分享： 150 t转炉缩短冶炼周期的生产实践

唐钢一钢轧厂现有3座150 t顶底复吹转炉，3座LF钢包精炼站，2座双工位RH精炼站和2台双流板坯连铸机（分别为1700连铸和1810连铸）[1]，设计年产能为450万t，目前主要产品为低碳冷轧料、中碳结构钢、耐候钢、焊丝钢等，产品产量占到总产量的70%以上。

2019年开始，为响应公司提产增效的号召，一钢轧厂基于目前的生产条件充分发掘设备、工艺潜力，进行了缩短转炉冶炼周期的相关研究。

1.   现状

转炉冶炼周期统计方法为本炉次吹炼开始时间到下一炉次吹炼开始时间，统计钢种包括SS400、SPHC系列钢种，数据采自2019年1月—4月，对比铁耗760~1000 kg/t（每隔30 kg/t列为一组）的转炉冶炼周期如图1所示，从统计结果可知，铁耗在850~970 kg/t时转炉冶炼周期处于较低水平，铁耗在910~940 kg/t时的转炉冶炼周期33.8 min在各对比组中周期最短。

以铁耗910~940 kg/t下转炉冶炼周期为研究对象，对转炉冶炼操作细化分解为吹炼过程、拉碳过程、出钢过程等共计10个步骤，列出转炉冶炼各步骤所占时间的pareto图如图2所示。

从图2可以发现，影响转炉冶炼周期的主要包括吹炼过程、出钢过程、拉碳过程和溅渣过程，所占比例高达83.6%，降低这4个过程所消耗的时间可有效缩短转炉冶炼周期。

结合我厂的实际控制水平和其他生产厂对标情况，最终我厂制定了转炉冶炼周期的目标为24 min[2]。

2.   影响因素分析

分别从吹炼过程、出钢过程、拉碳过程和溅渣过程查找原因，对影响转炉冶炼周期的因素逐级分析，从各过程控制时间长的一次原因入手，最多分析到五次原因，共计梳理出末端因素17项，通过相关性试验，得到主要因素分别为：1）氧枪喷头设计喉口直径小，吹炼过程供氧强度低，导致吹炼时间较长；2）铁水预处理扒渣效果和石灰质量较差，易导致吹炼过程造渣效果不好，影响预处理脱硫和转炉脱磷效果，导致一次拉碳率低，吹炼和拉碳时间较长；3）转炉出钢口设计内径较小，影响出钢时间。下面针对以上几个主要因素进行措施优化。

3.   优化措施及改善效果

3.1   优化氧枪喷头结构

提高氧枪供氧强度可有效促进转炉内碳氧反应，提高脱碳速率，从而缩短吹氧时间[3]。2019年5月，为提高氧枪喷头的供氧强度，一钢轧厂联合氧枪喷头供应商共同设计、开发大流量氧枪喷头，拟在相同氧压条件下提高供氧强度（图3），将喉口直径由35增加至39 mm，出口直径由48.5增加至50.7 mm（表1），供氧强度由3.3提高至3.8 m3/（min·t），理论吹氧时间可缩短至12 min以内[4−6]。

分别统计2019年4月和6月的平均吹炼时间，措施实施后，供氧强度平均提高0.34 m3/（min·t），吹炼时间由15.42缩短至11.67 min，转炉冶炼周期可缩短3.75 min。

3.2   改善生石灰块质量

生石灰块（以下简称石灰）是转炉吹炼过程中造渣的重要原料，质量好的石灰具有有效CaO高、粒度均匀适中（一般为10~50 mm）、活性度高（一般要求≥350）和强度高等特点。在石灰料仓对石灰检查中发现存在石灰生烧、粒度不均、石灰易粉碎等问题，因石灰中有效CaO较低，炉渣碱度偏低无法提供良好的脱磷、脱硫条件，造渣剂使用量增加又导致渣量增加不利于控制金属收得率。

针对这些问题，我厂制定了石灰合格率＞95%的目标，具体措施如下：1）在原有常规每月2次检查计划中增加每周随机抽查1~2次，主要对刚卸车的石灰进行水化实验，对石灰粒度、成分和活性度的检查、化验，评价石灰的水化速度和水化后残留物多少；2）完善班组检查机制，每班对石灰进行水化试验并记录，对有异常石灰的车次及时叫停卸车并反馈相关负责人采取进一步措施。

