160tEAF使用全鐵水煉鋼工藝實踐(學習材料八十七)

1、學習材料（八十七）160tEAF使用全鐵水煉鋼工藝實踐任選（太原不銹鋼股份有限公司第二煉鋼廠，山西太原030003）摘要 介紹了太原不銹鋼股份有限公司150萬t不銹鋼生產(chǎn)線，在160tEAF用100%鐵水做原料生產(chǎn)脫磷溶液的工藝過程；從質(zhì)量、成本、生產(chǎn)方面作了簡要分析，認為160tEAF用100%鐵水做原料生產(chǎn)的脫磷溶液能夠滿足不銹鋼生產(chǎn)線的冶煉需求，該工藝是太原不銹鋼股份有限公司150萬 t不銹鋼生產(chǎn)線全部工藝的一個組成部分。關鍵詞 脫磷溶液 精益生產(chǎn) 注余渣 太原不銹鋼股份有限公司150萬t不銹鋼生產(chǎn)線從2006年10月投產(chǎn)到2009年12月份，經(jīng)過3年多的探索與實踐，已形成一系列有太鋼特

2、色的工藝路線。其中，鎳鋼主要工藝路線為：（脫磷溶液）EAFAODLTS（LF）CCM；鉻鋼主要工藝路線為：脫磷溶液AODLTSLFCCM，這些工藝路線的選擇是基于成本、質(zhì)量和促進生產(chǎn)考慮的。鉻鋼質(zhì)量最優(yōu)，成本最低、生產(chǎn)最順的工藝是脫磷溶液直接兌入AOD冶煉，設計中脫磷溶液是由1座180t轉(zhuǎn)爐提供的。按精益生產(chǎn)的要求，在一些特殊情況下，比如無鎳鋼合同或轉(zhuǎn)爐檢修而連鑄不檢修時，由于轉(zhuǎn)爐能力限制，轉(zhuǎn)爐提供的鋼水不能滿足3臺連鑄機的需求，連鑄只能停機待產(chǎn)，煉鋼產(chǎn)能受到影響，同時使高爐被迫鑄鐵甚至休風，影響高爐順行。因此，電爐全鐵水生產(chǎn)脫磷溶液成為太鋼150萬t不銹鋼生產(chǎn)線的一種工藝需求。1 工藝條件1

3、.1 電爐主要技術參數(shù) 太鋼不銹鋼股份有限公司150萬t不銹鋼生產(chǎn)線有2座電爐，其主要技術參數(shù)如下。 公稱容量 160t 出鋼方式 出鋼槽 變壓器容量 140MVA 最大電流 92kA 電極 710mm，UHP 氧槍形式 爐門氧槍 氧氣最大流量 3600m3/h1.2 工藝目標 電爐生產(chǎn)的脫磷溶液應滿足以下條件： 1）電爐生產(chǎn)的脫磷溶液必須滿足AOD生產(chǎn)需求。AOD要求脫磷溶液的條件如表1。表1 AOD要求脫磷溶液條件wB/%t/裝入量/t生產(chǎn)周期/minCPSi2.53.00.025低15001550145752）一般情況下，電爐的主要任務是生產(chǎn)鎳鋼時為AOD提供預煉溶液。用電爐生產(chǎn)脫磷溶液

4、的情況較少。平均每月的爐次占總爐次的10%左右，因此使用該工藝不能額外增加投資，比如設備改造或增加設備等。1.3 選料1.3.1 原料 電爐生產(chǎn)脫磷溶液的主要目的：一是生產(chǎn)出滿足AOD需求的脫磷溶液，二是消化高爐鐵水，保證全公司生產(chǎn)順行，因此根據(jù)目前公司的鐵水狀況，選用的電爐原料是全鐵水。選用全鐵水作原料，可以避免廢鋼中有害微量元素的帶入，提高成品質(zhì)量；省去傳統(tǒng)電爐的熔化期，縮短冶煉時間；與AOD冶煉周期匹配，便于生產(chǎn)組織。入爐鐵水條件如表2所示。表2 電爐入爐鐵水條件wB/%t/CSiMnPS4.00.30.80.10.0700.030112001300 當鐵水w(Si)0.8%時，可加入適

