轉爐爐料結構優(yōu)化的研究

最工藝研究《工業(yè)加熱》第40卷2011年第6期DOI: 10.3969/j. isn. 1002-1639.2011.06.010轉爐爐料結構優(yōu)化的研究楊凌志'，朱茶'， 肖飛虎'.2,董凱', 張偉2，張玉環(huán)2(1.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京10083; 2. 西寧特殊鋼股份有限公司，青海西寧810005)摘要:通過(guò)對轉爐添加球團作為冷料進(jìn)行研究，對爐料結構進(jìn)行優(yōu)化，降低了氧氣、石灰和金屬料的消耗，提高了金屬收得率，取得了良好冶煉效果。關(guān)鍵詞:轉爐;球團;爐料結構中圖分類(lèi)號: TF702文獻標志碼: A文章編號: 1002-1639<2011)06-0030-02Research on Optimization of Burden Design for BOFYANG Lingzhi, ZHU Rong', XIAO Fei-hul.2, DONG Kai', ZHANG Wei?, ZHANG Yu-huan2(1. Metllurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2. Xining Special Steel Co. Ltd, Xining 810005, China)Abstract: Through adding to Xining steel pellets of converter as cold material rescarch, burden structure is optimized, which reduces theoxygen, lime and metal material consumption, and improve the rate of metal rtrieval, achieved good effect.Key words: BOF; pllts; burden structure轉爐冶煉需要加入冷卻劑平衡爐內,目前常用的冷1概述卻劑有廢鋼、生鐵、礦石、球團、燒結礦、錳礦等。由.于冷卻劑的吸熱量、含鐵量、含渣量等均有較大差異，西寧特鋼鐵鋼軋分廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鐵鋼軋),由煉鐵, .對爐內的影響也各不相同，特別是冷卻劑的使用成本不煉鋼，軋鋼全流程組成，煉鋼流程采用65 t頂吹轉爐同，對噸鋼成本影響較大。因此冷卻劑的使用關(guān)系到煉1臺，70tLF精煉爐2臺，雙工位VD真空精煉爐1臺，鋼的生產(chǎn)成本。本文通過(guò)對西寧特鋼轉爐添加球團作為五機五流方坯連鑄機1臺，年產(chǎn)量70萬(wàn)t。國內廢鋼資源短缺，因為地理位置的原因，西寧特冷料進(jìn)行研究，對爐料結構進(jìn)行優(yōu)化，取得良好冶煉效鋼鐵鋼軋廢鋼供應更加不足，在長(cháng)期生產(chǎn)過(guò)程中,其轉果-2]。爐爐料結構發(fā)展出自己的特點(diǎn)。鐵鋼軋擁有兩座500 m高爐，除部分供應其他車(chē)間電弧爐外，鐵水供應轉爐冶煉需求。收稿日期: 2011-06-08; 修回日期: 2011-10-11作者簡(jiǎn)介:楊凌志(1987-),男，湖南省衡陽(yáng)市人，在讀博士研究鐵鋼軋正常生產(chǎn)中無(wú)外購廢鋼，場(chǎng)內自產(chǎn)軋鋼料頭生，主要從事煉鋼方面的研究工作。和連鑄坯頭，成分穩定， 無(wú)雜物，但是量不足，每爐次管輸出功率加大、快速升溫,在換帶期間要完成帶鋼溫度該情況是根據帶速和帶鋼溫度設定值兩者進(jìn)行計算和的提升，焊縫出爐后，帶鋼出口溫度重新設定在750C.調整，保證帶鋼溫度在設定值附近波動(dòng)?？梢钥闯?