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摘要:探讨了70吨电炉高配铁水工艺,通过高配铁水试验,分析试验炉次对冶炼时间、消耗指标(电耗、氧耗、碳粉消耗及天然气消耗)与成本分析、钢水中P、S含量及除尘设备等方面的影响,摸索出了70吨电炉高配铁水比例为50%的炼钢工艺。
关键词:电炉;高配铁水;工艺研究
前言
我国是一个发展中的大国,废钢严重短缺,电费昂贵,成为制约我国发展电炉钢生产的关键因素,电炉炉料中配加部分铁水时可有效地降低冶炼电耗,缩短电炉冶炼时间,提高电炉生产率。电炉在使用较大量的铁水后,其比例可达40~50%,强化用氧即等于降低电耗,供氧与供电的结合是电炉提高生产节奏和节能降耗的重要手段,强化用氧是现代电弧炉炼钢工艺的显著特点[1]。热装铁水带来大量物理、化学热,提高电炉热效率,可显著降低电耗[2]。本文重点研究增加兑入铁水比例对冶炼时间、消耗指标及钢水质量的影响,探索70吨电炉高配铁水工艺路线。
1试验情况
70吨电炉开展了高配铁水工艺试验,铁水兑入量40t左右,共试验了13炉,各炉平均使用铁水41.09t(36.6~45t)、平均铁水比为51.28%(46.7~54.5%),其中配45t铁水2炉、配43t铁水加6.3t半钢1炉,试验炉次配料情况见表1。
表1试验炉次配料统计
试验期间电炉是避峰生产,除首日试验的3炉外,其余均是在夜班生产。试验一般从每轮复产后第二炉开始,因为高炉供电炉的铁水进场时间不确定、数量时多时少、加之铁水温度波动大,铁水兑入65吨罐后,铁水粘罐量波动大(最多1次粘罐达3吨),造成实际入炉铁水波动较大。
2效果分析
1)冶炼时间(表2)
全部试验炉次总平均冶炼时间为70.5分钟,扣除扎炉门坎、等料和设备故障后,纯冶炼时间平均66.3分钟,较同期配30t左右铁水(即1小罐铁水,纯冶炼时间58.1分钟)长8.2分钟。除去配45t铁水2炉(0084、0089炉)、配43t铁水6.3t半钢1炉外(0059炉),即配铁水43t以下炉次(平均配铁水40.16t/炉),冶炼时间平均为67.3分钟,扣除扎炉门、等料和设备故障后,纯冶炼时间平均61.8分钟,较配30t铁水长3.7分钟,但完全能与本厂连铸周期匹配。
表2试验炉次时间统计
纯冶炼时间延长的主要原因是脱C时间大大延长,试验各炉次平均停电吹氧时间为28.3分钟,而配30t铁水及全冷料炉次基本上无停电吹氧时间,所以试验炉次尽管送电时间较配30t铁水缩短了21.1分钟,但总时间仍然有所延长。
造成停电吹氧时间长的原因是:
(1)与配30t铁水比(一般外加生铁约4t/炉),配C量提高约0.3%,脱C量相应增加约0.3%;
(2)为减少炉门跑钢,被迫降低冶炼全程特别是中前期吹氧强度,这也延长了脱C时间。
各炉次纯冶炼时间波动较大(57~90分钟),主要受停电吹氧时间波动影响(19~53分钟),一是各炉次实际配C量波动较大,二是不同炉次实际控制的吹氧强度波动较大。各炉次送电时间也有波动(22~34.5分钟),送电时间波动主要受全炉冶炼时间长短、铁水比、铁水温度、前炉出钢后炉内余水余渣量、出钢温度等因素波动的综合影响。
2)消耗指标与成本比较
试验炉次与原配30t铁水炉次电耗、氧耗、天然气消耗、C粉消耗情况见表3。
表3电耗、氧耗、天然气消耗、C粉消耗比较
(1)电耗
试验炉次电耗情况见表4,各炉总平均冶炼电耗185.8kwh/t料,折算到实际钢水量,为208.3kwh/t水,较配30吨铁水降低了54.11kwh/t水,较使用全冷料炉次(电耗393kwh/t水)降低了184kwh/t水。相当于每增加1%的铁水比,电耗降低约3.6kwh/t水。
各炉电耗波动较大(159~212kwh/t料、196.69~236.24kwh/t水),受全炉冶炼时间长短、铁水比(及配C量,氧耗影响电耗)、铁水温度、前炉出钢后炉内余水余渣量、出钢温度等因素的综合影响。如0020炉,为本轮生产的第4炉,铁水温度较高、冶炼时间较短、出钢温度较低、0019炉出钢后余水余渣较多,电耗最低,为176.77kwh/t水;0061炉,其铁水比较低、铁水温度较低、冶炼时间较长、出钢温度较高、0060炉出钢后余水余渣较少,结果电耗最高,达到236.24wh/t水。
表4试验炉次电耗统计
(2)氧耗
试验炉次氧耗情况见表5,各炉总平均冶炼氧耗41.06Nm3/t料,折合到实际钢水氧耗46.11Nm3/t水,较配30t铁水炉次(40.56Nm3/t水)高5.55Nm3/t水。
