高效、高产、环保的高炉—转炉炼钢技术

高炉、转炉钢铁制造商正面临矿石/废钢价格大起大落，天然气价格创新低，设施老化以及越来越严格的环保规定等问题。因此，为应对此类问题，需要应用灵活的工艺技术以充分利用原材料和能源优势，同时避免潜在的技术缺陷。本文描述了Tenova公司不同原材料和能源结构下，具有高能源效率、生产力、产量和降低排放的高度灵活的高炉—转炉炼钢技术。
1.提高铁矿石灵活性的技术
由于原材料成本上升，许多钢铁制造商正在考虑使用价格较低的铁矿石，这类铁矿石磷含量相对较高。Tenova的iBOF®工艺技术1、2、4模块对钢铁制造商在处理低质、高含磷铁矿石的灵活操作方面起着至关重要的作用。
(1)在使用高含[P]熔融金属时，iBOF®模块1终点控制—避免过少”和“过多”喷吹对有效控制[P]含量至关重要。在合适[C]含量和温度下没有调节喷吹则会导致高的[P]含量，进而影响熔渣质量。过早调节喷吹不仅会导致C的复吹，还会导致P的复吹。因此，避免过吹也是非常重要的，否则回流会导致[P]含量升高。
为了更好地了解调节操作在熔融金属不同[P]含量情况下对[P]含量控制的影响，Tenova开发了一款全面、能充分预测转炉工艺的控制模型。为了避免统计模型通常遇到的一些问题，iBOF®模型基于热力学和动力学原理，利用实时热量和质量平衡原理而建立的。因此，iBOF®模型不仅可以用于转炉终点的实时监测与控制，还可以模拟和研究铁水和转炉实践变化产生的影响。
当采用常用的铁水[P]含量0.04%时，普遍将碳终点窗口调节至[P]含量小于0.015%。在这种情况下，则很少出现[P]的复吹情况。
然而，当铁水[P]增至0.1%时，控制参数范围大大缩小。在这种情况下，如果终点控制不好将会导致[P]复吹频率升高。
通过过吹来避免高P复吹也不可行；iBOF®终点模型渣化学预测结果表明,随着渣重量增加，过吹使FeO质量迅速增加，进而有效稀释CaO含量。如果过吹，相应的渣(FeO)量急剧增加，CaO含量降低以及相关出钢温度升高将导致出钢[P]含量升高，这是由于[P]的回流所致。
(2)当使用高[P]熔融金属情况下iBOF®模块2杂质控制—优化渣化学控制和有效的终点控制是控制合适的[P]含量的关键。维持富含溶解CaO的渣的V比约为3，且MgO含量不高于所需量，以尽可能减少耐火材料磨损将会提高磷分配比。
在使用磷含量越来越高的熔融金属时，随着渣量的增加，实时杂质检测和减排变得越来越重要。
Tenova的iBOF®模块2杂质检测系统利用一种氧枪振动法及其专有软件为转炉操作者提供喷溅事件预警功能，此技术可以提前20～40秒进行杂质预警。此预警功能使此系统能够动态控制氧枪位置和氧气流量，使转炉运行能够以“主动的”而不是“被动的”方式减轻杂质产生的影响。
(3)当使用高[P]熔融金属条件下iBOF®模块4自动出钢控制—如果在富含大量P2O5的转炉炉渣中添加合金，在钢包中会出现大量的磷回流至熔融金属中。
Tenova的iBOF®模块4自动出钢控制旨在提供全自动出钢控制，保持转炉炉渣低回流和高安全性。系统通过一组摄像头控制转炉倾斜序列，目的是为了维持出钢口最大的钢水深度，并减少钢渣回流至钢包。同时，此系统根据倾斜位置来控制钢包车的移动。多个摄像头和简洁的人机界面使得转炉操作者可以安全地进行出钢操作，而不需要靠近转炉。
2.提高废钢/熔融金属比灵活性的技术
提高废钢/熔融金属比灵活性的技术为高炉—转炉钢铁企业提供了一个有价值的工具，通过调整原料配比改变原料成本，将运营成本降到最低，并利用市场机会通过增加废钢比提高钢铁产量。
