轉爐高拉碳技術在45-L鋼開發(fā)中的應用

尹建妙

（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

轉爐高拉碳技術在45-L鋼開發(fā)中的應用

尹建妙

（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

將高拉碳技術應用于45-L鋼的新品種開發(fā)中，對轉爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點控制工藝等進行了一系列優(yōu)化，并進行降低系統(tǒng)溫降技術研究，提高了各環(huán)節(jié)對磷的控制水平，使鋼的潔凈度水平明顯提高，終點碳含量全部達到≥0.10%的控制標準，噸鋼合金消耗成本降低了32余元，為更高端產(chǎn)品的開發(fā)提供了有利的技術支持。

轉爐；高拉碳；中碳鋼；碳含量

1 引言

為適應市場發(fā)展形勢，促進天鐵棒線廠產(chǎn)品結構調(diào)整，創(chuàng)造效益增長點，公司決定開發(fā)45#硬線盤條產(chǎn)品。該鋼種要求鋼水純凈度高、非金屬夾雜物含量低、鑄坯全氧含量低，對生產(chǎn)工藝控制要求較高。煉鋼廠根據(jù)自身的生產(chǎn)條件，對轉爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點控制工藝等進行了一系列優(yōu)化，并開展降低系統(tǒng)溫降技術攻關，提高了各環(huán)節(jié)對磷的控制水平，為實現(xiàn)轉爐高拉碳操作奠定了基礎。2014年7月，高拉碳技術在45-L中碳鋼生產(chǎn)上應用，終點碳含量全部達到≥0．10%的控制標準，鋼的潔凈度水平明顯提高，高拉碳法冶煉為開發(fā)更高端產(chǎn)品提供了有利的技術支持。

2 高拉碳脫磷理論分析

在轉爐煉鋼工藝中，出于對鋼水潔凈度、金屬收得率、轉爐爐襯及鋼種要求的考慮，應盡可能地提高吹煉終點鋼水的碳含量。但現(xiàn)有煉鋼工藝條件下，因轉爐吹煉脫碳和脫磷任務相互矛盾，提高終點鋼水碳含量就意味著要承擔磷含量升高甚至出格的風險。轉爐終點鋼水碳含量的控制主要受脫磷效果的制約，要提高終點鋼水碳含量就必須要進一步提高吹煉全程的脫磷效果；又因轉爐出鋼過程均存在不同程度的下渣而產(chǎn)生回磷現(xiàn)象，也需采取措施控制下渣量以減少回磷；脫磷反應是強烈的放熱反應，因而若吹煉終點爐溫過高，反應則向逆反應方向進行，鋼中磷含量不僅不能降低，反而會產(chǎn)生回磷。

在轉爐煉鋼環(huán)境中，磷的氧化由以下環(huán)節(jié)組成：

在鋼渣界面上反應為：

在與渣相相鄰的金屬相一側內(nèi)反應為：

在與金屬相相鄰的渣相一側內(nèi)反應為：

總反應可描述為：

因脫磷為強烈的放熱反應，因而低爐溫有利于反應的正向進行，但從動力學角度看，低硅、低溫又不利于化渣，若化渣不利反而阻礙磷的脫除。由此得出脫磷的條件是：高堿度、高氧化鐵含量、良好的爐渣流動性；充分的熔池攪拌；適當?shù)臏囟群痛笤俊?/p>

從脫磷反應來看，凡是有利于逆向反應的條件都會造成鋼的回磷。如爐渣的堿度或氧化鐵含量降低，或石灰渣化不好爐渣黏，或爐溫過高等，均會引起回磷現(xiàn)象；出鋼過程中由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也會導致成品鋼中P含量高于終點[P]含量。由于脫氧、熔渣堿度、FeO含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象。

3 轉爐冶煉條件

單一氧氣頂吹轉爐，吹煉終點鋼水[C]、[O]約為0.002 8。

鐵水比：92%～96%；鐵水溫度：1 260～1 300℃；入爐鐵水成分見表1。

表1 入爐鐵水成分/%

造渣工藝：留渣＋單渣法；造渣料：石灰、輕燒白云石、燒結礦、氧化鐵皮、回收渣鋼等。石灰質量見表2。

表2 石灰質量

供氧強度：3．4～3．8 m3/t·min；供氧時間：11～13 min/爐；噴頭主要設計參數(shù)：四孔、噴孔夾角12°、喉口直徑27 mm、出口直徑35 mm。

出鋼口出鋼時間：1′20″～3′20″；擋渣帽＋擋渣球雙擋渣出鋼。

4 技術措施

4．1 優(yōu)化轉爐供氧吹煉工藝

4．1．1 優(yōu)化造渣制度

因天鐵煉鋼廠轉爐裝入廢鋼比較低，供氧吹煉3 min后爐溫即可升至1 420℃以上，導致最佳脫磷溫度持續(xù)時間較短。為此將轉爐吹煉前期燒結礦、氧化鐵皮等冷卻劑加入量由200～400 kg增加到了700～1 000 kg，并試驗了兌鐵前先向爐內(nèi)加入適量石灰和燒結礦預造渣的新工藝。通過大幅增加冷卻劑用量和改變輔料加入工藝，前期熔池溫度進一步降低，爐渣低溫泡沫化程度進一步提高，從而使前期脫磷熱力學條件得到有效改善。

