( 馬鞍山鋼鐵股份有限公司 第一鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243000)

摘   要: 為實(shí)現(xiàn)效益最大化，馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠 120 t 轉(zhuǎn)爐采用高鐵水比冶煉低碳低磷系列鋼種時(shí)，應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制和礦石加生燒溫控技術(shù)，解決因熱量富余而產(chǎn)生的成分溫度波動(dòng)大、噴濺機(jī)率高、終點(diǎn)命中率低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)出鋼鋼液中 w( P) ＜ 0． 015 %，終點(diǎn) C-T 雙命中率達(dá)91． 2 % ，石灰等渣料消耗從87． 1 kg / t 降低到79． 5 kg / t 以下，吹損率從10． 3 % 降低到8． 7 % 以下，成本及消耗降低的良好效果。

關(guān)鍵詞: 高鐵水比; 煙氣分析; 冶煉控制; 效果

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠( 以下簡(jiǎn)稱“馬鋼”) 120 t 轉(zhuǎn)爐自2011 年9 月起，采用高鐵水比裝入制度即采用少?gòu)U鋼冶煉模式，鐵水比由原來(lái)的81． 06 % 提高到94． 70 %，冷料比由原來(lái)的18． 94 % 降為5． 30 %。由此帶來(lái)轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)存在明顯熱量富余，噴濺頻繁、成分和溫度控制難度大、終點(diǎn)命中率低等一系列的問(wèn)題，為此，馬鋼 120 t 轉(zhuǎn)爐應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制和礦石加生白云石溫控技術(shù)［1］，優(yōu)化供氧造渣制度，確保終點(diǎn)鋼水 w( P) ≤0． 015 %，終點(diǎn) C-T 命中率從82． 7% 提高到91． 2 % ，實(shí)現(xiàn)吹煉平穩(wěn)，成本降低效益提高等效果。

1 高鐵水比冶煉存在的主要問(wèn)題

由于高鐵水比打破了原來(lái)冶煉低磷低碳鋼熱量平衡模式，存在熱量明顯富余的特點(diǎn)，由此帶來(lái)以下問(wèn)題:1) 被迫增加石灰等散狀料消耗量，使之渣量大化渣困難，易產(chǎn)生噴濺，返干粘槍等生產(chǎn)事故;2) 導(dǎo)致升溫速度快，易產(chǎn)生溫度-碳、溫度-磷平衡失控，造成脫磷困難，反復(fù)拉磷過(guò)吹，終點(diǎn)命中率低;3) 吹煉過(guò)程不宜控制，易造成物料消耗高、鐵損大，同時(shí)造成吹煉時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

2 冶煉低碳低磷鋼工藝及終點(diǎn)要求

馬鋼鐵水條件: w ( C) = 4． 0 % ～ 4． 5 %;w( Si) = 0． 20 % ～ 0． 60 % ; w ( Mn) = 0． 25 % ～0． 40 % ; w ( P ) = 0． 08 % ～ 0． 14 % ; w ( S ) =0． 020 % ～ 0． 040 % ，溫度為1 280 ～ 1 350 ℃ 。

工藝路線: 鐵水→轉(zhuǎn)爐→吹氬→LF→薄板坯連鑄，轉(zhuǎn)爐冶煉周期為 38 min。

終點(diǎn)鋼水要求: w( C) =0． 04 % ～0． 07 %，w( P) ≤0． 015 %，出鋼溫度要求1 610 ～1 640 ℃。

3 采用礦石加生白云石溫控技術(shù)

由于采用高鐵水比冶煉模式，即原裝入制度由107 t 鐵水 + 25 t 廢鋼調(diào)整為 125 t 鐵水 + 7 t 廢鋼，造成熱量明顯富裕，由于礦石和生白云石分解吸熱量大，同時(shí)礦石中鐵可還原提高鋼水收得率，而且生白云石價(jià)格很低，對(duì)造渣料從原來(lái)以石灰、輕燒白云石、鎂球?yàn)橹髡{(diào)整為石灰、生白云石、礦石為主，即可有效平衡富裕熱量而且造渣料成本下降。

基于上述思路采用生白云石加礦石溫控技術(shù)的核心是: 利用礦石和生白云石中主要成分分別是 Fe2O3、Fe3O4和 CaCO3、MgCO3，還原分解需吸收大量的熱量［2］。

CaCO3= CaO + CO2

ΔH = 178． 3 kJ/mol    ( 1)

