转炉低铁耗热补偿工艺工业性试验研究.pdf

工業加熟2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023D01:10.3969/j.issn.1002-1639.2023.06.002摘要：提高废钢比、降低铁水比是目前转炉炼钢的主要趋势。为解决某钢厂转炉低铁耗冶炼带来的炉内热量不足的问题，介绍了在转炉后吹的前提下采取向炉内添加焦炭发热材料进行热补偿的工艺。通过工业性试验，探索出一种新的焦炭添加工艺：在炉内纯供氧3 5min期间加人3 4kg/t焦炭，在溅渣结束前1min内加入0 1kg/t的焦炭。结果表明：在该工艺下，转炉炉内添加约4kg/t的焦炭可实现热补偿钢水温度12.4，降低铁耗4.7 kg/t，钢水中的硫含量增加约0.0 0 2%。关键词：转炉；热平衡；热补偿；焦炭；工业性试验中图分类号：TF748.2Industrial Test Study on Coke Thermal Compensation Process with Low Iron ConsumptionNIE Xiaowu,FAN Zhongwei,WU Yongtao,ZHAO Guangfu,LEI Haizhou,LI Shuguang(Fangda Special Steel Technology Co.Ltd.,Nanchang 330012,China)Abstract:In order to solve the problem of insufficient heat in the converter caused by low iron consumption smelting in a steel plant,t theprocess of adding coke heating material to the furnace for heat compensation on the premise of converter back blowing is introduced.Throughindustrial tests,a new coke addition process is explored:add 3 4 kg/t coke during 3 5 minutes of pure oxygen supply to the furnace,andadd 0 1 kg/t coke with in 1 minute before the end of slag splashing.The results show that under this process,adding 4 kg/t coke into theconverter can realize thermal compensation,the temperature of molten steel is 12.4 C,and the iron consumption is reduced by 4.7 kg/t,andthe sulfur content in molten steel is increased by about 0.002%.Key Words:converter;heat balance;thermal compensation;coke;industrial test转炉炼钢的热量主要来源于铁水本身所具有的物理热以及铁水中元素氧化所释放的化学热，如硅、碳的氧化 。为控制炉内热平衡，转炉炼钢过程中一般通过采取控制铁水、废钢比或增、减转炉炉内矿石等消耗热量的材料等方法2-3。近年来，钢材需求量增加，钢材市场形势良好，企业为增加效益、节约资源，不断降低铁水比,提高废钢比,以实现炼钢产能最大化4。随着铁水比例的降低，转炉炉内热平衡问题逐渐成为各钢厂呕待解决的关键问题。