，在換帶期間內，要調整出口帶溫設定，使輻3結論射管功率快速加大或者減小，使得帶鋼出口實(shí)際溫度與(1)本文建立熱鍍鋅退火爐過(guò)渡模型,通過(guò)速度以及設定值快速響應，才能保證焊縫前后的帶鋼溫度都能保RTF出口帶溫控制來(lái)計算輻射管功率,實(shí)現輻射管快速證在合理范圍內。圖5是輻射管功率在換帶期間隨時(shí)間的變化情況。反應，達到帶鋼出口溫度穩定過(guò)渡。(2)實(shí)際在線(xiàn)控制情況下，在換帶過(guò)程中，模型通輻射管功率隨時(shí)間的變化情況過(guò)自動(dòng)設定輻射管出口溫度以及退火爐速度,來(lái)保證帶00r鋼不超過(guò)極限溫度。換帶結束后，帶鋼溫度與設定值偏實(shí)60|差在+10 C以?xún)?，穩定性較好。R 40|中國煤化工50 100 150 200 25參考文獻: .C NMHG時(shí)間/s[1]金武明.冷軋連續退火爐⊥zx技雙子俠塵研元小玉鋼技MH圖5輻射管功率隨時(shí)間的變化情況術(shù), 2007 (5): 20-22.30工藝研究《工業(yè)加熱》第40卷2011年第6期僅能保證1 ~ 3t供應。還原成鐵進(jìn)入鋼液，減少了鐵水本身氧化所造成的金屬鐵鋼軋生鐵全部為自產(chǎn)生鐵，在轉爐檢修時(shí)將高爐損失，并使終渣氧化鐵含量與正常生產(chǎn)爐次相比基本保鐵水鑄成生鐵塊,全部供應轉爐生產(chǎn)，其成分不穩定,供持不變，提高了金屬收得率，同時(shí)縮短了供氧時(shí)間，海應量充足。轉爐出鋼溢渣時(shí)，部分鐵鋼隨渣流走，經(jīng)過(guò)回收,重少了氧氣消耗。由于球團礦的加入，改善了化渣效果，減少了螢石新入爐。渣鋼混雜，成分不穩定，裝人量不定。使用量，同時(shí)由于初期爐渣堿度的提高，使MgO在渣中針對鐵鋼軋的現有技術(shù)情況，提出使用球團礦代替的溶解度降低,使爐襯少受侵蝕，有利于提高轉爐爐齡。部分冷料,從而提高轉爐金屬利用率,降低冶煉成本。2.4物料平衡計算2反應機理本模型以轉爐100 kg鐵水為基準對其物料及能量進(jìn)2.1熱力學(xué)分析行系統的計算，由物料及能量模型計算可知，在該模型球團礦作為冷卻劑，對冷卻有影響的主要是其中的參數設定及假定條件下，100 kg鐵水經(jīng)轉爐冶煉轉化成Fe氧化物，以Fe2O3為主。由熱力學(xué)分析，Fe2O3在- -定鋼水可富余15 610.42 kJ熱量，而1 kg廢鋼轉化成鋼水溫度下可以被鐵水中的碳元素還原，反應式為需吸收1528.38kJ熱量，1kg生鐵轉化成鋼水需吸收Fe2O3 + 3[C]= 2Fe + 3CO↑(1)1 030.90 kJ熱量, 1 kg球團加入轉爐需吸收5 447.12 kJ熱量。本模型利用100 kg鐵水富余的熱量為計算基礎，OG= - 494- 505.36T(2)采用廢鋼、生鐵、球團單獨作為冷料,需加入10.21 kg廢實(shí)際生產(chǎn)，需要使用化學(xué)反應等溫方程式為鋼、15.14 kg生鐵或者2.87 kg球團。表1為冶煉模式物OG,=S,G*+RTna-as p(3)料平衡表。表2為冶煉模式原料需求及副產(chǎn)品清單。表1 (鐵水+球團) 冶煉模式物料平衡式中: a為化學(xué)反應中Fe單質(zhì)的活度; a2為化學(xué)反應中收入FezO3的活度; a;為化學(xué)反應中[C] 的活度; p為化學(xué)反項目質(zhì)量/kg質(zhì)量分數/%二項目 質(zhì)量kg 質(zhì)量分數%應中CO氣體的壓力; p為標準大氣壓力; OG,為非標準鐵水073.09 83.49鋼水000.00 77.79狀態(tài)下的吉布斯自由能; A,GP 為標準狀況下的吉布斯自球團S0.513.93爐渣145.4111.31由能; T為化學(xué)反應中熱力學(xué)溫度; R為氣體常數。石灰5.47爐氣107.8.34球團礦可以與鐵水中的碳反應,作為冷卻劑是可行的。