转炉依“Si”炼钢的生产实践

魏志强 李勇 李健 （抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺 113001)

转炉依“Si”炼钢的生产实践

魏志强 李勇 李健 （抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺 113001)

分析了转炉炼钢的生产现状，找出了造成铁水Si含量波动大的原因。对炼钢工艺进行优化，从铁水取样方式、铁水温度和成分的准确、废钢和石灰加入量的工艺确认等方面进行改进，根据铁水含Si量及温度变化来调整工艺制度，真正达到了转炉依“Si”炼钢，提高了转炉终点命中率，降低了各种原材料消耗。

转炉 铁水 含量 碱度 命中率 优化

1 前言

转炉炼钢是一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料的炼钢方法。转炉炼钢法的主要特点是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如C、Mn、Si、P等)与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等)，为调整温度，可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。

抚顺新钢铁铁水中C含量在4%左右，Mn含量在0.4%～0.6%，Si含量在 0.3%～1.2%，P、S含量在 0.02%～0.08%，铁水中的主要合金元素是 C、Mn、Si，P、S 含量过少可忽略吹损。铁水中C、Mn含量比较稳定，对转炉吹炼的影响较小，Si含量很不稳定，直接影响转炉的吹损和冶炼操作。

Si是重要的发热元素，铁水中Si含量增加，炉内的化学热就增加，如果要保证终点温度稳定，必须增加冷料加入量。一般来说，铁水中Si含量增加0.10%，废钢的加入量可提高1.3%～1.5%[1]。石灰等造渣材料的加入量主要是根据铁水中的Si含量来确定的，铁水中Si含量增加，石灰加入量也要随着增加，以保证炉渣碱度和脱P、脱S效果。根据铁水成分和炉内热量的变化，转炉供氧枪位和压力也要做适当调整，控制炉渣喷溅和反干现象。Si含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的SiO2也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。通常铁水中的Si含量为0.40%～0.60%为宜。根据铁水条件特别是铁水Si含量建立合理的转炉冶炼工艺制度是转炉炼钢的根本，可以杜绝盲目操作实现转炉操作标准化，降低钢铁料消耗和渣料消耗。

2 现状调研及问题分析

抚顺新钢铁的铁水Si含量忽高忽低，成分通报不及时、不准确，石灰质量不稳定，生烧率高，造成转炉终点命中率不高，转炉渣碱度不合理。

2.1 铁水Si含量波动大，成分通报不准确

炼铁厂通报给炼钢厂的成分铁水Si含量见表1。

表1 铁水Si含量表

以铁水Si 0.59%、终渣碱度3.2、石灰有效CaO 80%、生烧率30%计算，根据公式[2]，理论上计算石灰加入量应该在吨钢58 kg，而实际转炉石灰加入量在90 kg以上，完全不符合现在实际情况。

为了验证铁水Si含量的真实情况，炼钢厂工艺室对铁水进行抽检约300铁次，结果铁水Si含量比铁厂报样偏高0.2%，平均0.73%，其中Si含量大于0.8%的炉次占34.2%。通过以上抽检可以看出铁水Si含量的真实分布，见图1。

图1 铁水Si含量分布图

通过图1可见，抚顺新钢铁铁水Si含量变化较大，有时上下炉次的铁水都不一样，主要原因是抚顺新钢铁的原材料条件不稳定，焦炭质量差，高炉数量多，产量不均衡。另外，由于高炉铁水化验成分准确率低，炼钢厂不得不在混铁炉取样重新分析铁水成分，但是由于没有合适的设备，只能分析S含量，铁水Si含量不能分析，使得转炉操作没有针对性，铁水成分和热量忽高忽低，转炉物料加入量只能随机变化，操作十分不稳定，喷溅和返干现象严重。如何有针对性地加入造渣材料和合理的供氧制度，必须有铁水成分作依据。