(1)iBOF®模块3二次燃烧优化的转炉—氧气转炉炼钢过程自身产生足够的热量来支持碳和其他元素的氧化。对于在正常喷吹条件下的顶吹转炉运行，从转炉排出的废气85%～90%是未燃烧的一氧化碳，与炉内二次燃烧生成的二氧化碳保持平衡。通过这种传统的顶吹方式，生成的充足的热量可用于含75%熔融铁水和25%固体废料的炉料。
转炉内用以提高废钢熔化的二次燃烧能效的主要决定因素是废气和液固相之间热量的转化。Farrand以KOBM转炉为对象，计算出“HTE”实际上平均约为44%。这些传热计算是基于废气分析和出钢温度，其显示转炉内二次燃烧每增加1%，钢液温度实际平均升高4.9℃。
iBOF®模块3优化二次燃烧旨在通过对EFSOP®废气实时分析来对氧枪高度进行动态控制，并对用以脱碳的一次O2和用以二次燃烧的二次O2流量进行独立、动态控制。其目的是通过提高转炉内二次燃烧来提高废钢熔化和实时生产率。此系统利用实时废气分析、其它废气传感器数据和转炉工艺模型来确定自喷吹开始到结束转炉内实际的二次燃烧比率。
iBOF®二次燃烧模块是将转炉二次燃烧从传统的提前确定喷吹氧枪高度和氧气流量工艺改成动态控制工艺，即在实时监测实际废气的基础上动态调节氧枪和氧气流量以优化喷吹工艺。这样一个动态控制系统的目的是最大化废钢熔化能力，同时通过避免不必要的氧气过吹来降低运营成本。
（2）CONSTEEL®工艺技术：废钢和熔融金属最终操作的灵活性—通常，CONSTEEL®工艺技术被认为是一种高度灵活、低能耗、高产量和生产力的连续电炉炼钢系统，能够处理多种配比不同的固体物料，包括不同的废钢、直接还原铁、热压块铁和生铁配比—由于每年钢产量达4000万吨，CONSTEEL®工艺技术已成为一项非常成功的、创新的电炉技术。
通过近期的调整，CONSTEEL®工艺目前可以用于多种固体废料与液态铁水配比，从而使CONSTEEL®工艺非常适合采用高炉—转炉的炼钢厂，有助于其灵活、大范围的调节废钢与熔融铁水比例。
CONSTEEL®工艺所采用的铁水热装为高炉—转炉钢铁生产商提供生产力和成本优化的机会。它可以提高生产能力，尤其是铁水可用性受限的生产厂。此外，CONSTEEL®工艺所采用的铁水热装使生产厂可以改变废钢与熔融铁水比例较目前氧气转炉炼钢的比例范围更广，从而使这些生产厂能够充分利用废钢供应及其价格优势。
铁水热装应用到传统电弧炉是有困难的，这主要是受限于铁水热装可能会引发碳快速沸腾等相关安全问题和操作控制问题，因为当大量高碳熔融金属倒入电弧炉熔池中，可能会导致碳的快速沸腾。
相比之下，CONSTEEL®工艺通过匹配适当的废钢连续热装与熔融金属连续或半连续热装的比率而在很大程度上解决了这些控制问题，熔融金属连续或半连续热装通过耐火流槽控制。实践表明，如果碳控制在0.15%～0.25%范围，通过适当的固体料与铁水热装比可以维持安全操作和良好的泡沫渣。
对于传统的顶装电弧炉，装入的铁水与废钢的最佳比应该在30/70左右。相比之下，采用连续热装CONSTEEL®工艺不断取得生产效益，铁水与废钢比高达50/50。实践还证明CONSTEEL®工艺可用于铁水占比高达80%的配比条件下，从而可在氧气转炉检修时取代氧气转炉而投入使用。
因此，高度灵活的CONSTEEL®工艺非常适合那些正在寻求通过提高铁水可用性来提高生产能力和更好地进行原料成本动态管理的高炉—转炉炼钢厂。
(来源：炼钢)