转炉炼钢氧气高效利用的生产实践

范庆镇

摘 要：文章通过通过规范冶炼吹氧的实践，实验炉在氧气高效利用、延长炉龄等方面取得了良好的效果，为氧气顶吹转炉炼钢提供了宝贵的经验。

关键词：高效；氧气压力；氧气流量

引言

长期以来，各氧气顶吹转炉的炼钢工为了追求高产量，比较习惯采用高氧压、大流量的冶炼吹氧方式。这种吹氧操作方式，在加速冶炼生产的同时，也给转炉生产带来了众多不利影响。

1 高氧压、大流量冶炼吹氧方式的危害

在生产上盲目追求班组高产量，采用高氧压和大流量的吹氧方式进行冶炼生产，虽然缩短了冶炼时间，加快了脱碳速度，但是也产生了众多不利的影响：

（1）高氧压、大流量冶炼加剧了对炉底的侵蚀，容易造成炉底深度的不稳定，使得冶炼过程中氧枪枪位的控制难度增加，从而导致了冶炼过程中喷溅和“返干”的现象较为严重。不仅增加了烧氧枪和氧枪结砣的事故，还大大地降低了金属的收得率，影响了单炉产量的稳定。

（2）枪位控制不当，会使氧气流过分冲刷炉衬，特别是新补完炉的补炉料，更容易被冲刷掉，既影响补炉质量，降低炉衬的寿命，又增加生产成本。

（3）使用高氧压、大流量进行冶炼，不仅会使大量氧气随炉气从炉口排出，降低了氧气的利用率，还会增加钢水中的氧含量，造成钢水的过氧化，既增加了合金的使用量，又容易造钢水成分出格。

2 实验炉吨钢耗氧量的计算

2.1 实验炉100kg金属料元素氧化消耗的氧气量

实验炉金属装入量保持在20t左右，其中，铁水占4/5，废钢占1/5。假设吹炼钢种是Q235B；渣量是金属装入量的8%；吹炼过程中，金属料中90%的碳氧化生成CO、10%的碳氧化生成CO2，渣中W（FeO）=9%；W（Fe2O3）=3%。由于实验炉所冶炼铁水未经过铁水预处理，Si、S、P含量极不稳定，所使用废钢条件也不铁水w（C）=4.00%；占装入量的80%；废钢w（C）=0.18%；占装入量的20%；平均碳含量4.00%×80%+0.18%×20%=3.24%，同理可以算出Si、Mn、P、S的平均成分。100kg金属料中元素氧化所需氧气量为6.129kg，这是氧耗量的主要部分。另外还有一部分氧耗量是随生产条件的变化而有差异。例如，炉气中部分CO燃烧生成CO2所需要的氧气量以及喷溅物中的氧含量等等。其数量随枪位、氧压、供氧强度、喷头结构、转炉炉容比、原材料条件等因素的变化而波动，波动范围较大。例如，炉气中CO2含量的波动范围是φ{CO2}=5%～30%；自由氧含量φ{O2}=0.1%～0.8%。这部分的氧耗量是无法精确计算的，因此用一个氧气的利用系数加以修正。根据生产经验认为氧气的利用系数一般在85%～95%。

每100kg金属料氧耗量：5.992/（85%～95%）=7.050～6.307（kg）若采用铁矿石或氧化铁皮为冷却剂时，将带入熔池一部分氧，这部分氧量与铁矿石的成分和加入的数量有关。若铁矿石用量是金属料的0.418%，根据矿石成分计算，每100g金属料由铁矿石带入熔池的氧量为0.096kg，若全部用来氧化杂质，则每100kg金属料的氧耗量是：（7.050～6.307）-0.096=6.954～6.211（kg）

2.2 实验炉每吨金属料氧化的耗氧量

氧气纯度为99.6%，密度为1.429kg/m3，则每吨金属料的氧耗量（标态）是：

{（6.954～6.211）/（99.6%×1.429）}×（1000/100）=48.87～43.65（m3/t）。平均每吨金属料的氧耗量为46.26（标态）（m3/t）

