萊鋼60t轉(zhuǎn)爐單渣留渣操作實(shí)踐

王小璞（山東鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，山東　濟(jì)南　　250101）

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萊鋼60t轉(zhuǎn)爐單渣留渣操作實(shí)踐

王小璞
（山東鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，山東濟(jì)南250101）

摘要：留渣操作主要是利用前爐鋼冶煉終點(diǎn)的高堿度、高氧化性和高溫爐渣，促進(jìn)本爐冶煉前期快速化渣，提高脫磷效率并降低渣料消耗。本文根據(jù)萊鋼60t轉(zhuǎn)爐單渣留渣操作實(shí)踐，系統(tǒng)分析了留渣操作存在的危害原理并提出了預(yù)防措施，介紹了萊鋼單渣留渣操作模式，并針對(duì)單渣留渣法和單渣法的冶煉前期和終點(diǎn)渣樣，對(duì)單渣留渣法的益處進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：留渣；兌鐵噴濺；操作模式

0. 前言

留渣操作是近幾年各鋼廠轉(zhuǎn)爐工序操作重點(diǎn)研究攻關(guān)的技術(shù)，主要是利用前爐鋼冶煉終點(diǎn)的高堿度、高氧化性和高溫爐渣，促進(jìn)本爐冶煉前期快速化渣，提高脫磷效率并降低渣料消耗。留渣操作又根據(jù)是否冶煉過(guò)程倒渣分為雙渣留渣法和單渣留渣法。萊鋼60t轉(zhuǎn)爐工序脫磷壓力不大，為降低渣料消耗并促進(jìn)前期快速成渣以減少前期噴濺，選擇了單渣留渣操作進(jìn)行攻關(guān)，形成了穩(wěn)定的單渣留渣操作模型，并研究解決了留渣操作的兌鐵噴濺和開(kāi)吹打不著火生產(chǎn)事故，實(shí)現(xiàn)了可觀的生產(chǎn)效益。

1. 單渣留渣操作存在危害的原理及預(yù)防

轉(zhuǎn)爐留渣操作在20世紀(jì)80年代既已被提出，但由于沒(méi)有掌握留渣后操作安全規(guī)律，因此一直沒(méi)有得到大范圍推廣應(yīng)用。但氧氣轉(zhuǎn)爐留渣操作能夠充分利用前爐鋼終點(diǎn)爐渣的熱量、堿度和氧化性，大幅降低渣料消耗，在轉(zhuǎn)爐吹煉初期可以快速造就高堿度氧化渣，有利于提高生產(chǎn)效率，并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，特別在鐵水資源不足的鋼廠效益更加突出。因此各鋼廠一直在進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，以求實(shí)現(xiàn)留渣操作的穩(wěn)定。

留渣操作主要有兩方面的危害：一是兌鐵時(shí)碳氧劇烈反應(yīng)發(fā)生大噴；二是轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹打不著火，轉(zhuǎn)爐煙道內(nèi)氧氣和一氧化碳達(dá)到爆炸極限，產(chǎn)生煙道爆炸事故。

1.1兌鐵大噴的原因及預(yù)防

萊鋼煉鋼廠鐵水成分見(jiàn)表1。冶煉終渣成分基本保持在：CaO47%～51%； MgO8%～11%；SiO214%～17%；FeO 11%～17%。

表1萊鋼煉鋼廠鐵水成分范圍

兌鐵水時(shí)產(chǎn)生噴濺的原因是在兌鐵的瞬間，鐵水中的碳與鋼渣中的FeO發(fā)生激烈的脫碳反應(yīng)，生成的CO氣泡在近似自由空間迅速膨脹，把鐵水和鋼渣推出爐口所致。只有解決兌鐵時(shí)的碳氧激烈反應(yīng)，才能避免噴濺。當(dāng)鐵水兌入留有上一爐終渣的轉(zhuǎn)爐時(shí)，金屬與爐渣發(fā)生下列反應(yīng)：

由式（2）×2-式（1）得出式（3）：

此反應(yīng)式的自由能變化為：

式中：

fi——溶質(zhì)組元的活度系數(shù)。

取PCO=1.01×104Pa，則：

式中：eij——指鋼液中溶質(zhì)i對(duì)j的相互作用系數(shù)，即當(dāng)元素i在鋼液內(nèi)百分濃度不變時(shí)，每加入1%元素j引起元素i活度系數(shù)改變的對(duì)數(shù)值。

根據(jù)萊鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉終渣成分，R=3.0，F(xiàn)eO含量為15%，查表得a（SiO2）=0.0001，故

要限制鐵水中碳元素的氧化，必須使△G≥0，即滿足：

即溫度低于1507℃時(shí)，鐵水和上一爐的爐渣接觸，首先是硅的氧化（但也不排除有碳的氧化，因?yàn)殍F水中含碳量較高），也就限制了碳的激烈氧化。

另外，也可根據(jù)不同溫度下各種純氧化物的分解壓力找出碳和硅優(yōu)先氧化的溫度。由氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓的變化與溫度的關(guān)系可知：SiO2分解壓力曲線與CO分解壓力曲線相交的對(duì)應(yīng)溫度為1530℃。當(dāng)t小于1530℃時(shí)，［Si］先于［C］被氧化；當(dāng)t大于1530℃時(shí)則［C］先于［Si］被氧化。既便是在熱力學(xué)滿足式（3）的情況下，反應(yīng)也不一定進(jìn)行或進(jìn)行的很緩慢而不會(huì)造成噴濺，這是由復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)因素決定的。從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分析，化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)與絕對(duì)溫度之間符合Arrhenius關(guān)系式：