白鎂球8.480.66煙塵17.171.342.2 動(dòng)力學(xué)分析鐵水渣5.370.42噴戳8.560.67鐵珠0.57運用液-液反應雙膜理論,球團礦中Fe2O3的還原機理可作以下描述:①(Fe2O3) 從渣相通過(guò)渣鋼邊界層向氧氣68.79 .5.35黃石1.660.13渣鋼界面擴散;②鋼中[C]通過(guò)鋼渣邊界層向鋼渣界面輕燒白云石1.66擴散;③在鋼渣界面發(fā)生化學(xué)反應;④在界面上生成的合計1 285.24100.00合計1285.58 100.00鐵向鋼中擴散;⑤產(chǎn)物CO在界面處長(cháng)大、上浮，穿過(guò)計算誤差= [(收入項-支出項)/收入項] x 100%=渣鋼邊界層進(jìn)入渣相，最后排入爐氣中。在以上5個(gè)環(huán)- 0.0264%。節中，對于第③步,即渣鋼間的界面反應，在煉鋼高溫條表2鐵水全配球團冶煉模式原料需求及副產(chǎn)品清單件下，化學(xué)反應的速率- -般非常迅速，界面上的反應物和鐵水kg69 750.58生成物總是接近平衡的，它不可能成為限制性環(huán)節對于球團kg3 283.41第⑤步,高溫下co氣相傳質(zhì)速率快,該步也不可能成為石灰kg4 570.9限制性環(huán)節。對①、②和④三步擴散速率進(jìn)行了計算，結白鎂球/kg551.03果表明，第①步的最大速率最小，(Fe2Oz) 從渣相通過(guò)渣輕燒4kg108.11鋼邊界層向渣鋼界面的擴散為還原反應的限制性環(huán)節。因氧氣/m’3682.07此改善爐渣流動(dòng)性,加快化渣速度是使用球團礦的關(guān)鍵。螢石/kg108.12.3爐 渣的變化過(guò)程爐渣/kg9451.80由于球團礦的加人，在轉爐煉鋼過(guò)程中，增加了前爐氣/m}5 208.3期渣的(FeO)含量，提高了石灰熔化率,提高了前期渣煙塵/kgI 16.01的形成速度及中期渣的物化性能。提高了爐渣堿度，從3半工 業(yè)實(shí)驗而改善了冶煉過(guò)程中的脫磷、脫硫效果。由于前期渣形成速度快，爐渣化得透，供氧槍位比3.1 半工業(yè)實(shí)驗設中國煤化工較穩定，減輕或防止了激烈的碳氧反應造成的返干和金經(jīng)過(guò)初步實(shí)驗，MHCNMHGF的冶煉屬?lài)姙R。同時(shí)由于含高氧化鐵的復合球團在吹煉中期被(下轉第35頁(yè))3《工業(yè)加熱》第40卷2011年第6期最工藝研究_通過(guò)對爐渣進(jìn)行XRD分析檢測出部分主要元素以FeO、.參考文獻:2CaO . SiO2、CarFe2Os、 (Mg, Fe)2 SiO。等化合物形式存[1]陳盛建，高宏亮鋼渣綜合利用技術(shù)及展望[I]. 南方金屬,2004 (5): 1-4.在[2] 朱桂林.中國鋼鐵工業(yè)固體廢物綜合利用的現狀和發(fā)展[J].(2)將不同粒度的爐渣進(jìn)行精細還原實(shí)驗，結果表中國冶金報，2003 (3): 34-41.月: 爐渣在900~1 000 C經(jīng)2~4 h的還原，能大部[3]張雷，王飛，陳霞、鋼鐵渣資源開(kāi)發(fā)利用現狀和發(fā)分實(shí)現非磁性FerO3→磁性Fe的轉化;爐渣在1 000 C展途徑初探[J]. 中國廢鋼鐵，2006 (1): 42-44.下還原比在900 C下還原度要高9%左右,經(jīng)4h還原比[4] 李士琦，李瑾， 高金濤,等.超細赤鐵礦粉非溶態(tài)還原實(shí)驗研究[].北京科技大學(xué)學(xué)報，2010 (11): 1412-1417.2h的要高12%左右，>400目的爐渣要比>80目的高[$]楊釗.轉爐鋼渣資源綜合利用的可行性研究[].有色金2.3%左右。屬設計，2007 (04): 9-12, 17.(3) 對還原前后爐渣粒度分布情況進(jìn)行測定，結果[6]高安卿.轉爐鋼渣燒配水泥熟料及其試生產(chǎn)[I].環(huán)境工程,1996 (2): 41-44.表明兩者粒徑分布情況基本- -致, 平均粒度在5 um左右，[7] 王筱留，鋼鐵冶金學(xué)(煉鐵部分) [M]. 