使用無氟化渣劑助熔。無氟化渣劑主要成分為Al2O3、Fe2O3和SiO2，噸鋼加入量小于5 kg，在吹煉前期和遇爐渣“返干”時加入。吹煉前期配合燒結礦、氧化鐵皮等含鐵物料使用，可使起渣時間縮短10～20 s；因無氟化渣劑具有良好的自熔性和和持久的助熔效果，不僅可有效縮短爐渣“返干”時間，還可保持終渣的均勻穩(wěn)定。通過使用無氟化渣劑助熔，轉爐吹煉各期爐渣流動性均有了一定改善，為提高吹煉脫磷效果進一步創(chuàng)造了條件。

4．1．2 優(yōu)化供氧制度

吹煉前期低槍位操作。供氧開吹1 min左右，待爐渣初步渣化后，及時降低槍位至拉碳槍位＋100～200 mm處，并保持3．8 m3/t·min高的供氧強度，增加氧射流對熔池的沖擊深度和沖擊動能，加速鐵水中的磷元素向渣-鋼界面的擴散，提高其與渣中（FeO）的反應速率，改善脫磷動力學條件。

吹煉全程采用“高→中→高”的供氧強度和“高→低→高→低”的槍位控制模式。吹煉中期供氧強度控制在3．4～3．6 m3/t·min，可保持脫碳反應的平穩(wěn)進行；吹煉終點拉碳前適當提高槍位操作，進一步提高渣中（FeO）含量和爐渣的流動性，以改善高拉碳條件下終渣的流動性。

4．1．3 終點高拉補吹技術應用

生產(chǎn)實踐中，在生產(chǎn)磷含量小于0．020%以下的鋼種時，即使采用了留渣加雙渣的冶煉工藝，轉爐吹煉終點鋼水磷含量也有相當一部分爐次難以在一次倒爐的條件下達到0．012%以下的控制要求。針對此問題，應用了吹煉終點高拉補吹操作的工藝。在碳高停吹狀態(tài)下，鋼水中的碳將與渣中的氧化亞鐵發(fā)生激烈反應，所產(chǎn)生的CO氣體將攪動整個液渣層，甚者可使爐渣涌出爐口，從而使鋼-渣界面反應動力學條件得到改善；補吹操作時，氧射流沖擊爐渣使其進一步渣化，渣中氧化亞鐵含量進一步升高，鋼水脫磷反應繼續(xù)進行。

高拉補吹脫磷效果隨補吹時間的延長而提高，為此實施了依據(jù)裝入量定點拉碳的操作，要求吹煉至600～630 s即提槍停吹，使第一次倒爐鋼水碳含量達到0．30%以上；補吹時再綜合考慮倒爐鋼水碳含量、溫度和爐渣流動性后加入適量冷卻劑或助熔劑，以實現(xiàn)對終點鋼水成分、溫度和爐渣等良好的整體控制。生產(chǎn)實踐表明，高拉補吹后鋼水磷含量可降低0．002%～0．004%，即總體脫磷率提高了2%～4%。

4.2 回磷控制

4．2．1 出鋼擋渣工藝優(yōu)化

使用擋渣塞代替擋渣帽擋渣出鋼，使出鋼見流位置接近于與鋼包垂直，有效減少了出鋼前期下渣量；出鋼后期使用擋渣標代替擋渣球擋渣，擋渣成功率由原不足85%提高到了95%以上，加之擋渣標有較長時間的懸浮排渣作用，出鋼過程下渣量也相應降低了20%左右。出鋼擋渣工藝優(yōu)化后，鋼水回磷質量分數(shù)由原（30～40）×10-6降低到了（10～20）×10-6。

4．2．2 出鋼口及出鋼操作

轉爐出鋼過程的下渣量約占總下渣量的50%以上，出鋼口出鋼時間短或出鋼跟爐操作不及時則更易卷渣。為此制定了以下規(guī)范：將出鋼口出鋼時間下限由原80 s調(diào)整到100 s，低于此值需立即進行套磚操作；在冶煉磷含量小于0．025%以下的鋼種時，則要求出鋼時間達到2 min以上，再嚴格的鋼種則需新套出鋼口后方可冶煉；出鋼時設專人盯爐口并指揮跟爐。

4．2．3 下渣爐次處理

出鋼擋渣失敗的爐次，鋼水回磷量可達0．008%左右，過LF爐精煉鋼種可高達0．015%以上。遇大量下渣的爐次，采取了增加精煉石灰加入量100～150 kg的措施，通過增加頂渣堿度可有效抑制回磷，使回磷量可控制在0．008%以下的可控范圍；另外，在條件允許的情況下，采取折包處理也可較大程度減輕回磷量。