MgCO3= MgO + CO2

ΔH = 100． 59 kJ/mol   ( 2)

Fe3O4( s) =3Fe ( s) +2O2

ΔH = 1103． 12 kJ/mol  ( 3)

Fe2O3( s) =2Fe( s) +3/2O2( g)

ΔH = 815． 023 kJ/mol  ( 4)

應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制模型熱平衡計(jì)算，確定合理造渣料配比包括生白云石和礦石加入量，根據(jù)煙氣分析指導(dǎo)造渣料加入量和時(shí)機(jī)，優(yōu)化供氧造渣制度，合理控制溫度及脫磷所需要的渣堿度和渣中 FeO 含量，保證最終脫磷效果和終點(diǎn) C-T 雙命中目標(biāo)，達(dá)到既可以有效平衡富裕熱量，減少造渣料加入量和成本，又最大限度吸收礦石還原分解出來(lái)的鐵，提高鋼水收得率降低鋼鐵料消耗的效果。

4 高鐵水比冶煉生產(chǎn)實(shí)踐

4． 1 造渣料加入量

根據(jù)馬鋼120 t 轉(zhuǎn)爐冶煉低磷低碳鋼時(shí)采用高鐵水比的裝入制度，應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制模型熱平衡計(jì)算和生白云石加礦石溫控技術(shù)，在確保轉(zhuǎn)爐出鋼磷和終點(diǎn)碳溫雙命中的要求下，確定終點(diǎn)溫度為1 610 ～ 1 640 ℃，終點(diǎn)鋼水 w( C) = 0．04 % ～0． 07 % ，終渣堿度達(dá)到3． 2 ～ 3． 5，終渣 w( FeO) 控制在15 % ～25 %，終點(diǎn) w( P) ≤0．015 %，將鐵水成分與溫度、廢鋼以及造渣料石灰、生燒白云石、礦石等成分輸入控制模型，計(jì)算出確保達(dá)到終點(diǎn)要求所需要散狀料加入量及配比。

4． 2 控制噴濺

針對(duì)噴濺主要分為前期泡沫渣噴濺和中期爆發(fā)性金屬噴濺，原因分別是前期鐵水中硅優(yōu)先氧化生成高 SiO2含量酸性泡沫渣，占據(jù)有效空間噴出爐口而形成; 吹煉中期噴濺主要是高鐵水比冶煉熱量富裕使碳氧易提前進(jìn)行并反應(yīng)激烈升溫快，渣中( FeO) 低，化渣不良金屬裸露，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的一氧化碳?xì)怏w急劇排除，帶動(dòng)鋼渣噴出爐口而形成［3］。采用高鐵水比冶煉低碳低磷系列鋼時(shí)，控制噴濺的要點(diǎn): 1) 由于采用生白云石加礦石溫控技術(shù)，根據(jù)熱平衡計(jì)算在吹煉過(guò)程中加入了所需的生白云石加礦石，使總渣量由原87． 1 kg / t 降到79． 5 kg / t，熔池上部自由空間有所擴(kuò)大為減少噴濺創(chuàng)造條件; 2) 實(shí)行留渣操作開(kāi)吹時(shí)不加料，吹氧 3 ～5 min 左右選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)倒去泡沫渣避免前期泡沫渣噴濺的發(fā)生; 3) 針對(duì)高鐵水比冶煉升溫速度快特點(diǎn)，倒去泡沫渣后迅速加入總量 2/3 的生白云石和礦石及石灰，吹氧過(guò)程根據(jù)槍位和氧量不斷連投生燒和礦石，控制升溫速度達(dá)到碳氧均衡反應(yīng)，使一氧化碳?xì)怏w平穩(wěn)排出; 4) 經(jīng)過(guò)對(duì)煙氣分析曲線變化趨勢(shì)的研究與轉(zhuǎn)爐冶煉操作相關(guān)研究，掌握了噴濺的發(fā)生與曲線變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，開(kāi)發(fā)對(duì)可能出現(xiàn)噴濺的預(yù)報(bào)模式［4］，煉鋼操作人員可以直觀地了解到爐內(nèi)的冶金反應(yīng)情況，及時(shí)采取措施短時(shí)間提槍加料降低碳氧反應(yīng)速度防止噴濺發(fā)生，轉(zhuǎn)爐噴濺率明顯下降，根據(jù)噴濺預(yù)報(bào)模型，在 2011 年 12 月—2012年 2 月期間，跟蹤統(tǒng)計(jì)了 328 爐次的數(shù)據(jù)，噴濺率由原來(lái)的18． 2 %降低到5． 6 % 以下，吹損率由原來(lái)的10． 3 %降低到現(xiàn)在的8． 7 %。