北京:冶金工業(yè)出粒徑分布為0.4 ~ 40 um,表明還原過(guò)程中顆粒之間并未版社，2005: 80-87發(fā)生燒結，還原產(chǎn)物仍為粉狀，為采用物理方法將鐵元[8]張家蕓.冶金物理化學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2004:素與其他雜質(zhì)元索進(jìn)一步分離提供了依據。198-214.(上接第31頁(yè))煉成本，根據半工業(yè)實(shí)驗，噸鋼成本可降低10元以上。工藝參數有了一定的認識，根據實(shí)際情況決定以以下為除此之外，出鋼w(C) 穩定在0.04 ~ 0.10,這有利于基礎制定現場(chǎng)球團加料方案:控制出鋼溫度。出鋼w(P)穩定在0.01 ~ 0.02,說(shuō)明渣(1)先兌鐵水;的堿度在合適的范圍內。終渣w(SiO2)為14%~ 16.5%。(2)然后加入生鐵和廢鋼;終渣w(CaO)為45%~ 50%。終渣w(MgO)為8.8%~ 12%。(3)開(kāi)始吹氧冶煉;終渣w(FeO)為14%~ 18%。 終渣堿度為2.8 ~ 3.4。(4)球團量的30%隨第-批料加入400 kg;根據半工業(yè)實(shí)驗結果爐渣成分分析結果，爐渣終點(diǎn)(5)剩余量根據實(shí)際情況在中后期加入800 kg。w(Fe0)控制在16%左右，保證了終點(diǎn)渣的流動(dòng)性;3.2 半工業(yè)實(shí)驗冶 金效果分析w(Mg0)控制在10%左右，保證了耐火材料的壽命和濺根據以上設計進(jìn)行半工業(yè)實(shí)驗,根據實(shí)驗爐次的冶渣護爐的效果;堿度控制住3.0左右，保證了轉爐的脫磷煉情況，選取與之相似的非實(shí)驗爐次的氧氣消耗、石灰效果。消耗、金屬料消耗等進(jìn)行對比，結果如表3 ~表5所示。4結論表3實(shí)驗爐次和非實(shí)驗爐次平 均噸鋼氧耗對比項目耗氧量/m2出鋼最/t噸鋼耗氧m?西寧轉爐使用球團代替冷料用于生產(chǎn)是可行的,由于實(shí)驗爐次29 780570.7652.176用球團代替生鐵,球團主要含有Fe2O3,補充了一部分氧,非實(shí)驗爐次58 1741 051.385.331使得氧耗降低3 m/。實(shí)驗方法有效地減少石灰加入量表4實(shí)驗爐次和非實(shí)驗爐次平均噸鋼石灰消耗對比4 kg/t,這是由于能夠精確地控制爐渣堿度，減少石灰的石灰消耗量/kg出鋼量/ 噸鋼石灰消耗kg_浪費。實(shí)驗爐次的金屬料消耗比較穩定,而且比非實(shí)驗爐28 72350.325次的金屬料消耗降低18 kg/t,有利于提高金屬收得率。57 19854.403以球團代替冷料用于轉爐生產(chǎn)，能有效降低冶煉成表5實(shí)驗爐次和非實(shí)驗爐次平均噸鋼金屬料消耗對比本，根據半工業(yè)實(shí)驗，噸鋼成本可降低10元以上。金屬料消耗kg出鋼量/噸鋼金屬料kg_爐渣終點(diǎn)FeO控制在16%左右，保證了終點(diǎn)渣的流672 3551178動(dòng)性，w(Mg0)控制在10%左右，保證了耐火材料的壽命1257 450! 051.381 196和濺渣護爐的效果;堿度控制住3.0左右，保證了轉爐的從表3中可以看出，實(shí)驗方法噸鋼氧耗降低了3m?,脫磷效果。這是由于用球團代替生鐵，球團主要含有Fe2O3,補充了一部分氧， 使得氧耗降低。參考文獻: .從表4與表5中可以看出，實(shí)驗方法可以有效地減[1]汪春雷，趙和明.轉爐爐料結構調整計算和比較[C] //特鋼少石灰加人量4 kg/t,是由于能夠精確地控制爐渣堿度,冶煉學(xué)術(shù)委員會(huì )20029 年會(huì )論文集青島:出版者不詳],減少石灰的浪費。實(shí)驗爐次的金屬料消耗比較穩定，比2009: 121-126. .中國煤化工非實(shí)驗爐次的金屬料消耗降低18 kg/t,有利于提高金屬[2]孫宗輝，孫守樣. 轉MHCNMHG [n].煉鋼，2008, 24(5): 23-28.收得率。以球團代替冷料用于轉爐生產(chǎn),能有效降低冶3: