转炉炉料结构优化的研究

最工艺研究《工业加热》第40卷2011年第6期DOI: 10.3969/j. isn. 1002-1639.2011.06.010转炉炉料结构优化的研究杨凌志'，朱茶'， 肖飞虎'.2,董凯', 张伟2，张玉环2(1.北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京10083; 2. 西宁特殊钢股份有限公司，青海西宁810005)摘要:通过对转炉添加球团作为冷料进行研究，对炉料结构进行优化，降低了氧气、石灰和金属料的消耗，提高了金属收得率，取得了良好冶炼效果。关键词:转炉;球团;炉料结构中图分类号: TF702文献标志码: A文章编号: 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转炉冶炼需要加入冷却剂平衡炉内,目前常用的冷1概述却剂有废钢、生铁、矿石、球团、烧结矿、锰矿等。由.于冷却剂的吸热量、含铁量、含渣量等均有较大差异，西宁特钢铁钢轧分厂(以下简称铁钢轧),由炼铁, .对炉内的影响也各不相同，特别是冷却剂的使用成本不炼钢，轧钢全流程组成，炼钢流程采用65 t顶吹转炉同，对吨钢成本影响较大。因此冷却剂的使用关系到炼1台，70tLF精炼炉2台，双工位VD真空精炼炉1台，钢的生产成本。本文通过对西宁特钢转炉添加球团作为五机五流方坯连铸机1台，年产量70万t。国内废钢资源短缺，因为地理位置的原因，西宁特冷料进行研究，对炉料结构进行优化，取得良好冶炼效钢铁钢轧废钢供应更加不足，在长期生产过程中,其转果-2]。炉炉料结构发展出自己的特点。铁钢轧拥有两座500 m高炉，除部分供应其他车间电弧炉外，铁水供应转炉冶炼需求。收稿日期: 2011-06-08; 修回日期: 2011-10-11作者简介:杨凌志(1987-),男，湖南省衡阳市人，在读博士研究铁钢轧正常生产中无外购废钢，场内自产轧钢料头生，主要从事炼钢方面的研究工作。和连铸坯头，成分稳定， 无杂物，但是量不足，每炉次管输出功率加大、快速升温,在换带期间要完成带钢温度该情况是根据带速和带钢温度设定值两者进行计算和的提升，焊缝出炉后，带钢出口温度重新设定在750C.调整，保证带钢温度在设定值附近波动。可以看出，在换带期间内，要调整出口带温设定，使辐3结论射管功率快速加大或者减小，使得带钢出口实际温度与(1)本文建立热镀锌退火炉过渡模型,通过速度以及设定值快速响应，才能保证焊缝前后的带钢温度都能保RTF出口带温控制来计算辐射管功率,实现辐射管快速证在合理范围内。图5是辐射管功率在换带期间随时间的变化情况。反应，达到带钢出口温度稳定过渡。(2)实际在线控制情况下，在换带过程中，模型通辐射管功率随时间的变化情况过自动设定辐射管出口温度以及退火炉速度,来保证带00r钢不超过极限温度。换带结束后，带钢温度与设定值偏实60|差在+10 C以内，稳定性较好。R 40|中国煤化工50 100 150 200 25参考文献: .C NMHG时间/s[1]金武明.冷轧连续退火炉⊥zx技双子侠尘研元小玉钢技MH图5辐射管功率随时间的变化情况术, 2007 (5): 20-22.30工艺研究《工业加热》第40卷2011年第6期仅能保证1 ~ 3t供应。还原成铁进入钢液，减少了铁水本身氧化所造成的金属铁钢轧生铁全部为自产生铁，在转炉检修时将高炉损失，并使终渣氧化铁含量与正常生产炉次相比基本保铁水铸成生铁块,全部供应转炉生产，其成分不稳定,供持不变，提高了金属收得率，同时缩短了供氧时间，海应量充足。转炉出钢溢渣时，部分铁钢随渣流走，经过回收,重少了氧气消耗。由于球团矿的加入，改善了化渣效果，减少了萤石新入炉。渣钢混杂，成分不稳定，装人量不定。使用量，同时由于初期炉渣碱度的提高，使MgO在渣中针对铁钢轧的现有技术情况，提出使用球团矿代替的溶解度降低,使炉衬少受侵蚀，有利于提高转炉炉龄。部分冷料,从而提高转炉金属利用率,降低冶炼成本。2.4物料平衡计算2反应机理本模型以转炉100 kg铁水为基准对其物料及能量进2.1热力学分析行系统的计算，由物料及能量模型计算可知，在该模型球团矿作为冷却剂，对冷却有影响的主要是其中的参数设定及假定条件下，100 kg铁水经转炉冶炼转化成Fe氧化物，以Fe2O3为主。由热力学分析，Fe2O3在- -定钢水可富余15 610.42 kJ热量，而1 kg废钢转化成钢水温度下可以被铁水中的碳元素还原，反应式为需吸收1528.38kJ热量，1kg生铁转化成钢水需吸收Fe2O3 + 3[C]= 2Fe + 3CO↑(1)1 030.90 kJ热量, 1 kg球团加入转炉需吸收5 447.12 kJ热量。本模型利用100 kg铁水富余的热量为计算基础，OG= - 494- 505.36T(2)采用废钢、生铁、球团单独作为冷料,需加入10.21 kg废实际生产，需要使用化学反应等温方程式为钢、15.14 kg生铁或者2.87 kg球团。表1为冶炼模式物OG,=S,G*+RTna-as p(3)料平衡表。表2为冶炼模式原料需求及副产品清单。表1 (铁水+球团) 冶炼模式物料平衡式中: a为化学反应中Fe单质的活度; a2为化学反应中收入FezO3的活度; a;为化学反应中[C] 的活度; p为化学反项目质量/kg质量分数/%二项目 质量kg 质量分数%应中CO气体的压力; p为标准大气压力; OG,为非标准铁水073.09 83.49钢水000.00 77.79状态下的吉布斯自由能; A,GP 为标准状况下的吉布斯自球团S0.513.93炉渣145.4111.31由能; T为化学反应中热力学温度; R为气体常数。石灰5.47炉气107.8.34球团矿可以与铁水中的碳反应,作为冷却剂是可行的。白镁球8.480.66烟尘17.171.342.2 动力学分析铁水渣5.370.42喷戳8.560.67铁珠0.57运用液-液反应双膜理论,球团矿中Fe2O3的还原机理可作以下描述:①(Fe2O3) 从渣相通过渣钢边界层向氧气68.79 .5.35黄石1.660.13渣钢界面扩散;②钢中[C]通过钢渣边界层向钢渣界面轻烧白云石1.66扩散;③在钢渣界面发生化学反应;④在界面上生成的合计1 285.24100.00合计1285.58 100.00铁向钢中扩散;⑤产物CO在界面处长大、上浮，穿过计算误差= [(收入项-支出项)/收入项] x 100%=渣钢边界层进入渣相，最后排入炉气中。在以上5个环- 0.0264%。节中，对于第③步,即渣钢间的界面反应，在炼钢高温条表2铁水全配球团冶炼模式原料需求及副产品清单件下，化学反应的速率- -般非常迅速，界面上的反应物和铁水kg69 750.58生成物总是接近平衡的，它不可能成为限制性环节对于球团kg3 283.41第⑤步,高温下co气相传质速率快,该步也不可能成为石灰kg4 570.9限制性环节。对①、②和④三步扩散速率进行了计算，结白镁球/kg551.03果表明，第①步的最大速率最小，(Fe2Oz) 从渣相通过渣轻烧4kg108.11钢边界层向渣钢界面的扩散为还原反应的限制性环节。因氧气/m’3682.07此改善炉渣流动性,加快化渣速度是使用球团矿的关键。萤石/kg108.12.3炉 渣的变化过程炉渣/kg9451.80由于球团矿的加人，在转炉炼钢过程中，增加了前炉气/m}5 208.3期渣的(FeO)含量，提高了石灰熔化率,提高了前期渣烟尘/kgI 16.01的形成速度及中期渣的物化性能。提高了炉渣碱度，从3半工 业实验而改善了冶炼过程中的脱磷、脱硫效果。由于前期渣形成速度快，炉渣化得透，供氧枪位比3.1 半工业实验设中国煤化工较稳定，减轻或防止了激烈的碳氧反应造成的返干和金经过初步实验，MHCNMHGF的冶炼属喷溅。同时由于含高氧化铁的复合球团在吹炼中期被(下转第35页)3《工业加热》第40卷2011年第6期最工艺研究_通过对炉渣进行XRD分析检测出部分主要元素以FeO、.参考文献:2CaO . SiO2、CarFe2Os、 (Mg, Fe)2 SiO。等化合物形式存[1]陈盛建，高宏亮钢渣综合利用技术及展望[I]. 南方金属,2004 (5): 1-4.在[2] 朱桂林.中国钢铁工业固体废物综合利用的现状和发展[J].(2)将不同粒度的炉渣进行精细还原实验，结果表中国冶金报，2003 (3): 34-41.月: 炉渣在900~1 000 C经2~4 h的还原，能大部[3]张雷，王飞，陈霞、钢铁渣资源开发利用现状和发分实现非磁性FerO3→磁性Fe的转化;炉渣在1 000 C展途径初探[J]. 中国废钢铁，2006 (1): 42-44.下还原比在900 C下还原度要高9%左右,经4h还原比[4] 李士琦，李瑾， 高金涛,等.超细赤铁矿粉非溶态还原实验研究[].北京科技大学学报，2010 (11): 1412-1417.2h的要高12%左右，>400目的炉渣要比>80目的高[$]杨钊.转炉钢渣资源综合利用的可行性研究[].有色金2.3%左右。属设计，2007 (04): 9-12, 17.(3) 对还原前后炉渣粒度分布情况进行测定，结果[6]高安卿.转炉钢渣烧配水泥熟料及其试生产[I].环境工程,1996 (2): 41-44.表明两者粒径分布情况基本- -致, 平均粒度在5 um左右，[7] 王筱留，钢铁冶金学(炼铁部分) [M]. 北京:冶金工业出粒径分布为0.4 ~ 40 um,表明还原过程中颗粒之间并未版社，2005: 80-87发生烧结，还原产物仍为粉状，为采用物理方法将铁元[8]张家芸.冶金物理化学[M].北京:冶金工业出版社，2004:素与其他杂质元索进一步分离提供了依据。198-214.(上接第31页)炼成本，根据半工业实验，吨钢成本可降低10元以上。工艺参数有了一定的认识，根据实际情况决定以以下为除此之外，出钢w(C) 稳定在0.04 ~ 0.10,这有利于基础制定现场球团加料方案:控制出钢温度。出钢w(P)稳定在0.01 ~ 0.02,说明渣(1)先兑铁水;的碱度在合适的范围内。终渣w(SiO2)为14%~ 16.5%。(2)然后加入生铁和废钢;终渣w(CaO)为45%~ 50%。终渣w(MgO)为8.8%~ 12%。(3)开始吹氧冶炼;终渣w(FeO)为14%~ 18%。 终渣碱度为2.8 ~ 3.4。(4)球团量的30%随第-批料加入400 kg;根据半工业实验结果炉渣成分分析结果，炉渣终点(5)剩余量根据实际情况在中后期加入800 kg。w(Fe0)控制在16%左右，保证了终点渣的流动性;3.2 半工业实验冶 金效果分析w(Mg0)控制在10%左右，保证了耐火材料的寿命和溅根据以上设计进行半工业实验,根据实验炉次的冶渣护炉的效果;碱度控制住3.0左右，保证了转炉的脱磷炼情况，选取与之相似的非实验炉次的氧气消耗、石灰效果。消耗、金属料消耗等进行对比，结果如表3 ~表5所示。4结论表3实验炉次和非实验炉次平 均吨钢氧耗对比项目耗氧量/m2出钢最/t吨钢耗氧m?西宁转炉使用球团代替冷料用于生产是可行的,由于实验炉次29 780570.7652.176用球团代替生铁,球团主要含有Fe2O3,补充了一部分氧,非实验炉次58 1741 051.385.331使得氧耗降低3 m/。实验方法有效地减少石灰加入量表4实验炉次和非实验炉次平均吨钢石灰消耗对比4 kg/t,这是由于能够精确地控制炉渣碱度，减少石灰的石灰消耗量/kg出钢量/ 吨钢石灰消耗kg_浪费。实验炉次的金属料消耗比较稳定,而且比非实验炉28 72350.325次的金属料消耗降低18 kg/t,有利于提高金属收得率。57 19854.403以球团代替冷料用于转炉生产，能有效降低冶炼成表5实验炉次和非实验炉次平均吨钢金属料消耗对比本，根据半工业实验，吨钢成本可降低10元以上。金属料消耗kg出钢量/吨钢金属料kg_炉渣终点FeO控制在16%左右，保证了终点渣的流672 3551178动性，w(Mg0)控制在10%左右，保证了耐火材料的寿命1257 450! 051.381 196和溅渣护炉的效果;碱度控制住3.0左右，保证了转炉的从表3中可以看出，实验方法吨钢氧耗降低了3m?,脱磷效果。这是由于用球团代替生铁，球团主要含有Fe2O3,补充了一部分氧， 使得氧耗降低。参考文献: .从表4与表5中可以看出，实验方法可以有效地减[1]汪春雷，赵和明.转炉炉料结构调整计算和比较[C] //特钢少石灰加人量4 kg/t,是由于能够精确地控制炉渣碱度,冶炼学术委员会20029 年会论文集青岛:出版者不详],减少石灰的浪费。实验炉次的金属料消耗比较稳定，比2009: 121-126. .中国煤化工非实验炉次的金属料消耗降低18 kg/t,有利于提高金属[2]孙宗辉，孙守样. 转MHCNMHG [n].炼钢，2008, 24(5): 23-28.收得率。以球团代替冷料用于转炉生产,能有效降低冶3: