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【行业新闻】如何在不污染钢液的前提下提高转炉废钢比?

日期: 2019-04-16
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废钢是钢铁工业的绿色原料,随着取缔“地条钢”和国家对环保的严格要求,各大钢铁企业都在大力提高废钢比。目前,我国电炉钢的比例还不到10%,转炉流程仍是我国产钢的主流程,因此有必要开发高效、清洁的转炉流程提高废钢比技术。目前,转炉流程大生产中采用的提高废钢比的手段主要有:废钢预热(铁水包预热、转炉炉前及炉后预热等)、转炉加入补热剂(焦炭、焦丁、FeSi、SiC等)。但上述两类提高废钢比的技术均有一定的不足:前者需要专门的加热设备,后者往往以牺牲钢水质量为代价。此外,国外还开发了KMS工艺,但因存在喷粉元件寿命短等不足,并没有在大生产中广泛应用。因此,如何在不污染钢液的前提下提高转炉废钢比,已成为亟须解决的关键共性难题。此外,单转炉超40%的大废钢比技术也一直是冶金工作者关注的热点课题。

转炉二次燃烧氧枪是一种在不污染钢液的前提下提高转炉废钢比的技术。二次燃烧氧枪是在传统炼钢氧枪的基础上,通过设计合理的副孔,使主孔射出氧气射流进行脱碳反应,利用副孔射出的氧气射流与炉内一氧化碳燃烧产生大量的热量,使转炉自身热量得到较充分利用,进而提高转炉废钢比。尽管国内外已对转炉二次燃烧氧枪技术进行了大量研究,且有的已达到工业应用水平,但目前国外关于该技术在大工业生产中规模化应用的报道很少,而国内目前还未见该技术的大生产规模化应用。因此,有必要对二次燃烧氧枪技术进行深入研究并使其实现工业化应用。本文首先进行了提高废钢比的转炉二次燃烧氧枪技术大生产规模化应用研究;在此基础上,基于二次燃烧氧枪技术,研究者提出了一种废钢比超过40%的单转炉大废钢比技术,并通过大生产试验,验证了其大生产应用的可行性,为其大生产规模化应用奠定了基础。


二次燃烧氧枪技术大生产工业

应用研究



针对国内某钢厂120吨转炉,研究者通过研究设计出适合大生产应用的二次燃烧氧枪,并在该转炉实现了二次燃烧氧枪技术的大生产应用。该二次燃烧氧枪为单流道,其使用寿命为150炉,能满足大生产工业化应用的要求。下边对使用普通氧枪和二次燃烧氧枪的大生产应用效果进行对比分析,为该二次燃烧氧枪技术在大生产中全面推广应用提供基础。

二次燃烧氧枪技术对废钢比的影响。

分析现场炼钢过程中加入冷料与熔池温度情况,得到入炉冷料与熔池温降的关系,如表1所示。如何在不污染钢液的前提下提高转炉废钢比?

对普通氧枪和二次燃烧氧枪各取典型的30炉工业生产数据进行对比分析发现,采用二次燃烧氧枪后,熔池钢水温度平均提升约30℃,相应的可提高入炉废钢比约1.5%。采用二次燃烧氧枪后,从副孔射出的氧气射流与炉内一氧化碳发生燃烧反应,产生大量的热量来加热钢水并使钢水温度升高,进而可提高转炉废钢比。

二次燃烧氧枪技术对冶炼过程枪位变化的影响。

研究发现,与普通氧枪相比,二次燃烧氧枪在冶炼过程中枪位变动次数明显减少,操枪更平稳。这有利于提高冶炼过程枪位操作的稳定性,降低操作工人的劳动强度,并为转炉的智能化控制奠定基础。研究者对普通氧枪和二次燃烧氧枪各取典型30炉工业生产试验数据,统计冶炼过程中枪位改变次数,结果发现,与普通氧枪相比,采用二次燃烧氧枪后,枪位变动次数减少33%,冶炼过程枪位更平稳。这是由于采用二次燃烧氧枪后,化渣速度快,化渣平稳,化渣时间减少,熔池温度均匀上升,无需对枪位进行过多变动。可见,二次燃烧氧枪较普通氧枪的枪位控制更平稳,无需频繁变换枪位。