4.3 降低系統(tǒng)溫降

為實現(xiàn)高拉碳操作和防止精煉電耗提高，開展了降低系統(tǒng)溫降的攻關活動，以確保連鑄中包黑液面澆注和努力實現(xiàn)單座鑄機三個大包在線周轉（非精煉鋼），非精煉鋼、精煉鋼鋼水澆注過程大、中包溫降由原高于65℃和50℃降低到了45℃和35℃以下，使得轉爐出鋼溫度有效滿足了高拉碳條件下控磷所需的技術條件。

5 試制效果

2014年7月，高拉碳技術在45-L新品種開發(fā)時得到整體試用，試用效果如下。

5.1 終點成分、成品成分控制情況

終點碳、磷含量及成品磷含量見表3。

表3 終點碳、磷含量及成品磷含量/%

在采用單渣法、入爐鐵水磷含量最低0．120%、石灰加入量1 200～1 500 kg/爐的條件下，轉爐吹煉終點鋼水C含量平均為0．17%，P含量平均為0．014%，且均達到C≥0．10%、P≤0．016%的出鋼控制標準；成品P含量平均為0．020%，且均達到≤0．025%的控制標準。

5.2 鋼中全氧及氣體控制情況

鋼中全氧含量及氮、氫氣體含量見表4。

45-L鋼全鋁含量要求控制在0．005%以下，轉爐出鋼脫氧合金化時需采用無鋁脫氧劑并嚴格控制其它合金的鋁含量。要在此條件下控制鋼中全氧在40×10-6以下，就需將LF爐到站鋼水中的自由氧含量控制在25×10-6以下。通過轉爐終點高拉碳操作，終點鋼水自由氧含量可控制在120×10-6～280×10-6，較以往至少降低了300×10-6，從而確保了其后各工序的有效控制。

表4 鋼中全氧含量及氮、氫氣體含量/×10-6

5.3 鋼中夾雜對照

金相200倍夾雜分析顯示，高拉碳爐次基本無B類夾雜，且D類夾雜物等級在0．5級以下，鋼的潔凈度較高（見圖1）；而終點碳0．05%的爐次，B類夾雜在2．0級以上，鋼的潔凈度較低（見圖2）。

圖1 夾雜200x（終點碳0.16%）

5.4 消耗對照

實施前終點碳平均為0．05%，噸鋼水增0．01%碳需消耗碳粉0．12 kg，則增碳劑消耗降低：（0．17-0．05）×0．12=1．44 kg/t鋼。

MnSi合金回收率提高4%～5%，按4%計入，則MnSi合金消耗降低0．45kg/t鋼。

圖2 夾雜200x（終點碳0.05%）

終點碳0．05%時鋼水自由氧含量約為560× 10-6，而終點碳0．17%時鋼水自由氧含量約為160× 10-6。每脫除100×10-6氧需消耗CaBaSi脫氧劑30 kg，則脫氧劑消耗降低：（560-160）÷100×30÷42= 2．86kg/t鋼。

碳粉、MnSi合金、CaBaSi脫氧劑價格分別按照2 700元/t、6 000元/t、9 000元/t計入，則噸鋼合金成本綜合降低：（1．44×2．7）+（0．45×6）+（2．86×9）≈32．33元。

6 結束語

應對鐵水磷含量高對轉爐終點碳控制所帶來的不利影響，對轉爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點控制工藝等進行了一系列優(yōu)化，并展開降低系統(tǒng)溫降技術攻關，進一步提高了各環(huán)節(jié)對磷的控制水平，為實現(xiàn)轉爐高拉碳操作奠定了基礎。2014年7月，高拉碳技術在45-L等新品種開發(fā)時得到初步試用，鋼的潔凈度水平明顯提高，噸鋼合金消耗成本也降低了32余元，為開發(fā)更高端產(chǎn)品提供了有利的技術支持。

[1]陳家祥.煉鋼學原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999．

[2]紀瑞東.轉爐高拉碳法冶煉中高碳鋼技術 [J].世界鋼鐵，2013（2）：23-26.

[3]張臣，曹志眾.轉爐冶煉中碳鋼高拉碳工藝的生產(chǎn)實踐[J].本鋼技術，2010（6）：16-19.

Application of Converter Catch Carbon Technology in 45-L Steel Development

YIN Jian-miao
(Steel-making Plant,Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Catch carbon technology was applied to the development of 45-L steel,a new grade．A series of optimization were carried out on converter slag building system,oxygen supply system,tapping slag retaining process and endpoint control process．Study was made on system temperature reduction technology．Consequently,the control level at all processes over phosphorous was improved and the level of steel cleanliness increased prominently．Endpoint carbon contents all reached a control standard of≥0．10%．The cost of alloy consumption was reduced by more than 32 RMB for each ton of steel．Favorable technical support was provided for the development of higher grade product．

converter;catch carbon;medium carbon steel;carbon content

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．001

2015-01-08

2015-02-03

尹建妙（1971—），女，工程師，主要從事轉爐煉鋼技術管理工作。