結合出鋼前擋渣，轉爐回磷量等各項指標控制穩定，達到了轉爐高效生產的目的。

［1］仝中偉,王省林.轉爐高效煉鋼技術探討［J］.機械工程與自動化,2004,124（3）:73-75.

［2］楊文遠,蔣曉放.大中型轉爐高效吹氧技術研究 ［J］.煉鋼,2009,44（1）:27-30.

［3］盧凱.250 t轉爐生產用氧實踐［J］.煉鋼,2008,24（5）:1-4.