優(yōu)化電弧爐熔煉工藝的生產(chǎn)實(shí)踐

安 杰，李 濤，王 哲，吳 昱，戰(zhàn)東平

（1.撫順特殊鋼股份有限公司總工辦，遼寧撫順113001；2.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院，遼寧沈陽110819）

電弧爐是重要的煉鋼熔煉裝備之一，隨著近年電弧爐冶煉工藝不斷完善，尤其是引入“兌入鐵水”工藝之后，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的控制水平均得到大幅提升。撫順特殊鋼股份有限公司第一煉鋼廠自1999年從德國福克斯公司引進(jìn)60 t交流豎井式電弧爐，主要用于生產(chǎn)汽車齒輪鋼、高檔軸承鋼以及不銹鋼管坯，一直采用全固態(tài)料熔煉，以廢鋼、生鐵、注余冷鋼以及坯材切頭切尾等材料作為入爐鋼鐵料，負(fù)責(zé)鋼水脫碳、脫磷以及脫鈦等任務(wù)，生產(chǎn)中存在的配料成本高和能源消耗大兩類問題較突出，需通過工藝優(yōu)化予以改善。撫鋼60t電弧爐主要設(shè)備參數(shù)，見表1。

表1 60t電弧爐主要參數(shù)

1 優(yōu)化料型結(jié)構(gòu)，降低配料成本

迫于市場形勢和環(huán)保壓力，近年生鐵價格持續(xù)走高，是導(dǎo)致電弧爐配料成本高的主要原因。所以，當(dāng)廢鋼與生鐵差價過大時，減少電弧爐入爐鋼鐵料的生鐵配比被作為降低配料成本的首要任務(wù)。但當(dāng)生鐵配比降低時，同時存在：①生鐵與廢鋼的熔煉收得率差異導(dǎo)致的鋼鐵料配入總質(zhì)量增加；②鋼鐵料堆比重減少，裝料后出現(xiàn)平鐵現(xiàn)象，更可能導(dǎo)致料籃裝鐵次數(shù)（正常2次）增加，影響生產(chǎn)效率；③爐料配碳量降低加劇電弧爐熔煉過程的鋼水過氧化等問題。

調(diào)整廢鋼料型結(jié)構(gòu)，杜絕增加料籃裝鐵次數(shù)，維持2次裝鐵（1次旋爐蓋+1次豎井加入），確保電弧爐生產(chǎn)順行是重中之重。首先需要解決廢鋼各種料型相互摻雜堆放的問題，嚴(yán)格進(jìn)行廢鋼分選，保證各種料型分區(qū)域堆放，見圖1和圖2。

圖1 整治前廢鋼堆放效果

圖2 整治后廢鋼堆放效果

原工藝配料生鐵配入占比為40%～45%，其他以重型廢鋼為主，中型廢鋼和統(tǒng)料為輔。經(jīng)標(biāo)定重型廢鋼、中型廢鋼和統(tǒng)料的堆比重分別約為0.45、0.3和0.2 t/m3。當(dāng)生鐵配入占比減少至30%時，即出現(xiàn)了增加裝鐵次數(shù)的風(fēng)險。優(yōu)化后新引入粉碎料、返回鋼（加工分廠切頭切尾）等廢鋼料型，料籃裝料時可以使大塊料與小塊料充分配合，在不增加總裝入量的前提下，保證每爐料籃2次裝鐵。目前，電弧爐入爐鋼鐵料的生鐵配比降至22%～24%，計算配料成本降低約110～130元/t。