前苏联波维茨克公司5】曾在350 t转炉内添加焦炭、油页岩和煤来提高废钢比；首钢第一炼钢厂6 、广州钢铁厂7 曾采用转炉加煤炼钢技术调节转炉热平衡；邯钢、首钢长治和福建三钢等8-1 通过添加焦炭加热剂来弥补炼钢热量；国内某些钢厂12-14 采用了向转炉内加入硅铁或锰铁等合金的方式增加转炉热量；耿志军15 对转炉采用热补偿工收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 1基金项目：江西省主要学科学术和技术带头人资助计划项目（2 0 18 2 BC B2 2 0 2 0）；江西省对外科技合作重点项目(20141BDH80029)作者简介：聂小武（19 7 6 一），男，助理工程师，研究方向为特种钢冶炼技术与管理.INDUSTRIALHEATING转炉低铁耗热补偿工艺工业性试验研究聂小武，范众维，吴涛，赵光甫，雷海洲，李树光（方大特钢科技股份有限公司，江西南昌330 0 12）文献标志码：A文章编号：10 0 2-16 39(2 0 2 3)0 6-0 0 0 5-0 4艺提高终点命中率进行了研究，认为采用碳质热补偿材料是一种经济高效的方法。目前，某钢厂2 0 2 0 年转炉铁耗控制在8 50.36 kg/t，在整体缺铁少钢的前提下，需要转炉降低铁耗，因此，转炉热平衡问题成为主要攻关课题。本文统计了2 0 2 0年之前50 0 0 炉次的终点控制数据，见表1。从表1中可以看出，如果以终点w（C ）0.0 8%定义为后吹，终点w（C ）终点 w(C)0.06%生产炉数/炉炉数/炉5 000680C(g)+1/20,=COC(g)=C C(g)+(FeO)=Fe+COC(g)+1/2 O,=CO在转炉炼钢条件下,式（1）、式（3）、式（4）均为放热反应,生成CO气体。随着CO气体被转炉除尘抽走，从而促使反应正向进行。1.2焦炭热补偿动力学机理焦炭添加至转炉后，会首先沉于炉渣中，随着转炉底吹气体带动钢水及炉渣的运动，以及氧气流的高速冲击，加速了钢水、炉渣的搅动，为焦炭的反应及热传递提供了动力。1.3废钢熔化热废钢在转炉炉内需要从常温加热到全部熔化，并提高至出钢温度（约16 40），忽略元素的氧化热，需要吸收的热量为Qr=C(g)tr+C(y)(t-t.)w(C)/%铁水3.2 4.8类别粒度/mm干熄焦10 252.2试验方法本文通过工业性试验，提出了一种新的焦炭热补偿工艺，并对比了在有实施该工艺下转炉内温度、铁耗及钢、渣硫含量的变化情况，为钢企采用焦炭热补偿工艺提供了依据。工业试验设计方案如图1所示。1）焦炭加入时间试验根据焦炭的热力学条件和转炉炼钢学原理，以及为满足焦炭产生放热反应的要求，理论上焦炭加入时间在转炉碳氧化期。为研究最佳的焦炭加入时间，该研究设计了在硅锰氧化期、脱碳前期、后吹期、溅渣结束期共四个阶段开展焦炭加入的对比性试验。2）焦炭加人量试验为探索焦炭加入量与转炉纯供氧时间的关系，本研究设计了以2、4、6、8、10 及12 kg/t的焦炭加人量的对比试验。2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023终点 w(C)0.06%占比/%炉数/炉13.6%4085(1)式中:C(g)=0.669 kJ/(kg );C(y)=0.8 37 k J/(2)（k g）;Q,=2 7 2.0 9 k J/（k g）;废钢熔点t取(3)1500，出钢温度t取16 40，代入可得：1kg废钢(4)从常温2 5升到出钢温度16 40 的熔化热为Qr=0.669(1 500-25)+0.837(1 640-1 500)=1 376 kJ2工业试验设计2.1试验条件该厂采用的是8 0 t顶底复吹转炉；底部四块透气砖，供气强度0.0 2 0.0 5m/（m i n t)；顶部氧枪为拉瓦尔四孔氧枪，供氧强度为3.7 m/（mi n t）；转炉采取溜渣操作。该试验采用的铁水成分见表2。为减少焦炭水分的影响，本次试验选用焦炉生产的干熄焦，考虑转炉除尘的影响，提出了粒度要求，干熄焦成分见表3。