通过以上措施的实施，6月份外购石灰质量合格率达到96.68%，继续跟踪石灰质量情况和使用效果，外购石灰质量合格率在96.68%~98.12%，跟踪转炉终渣碱度也较5月份平均炉渣碱度2.74提高至2.85~2.91，可满足炼钢要求，如图4~5所示。

3.3   提高铁水预处理扒渣效果

为减轻转炉和LF精炼的脱硫压力，往往采用铁水预处理脱除部分硫。一钢轧厂装备2座预处理脱硫站采用喷吹颗粒镁工艺，具有脱硫处理时间短的优势，但因唐钢高炉设置较分散、铁水运输距离相差较大，鱼雷罐需要倒罐站将铁水折入铁包才能进入炼钢工序，环保形势的日趋严峻等多种原因，一钢轧厂经常出现铁水无法及时供应的问题，为保证生产节奏的稳定，常规钢种预处理扒渣率仅有50%~60%，扒渣效果极不理想。

为减少铁水渣带入导致的转炉炉渣碱度低、渣量大等问题，提高铁水预处理扒渣效果需要从2方面入手：一是提高预处理扒渣率至90%以上，二是提高扒渣后铁水亮面率≥80%。5月份措施实施后，5~7月份扒渣率逐步提高到91.89%，铁水亮面率符合要求，如图6所示。

3.4   改善转炉底吹效果

转炉底吹系统通过从转炉底部供气，配合顶吹氧枪射流，可以提高转炉内钢液的搅拌效果。良好的底吹制度可以减少炉内死区，加快转炉内部碳氧反应，促进成分均匀化。

我厂转炉最多可安装8支底吹枪，因前期炉底维护方式等多种原因，在炉龄超过6000炉后底吹效果明显减弱，影响吹炼时间的缩短和转炉终点命中率的提高。为解决这个问题，我厂及时调整炉衬维护方案，每班检测炉底渣层厚度，根据渣层厚度分别调整轻烧白云石加入量、补炉方案、单支底吹流量、溅渣物料加入量和溅渣枪位，并增加了底吹报警装置，在单支底吹压力＜0.2 MPa、单支流量＜25 m3/h时语音报警。方案实施后，截止8月29日，炉龄达到9644炉，未发生底吹枪堵塞的情况[7]。

3.5   改进出钢口内径设计

转炉出钢口内径尺寸影响转炉出钢时间，为保证钢水脱氧后产生的夹杂物有一定的上浮时间，同时减少过程温降和增氮等问题。唐钢150 t转炉使用的是内径140 mm的出钢口，出钢时间平均为5.5 min，仍有缩短出钢时间的能力，拟将出钢口内径尺寸扩大至150 mm，理论出钢时间可缩短40 s。并在5月份组织试验5支新型出钢口，出钢时间缩短46 s，此后，转炉全部采用150 mm内径出钢口方案[8]。

3.6   其他措施及结果

1）调整废钢结构配比，减少破碎料使用量，6~7月份废钢配比合格率达到100%；

2）溅渣过程使用镁碳护炉料代替石灰石块和白云石块，平均溅渣时间可由3.21缩短至1.48 min；

3）因石灰质量、废钢配比、铁水扒渣效果和转炉底吹系统趋于稳定，转炉可应用不倒炉出钢工艺，可减少摇炉时间和拉碳时间平均3.66 min[9]；

4）提高钢包周转率，钢包加盖，可减少钢包温度散失，减少转炉出钢温低补吹的占比。

4.   结束语

1）通过优化氧枪喷头结构，供氧强度平均提高0.34 m3/（min·t），吹炼时间由15.42缩短至11.67 min，转炉冶炼周期可缩短3.75 min；

2）通过改进出钢口内径设计，由原始的140 mm设计内径改进为150 mm，出钢时间由5.5 min平均缩短46 s；

3）通过溅渣过程使用镁碳护炉料代替石灰石块和白云石块，平均溅渣时间可由3.21缩短至1.48 min，溅渣时间缩短1.73 min；

4）通过改善石灰质量、调整废钢结构、提高铁水扒渣率、维护转炉底吹系统等多种措施，转炉冶炼条件趋于稳定，可应用不倒炉出钢工艺，减少摇炉时间和拉碳时间共计3.66 min；

5）通过采取上述措施后，稳定了生产条件，为缩短转炉冶炼周期提供了有力保障，冶炼周期可由33.8 min降低9.91 min，最终降低至23.89 min，圆满完成了我厂预设的转炉冶炼周期目标。

文章来源——金属世界