二次燃烧氧枪技术对煤气回收的影响。

转炉煤气的主要成分为CO,炉气中CO含量会对后期煤气回收造成影响。研究发现,使用二次燃烧氧枪后,炉气中CO含量较普通氧枪有所减少,但相差不太大。对普通氧枪和二次燃烧氧枪各取典型的30炉工业生产试验数据,分别统计在煤气回收平稳期的平均CO浓度,通过对比分析发现,与普通氧枪相比,采用二次燃烧氧枪后,炉气中的CO含量降低了约5%。这是由于采用二次燃烧氧枪后,炉气中CO更多地与二次燃烧氧枪副孔的氧流股发生二次燃烧反应。根据现场煤气回收标准(CO含量超过10%就可以回收),采用二次燃烧氧枪对煤气回收影响不大。可见,采用二次燃烧氧枪后,煤气中CO浓度降低约5%,但对现场煤气回收影响不大。

二次燃烧氧枪技术对终点硫含量的影响。

对普通氧枪和二次燃烧氧枪各取典型的80炉工业生产试验数据,分别统计冶炼终点硫含量,结果显示,与采用普通氧枪冶炼相比,采用二次燃烧氧枪后转炉终点硫含量降低20%。这是由于采用二次燃烧氧枪后,炉渣碱度高、化渣快、炉温升高快,脱硫效率高,故二次燃烧氧枪较普通枪的脱硫效果更好。


二次燃烧氧枪单转炉大废钢比技术

工业试验研究


在前述二次燃烧氧枪(二次燃烧氧枪A)研究的基础上,研究者对二次燃烧氧枪枪头设计做了进一步优化(主要是对副孔直径做了优化),提出了新的二次燃烧氧枪B。利用二次燃烧氧枪B,通过加入杂质含量少的某专用煤补充热量,研究者进行了单转炉超40%大废钢比技术的大生产试验研究,试验效果良好,为基于二次燃烧氧枪的单转炉大废钢比(超40%)技术的大生产规模应用奠定了基础。

表2为入炉冷料和转炉终点温度及各主要元素含量对比。由表2可以看到,基于二次燃烧氧枪的单转炉大废钢比技术,转炉终点温度为1598℃,完全满足冶炼终点温度要求;转炉脱磷率为92.9%,脱硫率为27.3%。为了分析该大废钢比技术的脱磷、脱硫效果,表3给出了采用普通氧枪、二次燃烧氧枪及该大废钢比技术下的脱磷、脱硫率对比。由表3可以看出,该大废钢比技术中的脱磷率超过90%,比普通氧枪的脱磷率高3.3%,脱硫率为普通氧枪的2.9倍。这主要得益于该技术采用的是二次燃烧氧枪,如前所述,二次燃烧氧枪有更好的脱硫效率。由表3也可以看出,采用二次燃烧氧枪的脱硫率为普通氧枪的1.8倍。该大废钢比技术比二次燃烧氧枪技术有更高的脱硫率,可能是因为该技术应用后有更高的炉渣碱度。

如何在不污染钢液的前提下提高转炉废钢比?

表4为该二次燃烧氧枪单转炉大废钢比技术的主要参数和技术指标。由表4可以看出,应用该大废钢比技术,在没有废钢预热(炉前、炉后)的前提下,单转炉废钢比超过了40%,达到41.6%;铁水消耗降至700kg/t以下,铁耗为671kg/t。可见,该单转炉大废钢比技术有很好的冶炼效果。该技术通过工业试验验证了其大生产应用的可行性,为其大生产规模化应用奠定了基础。

需要说明的是,该技术是从技术角度突破了40%的单转炉大废钢比技术,但实际生产中要综合考虑废钢成本、加入专用煤成本、转炉冶炼周期等,权衡得出最佳的单转炉废钢比,而不是盲目追求单转炉过高废钢比。


结论




本文提出了一种单流道二次燃烧氧枪,其可在不污染钢液的前提下提高钢水温度约30摄氏度,相应地,可提高废钢比约1.5%。

与普通氧枪相比,采用二次燃烧氧枪后,冶炼过程枪位变动次数减少33%,冶炼过程枪位控制更平稳,无需频繁变换枪位。

采用二次燃烧氧枪后,相比普通氧枪,煤气中CO浓度降低约5%,但对现场煤气回收影响不大;二次燃烧氧枪较普通枪的脱硫效果更好。

基于二次燃烧氧枪技术,本研究提出了一种废钢比超过40%的单转炉大废钢比技术,相比普通氧枪技术,该技术有更好的脱硫、脱磷效果。

在无废钢预热的前提下,采用该大废钢比技术,单转炉废钢比达到了41.6%,铁水消耗降至671kg/t,有很好的冶炼效果。该技术通过工业试验验证了其大生产应用的可行性,为其大生产规模化应用奠定了基础。


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