5、量廢鋼。從原料條件和AOD需求看，電爐生產(chǎn)脫磷鐵水就是將高爐鐵水脫磷、降碳、升溫，主要是脫磷。1.3.2 造渣料 鐵水脫磷可選用的造渣料非常廣，有堿金屬強脫磷渣系，如Na系脫磷渣；有堿土金屬脫磷渣系，如Ca系、Ba系脫磷渣。結(jié)合公司目前的爐渣處理系統(tǒng)、從環(huán)保角度考慮，選用Ca系脫磷渣，也就是用石灰和螢石作脫磷造渣料。1.4 工藝理論 磷與氧的反應是放熱反應，碳與氧的反應也是放熱反應，根據(jù)熱力學計算，碳比磷更容易氧化，因此，從熱力學理論上氧化脫磷在鐵水中應該難以進行，但實踐證明w(C)=2%4%的鐵水是能夠?qū)崿F(xiàn)脫磷的，其原因是：1）鐵水溫度低，有利于脫磷反應進行，而碳與氧的反應，即使鐵水中w(S

6、i)0.10%，也需熔池溫度達到1480以上才能激烈進行。2）根據(jù)研究的結(jié)果表明，鐵、渣界面不易發(fā)生脫碳反應，而容易產(chǎn)生脫磷反應，并且溫度越低時對脫磷反應的進行越有利。3）由于大量碳的存在能提高磷在鐵液中的活度。 電爐用全鐵水冶煉脫磷溶液需要控制脫硅結(jié)束時溫度在1430以上，脫磷反應結(jié)束溫度控制在1480以下。2 工藝過程2.1 裝入制度 鐵水裝入量為155t。高爐鐵水從魚雷罐倒入鐵水包后，轉(zhuǎn)入連鑄接受跨，將碳鋼連鑄注余渣倒入鐵水包內(nèi)，然后將帶有注余渣的鐵水直接從電爐爐口兌入電爐。2.2 送電制度 鐵水兌入電爐后，由于溫度較低（通常情況下為12001300），爐內(nèi)余渣及兌入的注余渣堿度較高，在

7、電爐內(nèi)鐵水表面會形成一層較硬的渣殼，因此開始時用小檔位（一般是4檔）送電（約5000kwh）化渣；當渣子化開后，此時主要任務是吹氧脫碳、利用低溫期脫磷，因此需將檔位降低到最低，入爐鐵水硅含量較高（w(Si)0.60%）時，吹氧過程如果渣況好、渣面活躍，可適當停電吹氧；當吹氧量達到要求后，停電、取樣、分析，磷到目標后，大檔位送電，快速升溫到1650左右。2.3 吹氧制度 鐵水兌入電爐后，電爐內(nèi)鐵水表面會形成一層較硬的渣殼，爐門氧槍無法伸入鐵液中吹氧，因此要等到渣子化開后（即送電量達到5000kwh后）吹氧，吹氧量按式（1）控制。 Qo2（0.8w(Si)0.93×w(C)）×

8、T/0.85×103 （1） 式（1）中，w(Si)為鐵水硅質(zhì)量分數(shù)，%；w(C)為過程脫碳量，%；T為鐵水質(zhì)量，t。 過程脫碳量一般按1%考慮，在吹氧量達到80%時，取樣、測溫；根據(jù)取樣結(jié)果決定補氧還是進入提溫操作。 爐門氧槍的供氧強度較小，吹氧過程需要深淺結(jié)合、左右擺動，以便加強熔池攪動。2.4 造渣制度 使用的主要造渣料是石灰，石灰的總加入量按式（2）控制。 Q石灰w(Si)×T×2.14×R/（w(CaO)×0.85） （2） 式（2）中，w(Si)為鐵水硅質(zhì)量分數(shù)，%；T為入爐鐵水質(zhì)量，t；R為過程爐渣堿度；w(CaO)為石灰中有效C

9、aO質(zhì)量分數(shù)，%；0.85%為石灰利用率。 脫磷過程堿度按3.0%考慮，送電、吹氧過程中，石灰加入應遵循少量、多批的原則，避免石灰堆積。取樣前不加螢石。2.5 溫度制度 脫磷反應是強放熱反應，按熱力學分析，升高溫度會使其平衡常數(shù)的數(shù)值減小，脫磷的效率下降。但是，溫度過低，石灰溶解緩慢，爐渣流動性差，鋼渣接觸面變小，脫磷反應不易進行。因此，對于鐵水脫磷過程，必然存在一個合適的溫度范圍，分析認為這一溫度范圍是14301480，實際操作中，第1次取樣測溫時，溫度應控制在此范圍。 電爐生產(chǎn)的脫磷溶液是供AOD使用的，要求入AOD溫度在1500以上，那么在正常生產(chǎn)節(jié)奏下就要求電爐爐前出鋼溫度在1630以