2 優(yōu)化供氧曲線

減少電弧爐配料的生鐵配入量，直接將生鐵的配碳量由1.6%～1.8%降低至0.9%～1.0%，顯著增加電弧爐熔煉過程的鋼鐵料燒損，尤其是冶煉末期當(dāng)鋼水碳含量低于0.10%且溫度高于1 580℃之后，氧槍強(qiáng)供氧方式更會導(dǎo)致電弧爐出鋼鋼水嚴(yán)重過氧化。汽車齒輪鋼、軸承鋼等品種的生產(chǎn)工藝流程為電弧爐+LF+VD+連鑄，精煉采用鋁脫氧方式，鋼材對夾雜物的要求極為苛刻。電弧爐出鋼鋼水的氧含量高，會增加后續(xù)精煉的脫氧壓力，同時脫氧產(chǎn)生的大量脫氧產(chǎn)物Al2O3是鋼材上夾雜物的主要來源[1-2]。控制電弧爐鋼水過氧化是避免成本損失和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。從降低電弧爐爐門氧槍的供氧強(qiáng)度和調(diào)整熔煉末期供氧制度兩方面入手，有效緩解了鋼水嚴(yán)重過氧化的風(fēng)險。電弧爐爐門氧槍優(yōu)化前后的供氧曲線，見圖3和圖4。

圖3 優(yōu)化前供氧曲線

圖4 優(yōu)化后供氧曲線

電弧爐原爐門氧槍的氧氣流量分2個檔（2 500 m3/h和1 500 m3/h），存在供氧方式粗放、氧氣流量大和鋼水過氧化嚴(yán)重的問題。優(yōu)化后爐門氧槍氧氣流量分3個擋（高2 300 m3/h、中1 300 m3/h和低800 m3/h），重點(diǎn)調(diào)整出鋼前的低氧流量操作，具體供氧步驟：電弧爐進(jìn)入氧化期，爐門氧槍采用高氧流量。當(dāng)鋼水溫度1 550～1 570℃，隨即氧氣流量降為中氧。鋼水溫度1 580～1 590℃時，氧氣流量降為低氧直至出鋼。該供氧方式較原工藝延長了中、低氧流量的供氧時間，電弧爐出鋼前由原工藝的3 min增加至12 min，顯著降低了鋼水的過氧化程度和氧氣消耗。經(jīng)檢驗，優(yōu)化供氧曲線后電弧爐出鋼鋼水氧含量由700×10-6降低至500×10-6，為后續(xù)LF爐操作提供良好的精煉初始條件。

另外，調(diào)整爐門氧槍供氧曲線的同時需要輔以配套的噴碳粉方法，一方面強(qiáng)化造泡沫渣脫磷效率，另一方面增加碳氧反應(yīng)，緩解鋼水與氧反應(yīng)燒損，可將鋼鐵料收得率由87%提高至89%。

3 降低白灰消耗

電弧爐白灰主要用于鋼水脫磷，決定白灰用量的主要因素是爐料磷配入量和冶煉過程的脫磷工藝。國家標(biāo)準(zhǔn)中煉鋼用生鐵的磷含量要求w(P)≤0.150%，具體分析結(jié)果一般為0.080%～0.100%。降低生鐵配入占比后，爐料的磷配入量相應(yīng)降低，緩解了電弧爐的脫磷壓力。電弧爐冶煉操作當(dāng)鋼鐵料全熔后，鋼水溫度1 540℃，加入白灰1 200 kg（18～20 kg/t），造泡沫渣一次流渣即可將鋼水磷含量降至0.010%以下。白灰單耗可降低15～18 kg/t。

4 生產(chǎn)效率方面的優(yōu)化

對于偏心底出鋼的電弧爐合理的留鋼留渣量能夠充分利用爐內(nèi)的熱效率，達(dá)到鋼鐵料快速熔化的目的。通過修正爐內(nèi)砌筑耐火材料的厚度，擴(kuò)大爐膛容積，同時穩(wěn)定出鋼量等措施，將留鋼留渣量由10 t增加至15 t以上。

另外，探討通過快速完成電弧爐非給電時期的操作，如電弧爐裝料、換電極等，同樣能夠縮短整體冶煉時間。這部分存在一定的挖掘潛力，需要持續(xù)的改進(jìn)。

5 改善效果

經(jīng)過以上工藝優(yōu)化，除配料成本大幅降低外，電弧爐各項消耗指標(biāo)同時得到不同程度的改善，具體見表2。

6 結(jié)論

實(shí)踐證明，通過優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)、電弧爐供氧方式等措施，降低了配料成本，改善了能源類指標(biāo)消耗，進(jìn)而在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大幅降低了冶煉成本。

表2 消耗指標(biāo)的改善