本文關(guān)鍵詞：首鋼京唐脫磷爐工藝技術(shù)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(chǎn)潔凈鋼,其中原型脫磷爐采用16孔底吹布置,熔池內(nèi)鋼液流動分區(qū)較多;底吹元件容易堵塞,導(dǎo)致底吹效果較差；脫磷轉(zhuǎn)爐爐溫較低,冶煉過程中出現(xiàn)爐壁粘鋼、廢鋼無法全部融化等問題,脫磷半鋼指標(biāo)未達(dá)到先進(jìn)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(hù)技術(shù)、轉(zhuǎn)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(shù)的系統(tǒng)研究,提出工藝改進(jìn)措施,在工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證和生產(chǎn)中取得了理想效果。本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)和工作如下：依據(jù)首鋼京唐公司300t脫磷爐的爐型結(jié)構(gòu)及復(fù)吹冶煉的相關(guān)工藝參數(shù),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室1：12的水模實(shí)驗(yàn)研究,通過單因素雙指標(biāo)的方法分析轉(zhuǎn)爐底吹元件布置的最佳方式(包括底吹元件的數(shù)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(zhuǎn)爐熔池混勻時間以及界面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響,給出了各工藝參數(shù)的最佳范圍。京唐300t脫磷爐的最佳參數(shù)配置為：底吹元件布置方案為8支底吹元件內(nèi)環(huán)非完全對稱集中布置,其混勻時間最短,傳質(zhì)速率最快,此時頂吹流量為14.35Nm3/h(對應(yīng)原型18000Nm3/h),氧槍槍位為128mm(對應(yīng)原型2400mm),底吹流量為2.74Nm3/h(對應(yīng)原型3673Nm3/h)。根據(jù)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(yùn)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(nèi),大塊廢鋼混勻時間整體上比小塊廢鋼混勻時間要長,當(dāng)復(fù)吹參數(shù)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(yīng)的懸浮能量為14989W/m3。為進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)爐底吹元件布置方式、頂?shù)讖?fù)吹參數(shù)對脫磷爐熔池內(nèi)鐵液流動的影響,通過數(shù)值模擬研究脫磷爐內(nèi)氣液兩相流動規(guī)律,結(jié)果表明：對于8支底吹元件的內(nèi)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(zhì)更新區(qū)”面積較大,“傳質(zhì)滯止區(qū)”所占面積較少,為最優(yōu)底吹元件布置方案。當(dāng)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(zhì)更新區(qū)”比例較高,更有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。結(jié)合脫磷爐低溫吹煉條件下的物料平衡和熱量平衡模型、現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立轉(zhuǎn)爐渣中(FeO)預(yù)測模型,利用該模型可預(yù)測吹煉各階段爐渣(FeO)含量,用于指導(dǎo)吹煉過程槍位和氧氣流量控制。驗(yàn)證結(jié)果表明,模型計算的爐渣FeO含量和實(shí)測值吻合度較高,絕對誤差在土2%以內(nèi)、相對誤差在10%以內(nèi)的比例在80%以上。通過對脫碳轉(zhuǎn)爐渣和脫磷轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行綜合對比分析,高堿度脫碳爐渣可進(jìn)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(shí)現(xiàn)脫碳爐熱態(tài)渣循環(huán)進(jìn)入脫磷爐冶煉半鋼,進(jìn)一步提高脫磷爐化渣效果和脫磷效果,以及實(shí)現(xiàn)脫磷爐零輔料消耗的目標(biāo)。脫磷爐冶煉半鋼采用脫碳爐熱態(tài)渣工藝后,終點(diǎn)磷含量降低0.006%,轉(zhuǎn)爐終渣TFe爐次降低約3.4%,熱態(tài)渣試驗(yàn)爐次實(shí)現(xiàn)零石灰、零輕燒等輔料的消耗。工業(yè)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明：通過底吹孔的優(yōu)化布置,現(xiàn)場脫磷爐脫磷率從65.3%上升到72.2%,終點(diǎn)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(jìn)行爐型維護(hù),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(xiàn)場對中型廢鋼、打包塊、熱軋切頭尾等廢鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)爐熔化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),脫磷轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐熔池溫度等措施提高廢鋼熔化速率。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF713

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