试验炉次较配30t铁水炉次配C量提高了约0.3%,估算脱C所需氧耗要增加约4.2Nm3/t水(氧气利用率按70%计算,氧化0.01%的C耗氧约0.14Nm3/t水),而且因冶炼时间延长烧嘴氧耗平均增加了约3.1Nm3/t水(1min约0.37Nm3/t水),总氧耗应当增加7.3Nm3/t水以上,但实际增加要少约2Nm3/t水,其主要原因是试验炉次主要使用炉门氧枪,可根据实际钢液面高度,通过调整氧枪高度与角度,使氧气射流能较好的深入钢液,因此氧气利用率大大提高,从而降低了氧耗;而原来配30t铁水炉次采用炉壁氧枪,其氧气射流的位置与角度固定,特别在钢液面较低时,其射入钢液深度受到很大限制,氧气利用率不高。
表5试验炉次氧耗统计
试验各炉氧气消耗波动较大(40.25~58.68Nm3/t水),主要受实际配C量(影响脱C耗氧量)、冶炼时间(影响烧嘴氧耗)、采用炉门供氧的比例(影响氧气利用率)等因素影响。如0059炉,配43t铁水加6.3t半钢,配C量达2.36%,且冶炼时间长,烧嘴氧耗达19.31Nm3/t水,总氧耗达54.72Nm3/t水;0089炉,因炉门氧枪故障全采用炉壁氧枪、且冶炼时间长、配C量较高(约2.22%),结果氧耗高达58.68Nm3/t水。
(3)天然气与C粉消耗
因为电炉冶炼过程烧嘴在吹氧与不吹氧时均有一定流量,试验炉次因为冶炼时间延长,导致天然气消耗略有增加(0.38Nm3/t水)。
在冶炼前期开始吹氧后,因为炉渣发生乳化后发泡高度高,即使不喷C粉,依然可以获得较好的发泡效果,完全能保证埋弧良好。但是,在冶炼后期(即吹氧后期),炉渣泡沫程度明显减弱,钢液面也有所下沉,为了流渣,需要喷入适量C粉。试验炉次C粉略有增加(0.13kg/t水)。
2)试验对其它方面的影响
(1)对钢中[P]、[S]的影响(表6)
各试验炉次电炉出钢[P]均较低,石灰加入量较配30t铁水炉次少0.5~1t/炉,电炉出钢[P]平均为0.0031%,较配30t铁水炉次低约0.002%。本公司铁水[P]按0.080%,废钢P按0.025%计算,试验炉次脱P率约94%,较配30t铁水炉次脱P率提高约10个百分点。说明多配铁水后,采用炉门氧枪吹氧,炉膛更为活跃,化渣更好,石灰利用率更高,更有利于脱P,也就是说多配铁水不会增加电炉脱P负担。
各试验炉次电炉出钢S平均为0.024%,较同期正常炉次高约0.006%,但不影响非低S钢的生产。因为本公司铁水S含量较管头高0.060%以上,在铁水配比进一步提高后,肯定会大幅度增高电炉出钢S,增加LF脱S负担。
表6试验炉次钢中P、S统计
(2)对除尘等设备的影响
试验中观察,对于配40t左右铁水,按目前供氧强度(实际瞬时最大约6000Nm3/h),吹氧时产生的烟尘不是很大,烟道口喷火不太厉害,没有恶化除尘效果。但进一步提高铁水比例后,现有除尘能力能否满足要求将是个问题。
在采用炉壁氧枪吹氧时,炉渣发泡很容易覆盖氧枪,使得钢渣喷溅很小,试验炉次炉壁、炉盖粘渣不严重。
3结论
1)在目前装备条件下,电炉配40吨左右铁水,正常情况下冶炼时间可以控制在60分钟以内,完全能与本厂连铸周期匹配。
2)试验各炉总平均冶炼电耗为208.3kwh/t水,较配30吨铁水降低了54.11kwh/t水,较使用全冷料炉次(电耗393kwh/t水)降低了184kwh/t水。相当于每增加1%的铁水比,电耗降低约3.6kwh/t水。
3)试验各炉总平均冶炼氧耗为46.11Nm3/t水,较配30t铁水炉次(40.56Nm3/t水)高5.55Nm3/t水。炉门氧枪较之炉壁氧枪的氧气利用率要高得多。
4)多配铁水并采用炉门氧枪吹氧有利于脱P,试验炉次石灰消耗减少了0.5~1t/炉,电炉出钢P平均为0.003%,较配30t铁水炉次低约0.002%。试验炉次电炉出钢S平均为0.024%,较同期正常炉次高约0.006%。在铁水配比进一步提高后,将大幅度增高电炉出钢S,增加LF脱S负担。
5)配40吨左右铁水在控制供氧强度条件下产生的烟尘不是很大,对电炉相关设备影响暂时不明显。
参考文献
[1]贺庆,郭征.电弧炉炼钢强化用氧技术的发展[J].钢铁研究学报,2004,16(5):46-50.
[2]王新跃.60t电炉铁水热装冶炼效果分析[J].中国重型装备,2002(1):42-54.
作者简介:喻善均,男,硕士研究生,主要从事电炉工艺和精炼炉工艺技术管理工作。