2.2 石灰质量不稳定，消耗高

由于没有真实的铁水Si作指导，转炉造渣材料的加入量具有盲目性，造成大量的浪费，尤其是对石灰加入量造成极大的影响。依“Si”冶炼执行前抚顺新钢铁的石灰消耗居高不下，石灰消耗量在吨钢90 kg以上，石灰由多个厂家供应。通过对石灰的抽查，石灰生烧高活度低，石灰化验指标见表2。

2.3 转炉渣样碱度波动大

为了很好地指导转炉操作，炼钢厂对终点炉渣样CaO、SiO2、MgO、TFe含量进行了分析，发现铁水含Si量波动大,难以稳定,上下炉冶炼操作借鉴性不强，炉渣碱度＜2.8，占 31.59%;炉渣碱度 2.8～3.2，占 34.03%;炉渣碱度＞3.2，占34.38%。通过这些数据说明终渣碱度非常地不稳定，主要与没有针对性加入造渣材料有关。

2.4 转炉终点命中率低

由于铁水变化未知，各台高炉铁水成分有很大差别，石灰条件不稳定，废钢和石灰加入量没有针对性，造成转炉命中率低，终点温度变化大，即使同一次铁上下炉以同样废钢比和石灰加入量，有时终点温度相差200℃以上，造成转炉后吹严重，碳温命中率平均56.5%。

2.5 冶炼过程控制困难，生产事故多

由于终点命中率过低，造成炉后高温或低温钢水频繁出现，给钢水的成功浇注带来了很大困难，小到回水、漏钢，大到停机漏炉和质量废品。根据2009年度数据统计，转炉终点钢水温度命中率平均70%，低温回水每月大于5炉次，漏炉事故3起。

没有铁水Si的真实含量造成石灰加入量没有根据，只能参照上下炉，如果铁水变化大了就会造成加多或加少。渣料加多了，炉渣化不开，炉温上不去，吹炼困难返干严重，经常发生粘炉口、粘烟罩、粘氧枪的“三粘”事故，影响生产顺行;渣料加少了，炉渣稀碱度低，炉中温度高，难以保证钢水P、S硫合格。2009年转炉P高废品平均每月3～5炉，处理“三粘”事故每天在2 h以上，严重地影响了生产节奏。

3 依Si炼钢工艺优化

抚顺新钢铁以往采用由高炉工人在高炉铁水沟内取样的方式，因为铁水成分不均匀，造成铁水样没有代表性。虽然炼钢厂混铁炉也取样，但是由于化学分析只能分析S含量，所以对转炉冶炼的指导性不强。因此要提高转炉终点命中率就要根据铁水含Si量及温度变化来调整工艺制度。

针对炼钢厂的现状，主要从铁水取样方式，铁水温度和成分的准确，废钢和石灰加入量的工艺确认等进行改进。

3.1 铁水制样

经过多次调研把取样点设在混铁炉，取铁水样，用光谱分析铁水Si，调试曲线安装光谱分析仪，对入炉铁水含Si量真实掌握，从而对摇炉工操作有指导意义。

铁水取样器的制作是依“Si”冶炼的关键环节，因为过去化学分析使用的铁水取样器是铸铁的，无法用于光谱分析上。因为光谱分析的铁水样需要达到白口化，必须达到一定的冷却速度，所以选用什么样的取样器十分重要。根据同行业经验，采用铜制取样器是比较合适的。于是我们开始自制取样器，从紫铜圆环取样器开始实验到引进鞍钢的取样器，最后引进分离式的黄铜铁水取样器。

3.2 铁水物理热监测

铁水温度的测量可以对转炉冶炼进行指导，使用热电偶对铁水包内铁水根据铁次定时测温，使操作人员及时掌握铁水物理热，通过数据传输系统传到转炉操作室的计算机中，指导废钢等冷料配比。

表2 各批次石灰化验指标表 /%

3.3 数据传输

在每台转炉操作室安装1台计算机，作为光谱分析后的成分传输显示设备，分析数据采集并网工作落实全面开始。将铁水成分分析结果和铁水测温结果用光纤传输到各操作室，使操作人员更加便捷地了解铁水变化。

3.4 规范工艺制度

跟踪铁水Si含量与废钢、石灰加入量之间的对应关系，进而合理配加各种冶炼所用原辅材料。制定标准的冶炼制度，通过积累数据制定了转炉冶炼的数据库，明确了铁水Si含量与废钢、石灰加入量之间的对应关系，见表3。

表3 铁水Si含量与废钢量、石灰量对应表

4 经济性分析

光谱分析数据准确、速度快，铁水 C、S、P、Si、Mn全部分析可以有效地指导转炉操作，使转炉冶炼更有针对性，返干时间大大缩短，喷溅炉号大大减少，转炉渣样成分稳定，转炉终点碳温命中率由工艺改进前的56.5%，改善后达到了77.3%，提高了20.8%。终点命中率提高后，可以减少后吹，从而缩短了冶炼周期1～3 min。

依“Si”冶炼自2010年实施以来，不仅可以缩短冶炼周期，提高操作稳定性，而且较大幅度地降低冶炼成本。

4.1 减少氧气消耗

依“Si”冶炼实行后，转炉命中率提高了20.8%（77.3%-56.5%)，可以降低后吹次数，按每次后吹20 s/次，氧气流量8 000 m3/h计算，每次后吹大约消耗氧气为：

平均出钢量37 t，氧气价格0.35元/m3，则吨钢创效益为：

4.2 降低石灰消耗

改善前石灰消耗92.4 kg/t，改善后石灰消耗84.6 kg/t，石灰消耗下降 7.8 kg/t，石灰价格 380 元/t，则吨钢可创效益为：

4.3 渣量减少，降低铁损

石灰消耗下降7.85 kg/t，根据石灰分析结果，石灰灼减平均值7.9%。全铁法[3]渣样分析结果显示渣中含铁量TFe平均值16.93%。可以减少渣量7.23 kg/t（7.85 kg/t×（1-7.9%))，可以节省钢铁料消耗 1.22 kg/t（7.23 kg/t×16.93%)。吨钢可增加效益为：

4.4 脱磷效率提高

依“Si”冶炼对转炉造渣操作有利，可以保证合适的炉渣碱度和氧化性，提高脱磷效率，降低因铁水Si高未及时提高石灰加入量而带来的废品，按每月减少化废1炉计算，以生产二级螺纹钢为例，每炉平均吹氧15 min，则年可创效益为:

综上所述，年可创效益1 745万元。

5 结论

5.1 实际操作证明,转炉依“Si”冶炼是可行的，在抚顺新钢铁的实施中收到了明显效果。

5.2 通过铁水成分和温度的快速反馈，可以解决转炉操作没有针对性的问题，有效地指导转炉操作，提高转炉终点碳温命中率20%以上。

5.3 缩短了冶炼周期1～3 min，终渣碱度稳定在3.2左右，磷高废品控制在2炉/月以下（月生产7 000炉)“，三粘”事故基本可以杜绝。

5.4 可以降低石灰消耗8～10 kg，降低钢铁料消耗1～2 kg。

[1]郑沛然.炼钢学[M].北京:冶金工业出版社，1994：5.

[2]冯捷，张红文.转炉炼钢生产[M].北京:冶金工业出版社，2006：80.

[3]李慧.钢铁冶金概论[M].北京:冶金工业出版社，1993：136.

Production Practice of Silicon-based Steel-making at Converter

Wei Zhiqiang,Li Yong

The currentproduction situation atconverter steel-making was analyzed and the reason for the big fluctuation of silicon content in hot metal was found.Then the steel-making process was optimized:improvement was made in hot metal sampling method,correct hot metal temperature and composition,scarp and lime addition confirmation and process system adjustment according to silicon content in hot metal and temperature variation.Thus,the steel was made based on silicon,which increased converter aim hit rate and lowered the consumption of raw materials.

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（收稿 2011－08－02 责编 赵实鸣)

魏志强，毕业于辽宁科技学院钢铁冶金专业，工程师，现在抚顺新钢铁有限责任公司任炼钢工程师。