2.3 实验炉吨钢耗氧量

若吹损为8%，换算成吨钢水氧耗量（标态）为46.26/（1-8%）=50.28（m3/t）。

實验炉的氧气流量和供氧强度：若实验炉吹炼一炉钢的时间是13min，平均出钢量为17吨，则氧气流量Q=（50.28×17）/13=65.75（m3/min），即65.75×60=3945.25（m3/h）。因每吨金属料的氧耗量（标态）在48.87～43.65（m3/t）的范围内，所以换算成吨钢氧耗（标态）为48.87～43.65/（1-8%）=53.11～47.44（m3/t）由此可推算出实验炉的实际氧气流量的需要范围为[（53.11～47.44）×17]/13=69.46～62.03（m3/min），即3700～4200（m3/h）。供氧强度I=65.75/17=3.86（m3/t·min），符合国内中、小型转炉的供氧强度（标态）为2.5～4.5m3/（t·min）的范围。

3 供氧制度

通过设定铁水和废钢的成分（入金属料成分的平均值），计算了实验炉吨钢耗氧量为50.28m3/t，得出冶炼一炉钢所需要的氧气流量为3945.25m3/h，具体控制范围根据炉内反应状况定为3600～4500m3/h。

3.1 氧气压力

氧气压力控制受炉内介质压力和流股马赫数影响，经测定，炉内介质压力一般为0.12～0.13MPa，流股马赫数在1.8～2.2之间。目前，在转炉上使用的工作压力为0.6～1.2MPa，视各种转炉容量而定。一般来说，转炉容量大，使用压力越高。

实验炉严格要求冶炼前期氧压控制在0.9MPa，冶炼中期反应激烈时应控制在0.85Mpa左右，中后期控制在0.95MPa。为了赶产量，在冶炼的前、中、后期，均把氧压调得较高，甚至达到0.95MPa以上。

3.2 氧气流量和供氧强度

3.2.1 氧气流量

氧气流量（Q）是指在单位时间内（t）向熔池供氧的数量（体积）V常用标准状态下体积（标态）量度，其单位是m3/min或m3/h。氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量，供氧时间等因素确定的，即：Q=V/t，式中Q表示氧气流量（标态），m3min或m3/h；V表示一炉钢的氧气耗量（标态），m3；t表示一炉钢的吹炼时间，min或h。实验炉严格要求冶炼前期流量为4000～4200m3/h。右，冶炼中期流量控制在4000m3/h以内，冶炼后期流量为4200～4500m3/h。

3.2.2 供氧强度

供氧强度I是单位时间内每吨钢的耗氧量，它的单位（标态）是m3/（t·min），可由I=Q/T来确定，式中I表示供氧强度（标态），m3/（t·min）；Q表示氧气流量（标态），m3/min；T表示出钢量，t。供氧强度的大小应根据转炉的公称吨位、炉容比来确定。供氧强度过大，会造成严重的喷溅，供氧强度过小延长吹炼时间。通常在不产生喷溅的情况下，尽可能采用较大的供氧强度。实验炉的供氧强度为3.86m3/（t·min），符合国内中小转炉的供氧气强度（标态）2.5～4.5m3/（t·min）的范围。

4 实践效果

通过五个月的生产试验，实验炉的生产实践取得了良好的效果，主要表现在以下几个方面：

（1）2007年1-12月平均吨钢耗氧量为54m3/t，最高为56.46m3/t，规范吹氧冶炼操作方式后，2008年1-5月平均吨钢耗氧量为50m3/t，最低为48.3m3/t，表明了氧气得到了高效地利用，降低了氧气消耗的生产成本。

（2）2007年1-12月平均枪龄80炉，最高为200炉，规范吹氧冶炼操作后，2008年1-5月，平均枪龄为150炉，最高达到350炉。

5 结束语

通过对实验炉供氧制度的氧压和氧气流量规范要求后，在生产实践中取得了良好的效果。

（1）不仅基本上解决了氧枪结砣等事故，还有效地提高了炉衬的寿命，延长了炉龄。

（2）不仅降低了冶炼过程的吨钢耗氧量，有效地降低了钢水的氧化性，还进一步降低了合金和脱氧剂的消耗，降低了生产成本。

参考文献

[1]王雅贞，等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备（第二版）[M].北京：冶金工业出版社，2001.