10、上，溫度過低，兌入AOD的溫度不能滿足需求，而溫度過高，會帶來AOD熱量過剩，同時電爐消耗升高，出鋼困難等。正常生產(chǎn)過程中，電爐爐前出鋼溫度控制在16301670。2.6 注余渣的使用 注余渣是指鋼水包澆注結(jié)束后包內(nèi)的殘渣。注余渣的堿度通常在5.5以上，其組分主要為CaO-SiO2-Al2O3。通常注余渣成分見表3。表3 注余渣成分wB/%堿度CaOMgOMnOSiO2T.FeAl2O351.6459.3810.579.831.640.349.054.951.560.6823.4824.685.6911.99 一般碳鋼每爐鋼注余渣量在5t左右，鐵水裝爐前向每爐鐵水中加入5t以上（總量控制在12

11、t以內(nèi)）熱態(tài)注余渣，可節(jié)約石灰約2t，前期化渣電量少用約2000kwh，同時回收鋼包內(nèi)殘余鋼水0.5t左右。由于加入的注余渣為預熔態(tài)，開始吹氧后，爐渣可迅速化開，減少吹氧過程鐵液噴濺，同時熔融的游離CaO可以快速與吹氧產(chǎn)生的SiO2結(jié)合，加快反應進程。3 工藝效果 2009年912月份，電爐使用全鐵水生產(chǎn)脫磷溶液159爐，消化鐵水24438t。生產(chǎn)的脫磷溶液基本情況如表4。表4 脫磷溶液基本情況項目w(C)/%w(P)/%t/生產(chǎn)周期/min最大值3.060.024162364最小值2.30.012153246平均值2.70.019157759 為保證脫磷溶液的P含量滿足生產(chǎn)需求，脫磷溶液的C

12、含量和溫度的控制與工藝需求略有偏差，159爐脫磷溶液中異?？刂魄闆r如表5。表5 脫磷溶液中異常控制情況w(C)/%t/壞試樣3.02.51600155031311274 工藝分析4.1 工藝結(jié)果分析 電爐生產(chǎn)的脫磷溶液與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的脫磷溶液出鋼后情況對比如表6。表6 電爐生產(chǎn)的脫磷溶液與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的脫磷溶液比較工藝方式w(C)/%溫度/脫氧劑控制狀況AOD使用情況電爐脫磷溶液2.53.015501600不使用易控制，不出格滿足AOD需求轉(zhuǎn)爐脫磷溶液0.51.514001500鋁系或硅系不易控制，易出格溫度低、碳低、，需加提溫焦炭或硅鐵0.515501600鋁系或硅系易控制，不出格碳低，過程熱量不足

13、，需加焦炭4.2 成本分析 電爐生產(chǎn)脫磷溶液過程不需要增加額外的設備投資，不需要改變現(xiàn)有原、輔料結(jié)構。與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)脫磷溶液相比，電爐工序成本較轉(zhuǎn)爐工序成本高，但由于電爐生產(chǎn)的脫磷溶液碳高、溫度高，AOD操作時不加提溫焦炭和提溫硅鐵，石灰用量少，過程渣量少，生產(chǎn)鉻鋼時鉻收得率較高，還原硅鐵用量少，同時金屬收得率高，電爐生產(chǎn)脫磷溶液的全過程成本與轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)脫磷溶液相當。4.3 質(zhì)量分析 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)脫磷溶液時，出鋼過程中必須加入脫氧劑，加入硅系脫氧劑時，會增加AOD爐襯侵蝕；加入鋁系脫氧劑時，會增加AOD冶煉過程鋁負擔，對成品質(zhì)量有潛在影響。電爐出鋼過程不加任何脫氧劑，從理論上來說，電爐生產(chǎn)脫磷溶液較轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)脫磷溶液對成品質(zhì)量有利。4.4 生產(chǎn)分析 電爐生產(chǎn)脫磷溶液過程利用電爐閑置設備，不增加其他工序負擔。在無鎳鋼合同時，連鑄可以正常生產(chǎn)，增加了煉鋼產(chǎn)能；轉(zhuǎn)爐檢修而連鑄不檢修時，消納了高爐鐵水，保證了高爐順行，對全線生產(chǎn)順利有利。5 結(jié)語 1）在太原不銹鋼股份有限公司150萬t不銹鋼生產(chǎn)線現(xiàn)有裝備和原、