(5)表2 铁水成分w(Si)/%w(Mn)/%0.22 0.800.20 0.42表3售焦炭质量情况固定碳/%w(S)/%85.000.803订试验结果与讨论3.1焦炭加入时间的确定通过在转炉的不同阶段加人焦炭的对比试验，其试验结果分析及结论如表4所示。从表4看出，加入焦炭的适合时间为脱碳反应前期和溅渣结束期。占比/%81.7%w(P)/%0.12 0.20 灰分/%13.00焦炭加人的时间的确定提出焦炭热补偿工艺影响转炉一倒温度钢转炉铁耗渣硫含量图1工业试验设计方案炉数/炉235w(S)/%0.02 0.08挥发分/%1.00焦炭加人量的大小占比/%4.7%T/1 280 1 350水分/%0.20工業加熟2023年第52 卷第6 期Vol.52No.62023加人时间硅锰氧化期脱碳前期后吹期溅渣结束期3.2焦炭加入量的控制图2 表示不同焦炭加入量对纯供氧时间的影响。由图2 可知，随着焦炭加入量的增加，转炉纯供氧时间明显延长。在不考虑炉料结构、原料条件变化前提下，平均每添加1kg/t的焦炭,其转炉纯供氧时间延长6 32 s,平均延长18 s。一方面考虑到生产节奏控制的需要，减少吹炼时间,降低冶炼成本,另一方面考虑到焦炭具有较高的硫含量,加人焦炭一定程度上会增加炉渣以及钢水中的硫含量。最终结合现场生产现状以及热力学计算，综合考虑后统一按4kg/t左右焦炭加人量进行操作。840820800780760F7407207002 0.5240.560.580.5100.5120.5焦炭加人量/kgt!图2 焦炭加入量与纯供氧时间对应关系3.3焦炭添加工艺的提出针对该厂原有生产工艺，综合上述对焦炭加入时间、加人量的试验研究，最终确定了优化后的工艺：（1）原则上铁水Si含量高于0.7 0%的炉次不加入焦炭；（2）焦炭加入量每炉按4kg/t控制加人；(3)转炉纯供氧35min期间加入3 4kg/t的焦炭；（4)根据渣量大小出钢后倒出部分炉渣再进行溅渣,在溅渣结束前1min内加人约0 1kg/t的焦炭。3.4焦炭热补偿工艺效果1）焦炭热补偿工艺对转炉温度的影响为便于对比效果，采用炉况基本相同的1#、2 转炉，统一实验条件，铁水硅0.40%0.55%、铁水温度13201340、铁水量6 8 0.2 t,及转炉一倒C控制在0.0 6%0.0 8%进行对比试验，共统计了约30 0 炉INDUSTRIALHEATING表4焦炭加入时间效果、分析效果分析硅锰氧化期是低温氧化期，该时段加入，焦炭会在落人炉渣时有爆发性喷溅发生阶段进人高温区，迅速与周围氧气化学反应放热，使炉渣迅速升温而发生爆发性喷溅加人时段升温效果好焦炭下落阶段与周围氧气、CO反应放热，炉渣升温效果好后吹期脱碳反应减弱，突然加人的焦炭迅速产生CO气体，倒炉时炉渣泡沫化严重，升温效果不好形成炉渣泡沫化，而且焦炭与炉渣中FeO反应需吸热根据需留渣量，在溅渣临近结束时加入焦炭（溅渣后加入焦焦炭落入炉渣中，对炉渣冷却炭会增加冶炼时间），一是氮气氛围下焦炭能“安全”落入炉渣中，二是可降低炉渣温度，提高炉渣在炉壁的附着性次试验数据，表5为添加约4kg/t焦炭炉次和不加焦炭炉次的一倒温度对比情况。由表5可以得出，在相同条件下，使用焦炭热补偿工艺的转炉一倒温度平均增加12.4，即向炉中添加4kg/t左右的焦炭可实现转炉内钢水热补偿12.4。表5统一条件下的使用焦炭和不使用的一倒温度对比方法焦炭加入量/kgt-1转炉一倒温度/采用焦炭热补偿工艺4.03未采用焦炭热补偿工艺02）焦炭热补偿工艺对铁耗的影响采用炉况基本相同的1#、2 转炉，统一实验条件，对比添加约4kg/t焦炭和不加焦炭的转炉内铁耗情况，共统计约30 0 炉次，其平均结果如表6 所示。从表6可以看出，在相同生产条件下,采用焦炭热补偿工艺的炉次铁耗降低4.7 kg/t,即4kg/t的焦炭在转炉内热补偿效率可降低铁耗4.7 kg/t。表6 统一条件下的使用焦炭和不使用的铁耗对比方法焦炭加人量/kgt!