4． 3 脫磷

根據(jù)冶金學(xué)原理可知: 2［P］+ 5( FeO) + 4( CaO) = ( Ca4P2O9) +5［Fe］，脫磷需要爐渣中有較高的氧化鐵和堿度，以及較低熔池溫度有利于脫磷，此外，由于脫磷反應(yīng)屬于界面反應(yīng)需加強(qiáng)攪拌動(dòng)力學(xué)條件，以加大渣與金屬的接觸面積［5］。

根據(jù)馬鋼鐵水 w( P) =0． 08 % ～0． 14 %，終點(diǎn)鋼水 w( P) ≤0． 015 %的目標(biāo)，冶煉高鐵水比模式時(shí): 1) 應(yīng)用生燒加礦石溫控技術(shù)，倒去初期渣后立即加入總量 2/3 的生燒和礦石及石灰，礦石有助化渣提高堿度和生燒分解成氧化鈣、氧化鎂以利用前期溫度較低的有利時(shí)機(jī)進(jìn)行脫磷，同時(shí)控制溫度平緩上升逐漸命中終點(diǎn)溫度; 2) 實(shí)行留渣操作以幫助化渣，同時(shí)要求所使用石灰質(zhì)量要達(dá)到二級(jí)以上，即 w( CaO) ≥90 %、w( MgO) ≤2 % 、w( SiO2) ≤2 %、w( S) ≤0． 05 %、IL≤5 %、活性度達(dá)到 360 mL，終點(diǎn)堿度控制在3． 2 ～ 3． 5;3) 造渣制度實(shí)行鐵質(zhì)成渣路線即保證吹煉過(guò)程和吹煉終點(diǎn)渣中有較高的氧化鐵［6］，槍位實(shí)行“低→高→低”模式并結(jié)合底吹攪拌強(qiáng)度如表 1，控制渣中w( FeO) 在吹煉前期15 % ～18 %，中期12 % ～ 15 % ，后期15 % ～ 25 % ，實(shí)現(xiàn) ( FeO) 含量由吹煉前期到中期的緩慢下降再到后期平緩上升的過(guò)程如圖 1，特別是要避免在吹煉中期由于碳-氧激烈反應(yīng)，渣中( FeO) 激劇下降而易出現(xiàn)爐渣返干，造成脫磷困難甚至出現(xiàn)回磷及粘槍現(xiàn)象;4) 利用生燒和礦石還原分解不僅能吸收高鐵水比冶煉產(chǎn)生大量富裕的熱量，而且分解后生成CO、CO2氣體和氧化鐵、金屬鐵對(duì)加強(qiáng)熔池?cái)嚢韬突摿准疤岣呓饘偈盏寐势鸬酱龠M(jìn)作用; 經(jīng)過(guò)實(shí)踐，轉(zhuǎn)爐脫磷率達(dá)到90 % 以上，保證終點(diǎn)鋼水w( P) ≤0． 015 % 。

4． 4 提高終點(diǎn) C-T 命中率

在高鐵水比條件下應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制冶煉低磷低碳鋼，代表鋼種為 SPHC，鋼種要求w( C)= 0． 04 % ～ 0． 07 % ，要提高終點(diǎn) C-T 的命中率即 w ( C) ± 0． 01 %，T ± 16 ℃ 的 目 標(biāo)，關(guān) 鍵是控制好吹煉過(guò)程溫度-碳、溫度-磷平衡，采用生燒加礦石溫控技術(shù)和上述合理脫磷參數(shù)以確保終點(diǎn) w( P) ≤0． 015 %。另外采取以下措施: 1) 保持轉(zhuǎn)爐底吹攪拌與長(zhǎng)壽爐齡同步技術(shù)，以使熔池鋼水成分和溫度攪拌均勻，并使煙氣中 CO、CO2和氧濃度能真實(shí)的反應(yīng)轉(zhuǎn)爐熔池氧化反應(yīng)過(guò)程，保持煙氣分析全程準(zhǔn)確有效; 2) 加強(qiáng)對(duì)入爐鐵水和造渣材料化驗(yàn)檢測(cè)，強(qiáng)調(diào)其成分、溫度、質(zhì)量的準(zhǔn)確和及時(shí)性，在兌鐵前須傳輸?shù)綘t前計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型計(jì)算，3) 規(guī)范轉(zhuǎn)爐冶煉操作，高鐵水比冶煉時(shí)倒完初期渣后，要求全程降罩操作，首批料生燒、礦石和石灰要達(dá)到總量的 2/3，其余可根據(jù)情況分批加入，終點(diǎn)前 3 min 不得加料，氧槍模式選為自動(dòng)控制，以確保煙氣曲線與熔池成分對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)實(shí)踐 857 爐次中實(shí)現(xiàn)碳溫雙命中達(dá)91． 2 % ，冶煉周期可控制 38 min 以內(nèi)，滿足工序要求。

