本文關鍵詞：首鋼京唐脫磷爐工藝技術優(yōu)化研究

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【摘要】：首鋼京唐公司采用“全三脫”冶煉工藝流程生產潔凈鋼,其中原型脫磷爐采用16孔底吹布置,熔池內鋼液流動分區(qū)較多;底吹元件容易堵塞,導致底吹效果較差；脫磷轉爐爐溫較低,冶煉過程中出現爐壁粘鋼、廢鋼無法全部融化等問題,脫磷半鋼指標未達到先進水平。因此,本文以首鋼京唐公司300t脫磷爐為研究對象,對底吹孔布置方式、爐型維護技術、轉爐物料平衡以及熱量平衡、脫碳爐爐渣二次利用等展開脫磷爐脫磷技術的系統(tǒng)研究,提出工藝改進措施,在工業(yè)試驗驗證和生產中取得了理想效果。本文的主要創(chuàng)新點和工作如下：依據首鋼京唐公司300t脫磷爐的爐型結構及復吹冶煉的相關工藝參數,進行實驗室1：12的水模實驗研究,通過單因素雙指標的方法分析轉爐底吹元件布置的最佳方式(包括底吹元件的數目和布置方式),同時分析了底吹流量變化、頂吹流量變化、槍位變化對轉爐熔池混勻時間以及界面?zhèn)髻|速率的影響,給出了各工藝參數的最佳范圍。京唐300t脫磷爐的最佳參數配置為：底吹元件布置方案為8支底吹元件內環(huán)非完全對稱集中布置,其混勻時間最短,傳質速率最快,此時頂吹流量為14.35Nm3/h(對應原型18000Nm3/h),氧槍槍位為128mm(對應原型2400mm),底吹流量為2.74Nm3/h(對應原型3673Nm3/h)。根據不同頂吹、底吹攪拌能量條件下,研究不同類型和單重的廢鋼在熔池中的運動狀況和測定不同單重廢鋼在熔池中的懸浮能量(廢鋼在熔池中呈懸浮狀態(tài)所需的攪拌能量),從而確定脫磷爐半鋼冶煉合理的廢鋼類型和尺寸,減少因廢鋼不熔化造成的出鋼量少、廢鋼粘爐底等問題。廢鋼的加入量建議控制在10%以內,大塊廢鋼混勻時間整體上比小塊廢鋼混勻時間要長,當復吹參數為頂吹流量30000Nm3/h(氧槍槍位低于2400mm),底吹流量為4010Nm3/h時,廢鋼在熔池中呈懸浮狀態(tài)的單重最大不超過1.5t,此時對應的懸浮能量為14989W/m3。為進一步研究轉爐底吹元件布置方式、頂底復吹參數對脫磷爐熔池內鐵液流動的影響,通過數值模擬研究脫磷爐內氣液兩相流動規(guī)律,結果表明：對于8支底吹元件的內環(huán)非對稱式集中布置方案,其熔池鐵液速度分布較均勻,且“傳質更新區(qū)”面積較大,“傳質滯止區(qū)”所占面積較少,為最優(yōu)底吹元件布置方案。當氧槍槍位保持2400mm、頂吹氧氣流量為35000Nm3/h,底吹流量為3500Nm3/h時鐵水流動速度較大,“傳質更新區(qū)”比例較高,更有利于脫磷反應的進行。結合脫磷爐低溫吹煉條件下的物料平衡和熱量平衡模型、現場生產數據,建立轉爐渣中(FeO)預測模型,利用該模型可預測吹煉各階段爐渣(FeO)含量,用于指導吹煉過程槍位和氧氣流量控制。驗證結果表明,模型計算的爐渣FeO含量和實測值吻合度較高,絕對誤差在土2%以內、相對誤差在10%以內的比例在80%以上。通過對脫碳轉爐渣和脫磷轉爐渣進行綜合對比分析,高堿度脫碳爐渣可進行脫磷爐冶煉半鋼時的熱態(tài)渣二次循環(huán)利用。通過開發(fā)專用熱態(tài)渣渣罐,實現脫碳爐熱態(tài)渣循環(huán)進入脫磷爐冶煉半鋼,進一步提高脫磷爐化渣效果和脫磷效果,以及實現脫磷爐零輔料消耗的目標。脫磷爐冶煉半鋼采用脫碳爐熱態(tài)渣工藝后,終點磷含量降低0.006%,轉爐終渣TFe爐次降低約3.4%,熱態(tài)渣試驗爐次實現零石灰、零輕燒等輔料的消耗。工業(yè)現場試驗結果表明：通過底吹孔的優(yōu)化布置,現場脫磷爐脫磷率從65.3%上升到72.2%,終點磷含量從0.039%下降到0.031%,脫磷效果得到明顯改善;通過常規(guī)和洗爐方式進行爐型維護,可以有效控制爐襯粘鋼厚度,提高脫磷效果,延長使用壽命。通過現場對中型廢鋼、打包塊、熱軋切頭尾等廢鋼進行轉爐熔化試驗發(fā)現,脫磷轉爐僅可采用中型廢鋼,對于打包塊與熱軋切頭尾等尺寸較大廢鋼需通過延長吹煉時間、提高轉爐熔池溫度等措施提高廢鋼熔化速率。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF713

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