采用焦炭热补偿工艺3.98未采用焦炭热补偿工艺03）焦炭热补偿工艺对渣、钢中S含量的影响本文统计了8 0 炉的炉渣数据，对比了添加约4kg/t焦炭下与未添加焦炭下的转炉中炉渣硫含量的大小,如表7 所示。表7 使用焦炭和不使用工艺的炉渣中S变化工艺焦炭加人量/kgt-！火采用焦炭热补偿工艺4.0未采用焦炭热补偿工艺0从表7 可知,转炉添加4kg/t焦炭后的炉渣中硫含量相较于未加入焦炭的炉渣中硫含量增加了（0.10 9 0.099）%=0.0 1%。假设4kg/t焦炭中S全部熔人炉渣中，将提高炉渣中硫含量约0.0 32%，而实际硫含量只增加了0.0 1%，可认为加入的焦炭中有0.0 1%/0.032%=31%的比例是直接与氧气或炉渣反应，另外69%的焦炭熔人钢水中。由此计算，加人4kg/t焦炭会使钢水中硫含量增加约0.0 0 2%。结论不适合适合不适合适合，需控制加人量1 636.71 624.3铁耗/kgt-1845.67850.37炉渣w(S)/%0.1090.0992023年第52 卷第6 期工業加熟INDUSTRIALHEATING3袁章福，万天骥，李华转炉炼钢热补偿技术J炼4结 论钢,19 9 1(3):44-49.4佟岩。转炉高废钢比的研究及实践J炼钢，2 0 18，34本文通过向转炉炉内添加焦炭进行热补偿，以解(5):8-13.决低铁耗冶炼带来的炉内热量不足的问题，设计完成5K A BO PO H K O BI O.H，黄仁祥用中煤提高废钢比J冶了一系列工业性对比试验并得到了以下结论，为企业金能源,19 8 6(3):6 3.转炉应用焦炭热补偿工艺提供了基础。6柯玲，王树棠.转炉加煤热补偿工艺J钢铁，19 9 5，（1)转炉冶炼加人焦炭的合适时间为脱碳反应前30(12):20-23.期和溅渣结束期；随着焦炭加人量的增加,转炉纯供氧7 田兆丰.转炉加煤炼钢降低铁水消耗J冶金丛刊，19 9 6时间明显延长，每添加1kg/t的焦炭，平均延长约18 s；(2):16-19.8贺亚龙，关会远，樊文育邯钢三炼钢厂复吹转炉加配提综合考虑之后，认为该厂热补偿工艺合适的焦炭加人温剂实践J山西冶金，2 0 19，42（1）：10 9 110.量为4kg/t左右。9董旭碳质发热剂在转炉冶炼中的应用实践J冶金（2）本文探索出一套新的焦炭热补偿添加工艺：在管理,2 0 19(2 3):7-8.炉内纯供氧3 5min期间加人3 4kg/t焦炭，在溅10 时伟伟焦炭在转炉生产实践中的应用J福建冶金，渣结束前1min内加人0 1kg/t的焦炭，总共添加2019,48(5):20 23.约4kg/t的焦炭。11】李柏，刘广全，戴宇转炉炼钢焦炭热补偿的实践（3）通过统计多炉次的试验数据得出：在相同条件J.广西节能，2 0 2 1(2):35-36.下，实施该焦炭热补偿工艺能够实现转炉炉内钢水温12迟洪亮，张响，张军国，等转炉用碳质固体提温剂补度热补偿12.4,降低铁耗4.7 kg/t,另外，钢水中的热技术研究J冶金与材料，2 0 2 0，40（5）：2 3-2 4.硫含量增加约0.0 0 2%。13宁伟利，秦广伟，黄小军，等转炉用硅碳发热剂的开发和使用J炼钢，2 0 10(3）：12-14.参考文献14陈均，曾建华，陈炼，等攀钢半钢冶炼热补偿工艺1于国庆.转炉高废钢比条件下热补偿工艺研究J福建开发及应用J钢铁研究学报，2 0 2 0，32（7）：6 18-6 2 5.冶金，2 0 19,48(1):33-35.15耿志军.转炉采用热补偿工艺提高终点命中率的研究2吴勉华.转炉炼钢50 0 问M北京：中国计量出版J.钢铁，2 0 0 4(9):3 1-3 4.社,19 9 2.Vol.52No.62023工业加热平台CISDIEFI工业加热平台R行业资讯需求大厅网上展览馆西安慧金科技有限公司专注于工业电热技术创新央企控股混合所有制高新企业满足客户为荣诚信社会为本工业加热领域首个数字化综合性平台热点新发现Hotnewdiscoveries图黄求大厅