4． 5 控制脫硫和擋渣

馬鋼鐵水中 w( S) 一般在0． 02 % ～0． 04 %，在高鐵水比冶煉低碳低磷鋼時(shí)，要求轉(zhuǎn)爐出鋼w( S) ≤0． 025 % ，應(yīng)采取以下措施: 1) 利用脫硫的熱力學(xué)條件在吹煉中后期高溫、高堿度、低氧化性的有利條件脫硫; 2) 嚴(yán)格控制含硫高的爐料加入量，廢鋼以自循環(huán)廢鋼為主; 3) 可依靠鐵水預(yù)處理脫硫，將鐵水終點(diǎn) w( S) 脫至0． 005 %，做到轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼 w( S) ≤0． 025 %以下; 4) 對(duì)個(gè)別硫高爐次可利用 LF 造還原渣脫硫處理。出鋼雙擋渣，吹煉前用擋渣帽堵出鋼口，防止搖爐出鋼時(shí)下渣，出鋼快結(jié)束時(shí)，用擋渣塞擋渣，控制下渣量小于 5 kg/t。

5 高鐵水比冶煉效果

分別跟蹤統(tǒng)計(jì)了采用低鐵水比( 107． 4 t 鐵水+ 25． 2 t 廢鋼) 、高鐵水比( 125． 5 t 鐵水 + 7． 3 t廢鋼) 模式冶煉 512 爐和857 爐數(shù)據(jù)，對(duì)其爐料和渣料結(jié)構(gòu)消耗成本進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，如表 2。

按照當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格，由表 2 可以粗略計(jì)算出，由爐料和渣料消耗所降低的成本可降低13．16元/t( 不包括鐵損由10．3 %降低到8．7 %的效益) 。

6 結(jié) 論

1) 煉鋼爐料是鋼廠成本最主要的構(gòu)成，根據(jù)效益最大化原則對(duì)爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整是降本一個(gè)重要方面，轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)爐料結(jié)構(gòu)的變化要有針對(duì)性技術(shù)和措施，可實(shí)現(xiàn)冶煉平穩(wěn)、終點(diǎn)命中率提高、消耗下降等顯著效益。

2) 采用高鐵水比冶煉低碳低磷鋼時(shí)，應(yīng)用煙氣分析動(dòng)態(tài)控制和礦石加生燒溫控技術(shù)，礦石消耗可達(dá)30 kg/t，噴濺控制在5．6 %，吹損從10．3 %降低到8．7 %以下，總渣料控制在79．5 kg/t，僅爐料結(jié)構(gòu)可降低成本13．16元/t，實(shí)現(xiàn)出鋼鋼水w( P) ＜0． 015 % ，終點(diǎn) C-T 雙命中率達(dá)91． 2 % 的目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］  吳明，梅忠． 轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)［J］． 冶金設(shè)備，2006( 4) : 71．

［2］  李自權(quán)，李宏，郭洛方，等． 石灰石加入轉(zhuǎn)爐造渣的行為初探［J］． 煉鋼，2011，27( 2) : 33-35．

［3］  鄭沛然． 煉鋼學(xué)［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，1994: 74-76．

［4］  吳明，李應(yīng)江，吳發(fā)達(dá)，等． 煙氣分析動(dòng)態(tài)控制煉鋼技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用［J］． 中國(guó)冶金，29，19( 4) : 23-27．

［5］  曲英． 煉鋼學(xué)原理［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，1987． 153．

［6］  萬(wàn)雪峰，李德剛，曹東，等． 260 t 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐單渣深脫磷工藝研究與實(shí)踐［J］． 煉鋼，2011，27( 2) : 1-5．