式中：

k——化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)；

e——化學(xué)反應(yīng)的活化能；

k0——頻率因子。

上式表明，化學(xué)反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，也就是說(shuō)溫度越高發(fā)生噴濺的概率越大。反之，化學(xué)反應(yīng)速度降低，發(fā)生噴濺的概率越小。

圖1單渣留渣法操作示意圖

從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析都可以看出，降低爐渣溫度是避免出現(xiàn)兌鐵大噴的關(guān)鍵因素，目前轉(zhuǎn)爐大部分實(shí)現(xiàn)了濺渣護(hù)爐，濺渣后爐渣溫度均低于1500℃?？梢哉f(shuō)留渣操作的條件已經(jīng)具備。同時(shí)在濺渣操作時(shí)，通過(guò)濺干爐渣，防止有液態(tài)爐渣，濺渣終點(diǎn)由爐長(zhǎng)親自查看爐渣狀態(tài)，濺渣時(shí)加入一部分石灰等渣料等措施，可以確保兌鐵時(shí)不出現(xiàn)大噴危害。

圖2單渣留渣法操作模式

1.2開(kāi)吹打不著火的原因及預(yù)防

開(kāi)吹打不著火主要是由于留渣操作爐渣、加入的廢鋼帶入的渣鋼以及鐵水帶入的鐵水渣量大，漂浮在表面，導(dǎo)致氧氣流股不能夠直接穿透渣層，發(fā)生反應(yīng)。開(kāi)吹打火時(shí)間超過(guò)40s，則前期氧氣流股一部分沖擊爐渣表面，造成（FeO）聚集，一部分進(jìn)入煙道內(nèi)，造成煙道內(nèi)氧氣含量大于2%。一旦打著火后，因爐渣中（FeO）聚集量大，很容易發(fā)生爆發(fā)性噴濺事故，噴濺出的紅熱鋼渣進(jìn)入煙道系統(tǒng)后，若不能夠及時(shí)滅火降溫，則煙道內(nèi)一氧化碳和氧氣含量在爆炸范圍內(nèi)，再加上紅熱鋼渣這一點(diǎn)火源，極易發(fā)生煙道內(nèi)爆炸事故，炸壞煙道系統(tǒng)。因此，預(yù)防開(kāi)吹打不著火的關(guān)鍵在于不能勉強(qiáng)打火，超過(guò)40秒打不著火后應(yīng)立即提槍停止吹煉。

表2預(yù)熱料及頭批礦石加入?yún)⒖急?/p>

表3前期渣樣原始數(shù)據(jù)表

2. 單渣留渣操作模式

2.1單渣留渣操作流程

圖1為單渣留渣法操作示意圖，其主要是將前一爐冶煉終點(diǎn)的爐渣，濺渣后留在爐內(nèi)，作為本爐冶煉渣料的一部分，促進(jìn)本爐冶煉快速成渣，并減少本爐石灰等渣料消耗，其主要流程及過(guò)程注意事項(xiàng)如下：

（1）濺渣護(hù)爐階段根據(jù)終渣狀況，可以加入石灰或白云石調(diào)整渣況，確保終渣濺干，防止液態(tài)渣。

（2）濺渣完畢需爐長(zhǎng)觀察濺渣狀況，若爐渣較稀，流動(dòng)性良好，可重新抬爐指揮一助手重新濺渣，或者將爐渣倒掉，避免因爐渣過(guò)稀，發(fā)生兌鐵大噴或開(kāi)吹打不著火事故。

（3）加入廢鋼應(yīng)盡量減少?gòu)U鋼中攜帶的泥土或粒鋼，減少帶入爐內(nèi)的碎渣子，防止開(kāi)吹打不著火事故。

（4）兌鐵開(kāi)始階段應(yīng)小流慢兌，指揮人員站位在側(cè)面5m外，防范兌鐵大噴。確認(rèn)冒火小時(shí)，再快速兌入。

圖3單渣留渣法同單渣法前期渣樣TFe和MnO含量對(duì)比

圖4單渣留渣法同單渣法前期渣樣堿度對(duì)比

（5）轉(zhuǎn)爐冶煉階段開(kāi)吹一助手應(yīng)認(rèn)真觀察打火情況，打不著火超過(guò)40s應(yīng)立即提槍停止打火，按打不著火應(yīng)急處理程序處理。冶煉前應(yīng)確保爐口積渣小于10cm，不影響觀察打火情況，打著火前一助手禁止加料。前期采用高槍位，高氧壓，促進(jìn)前期快速提溫，快速成渣，過(guò)程返干期降低氧壓，采取低氧壓吹煉，同時(shí)加入礦石調(diào)節(jié)溫度和渣況。

（6）拉碳和出鋼爐口不能搖的過(guò)低，防止?fàn)t渣大量淌出，致使留渣量不穩(wěn)定，影響下?tīng)t操作穩(wěn)定。

2.2單渣留渣操作參數(shù)控制

圖2為萊鋼煉鋼廠60T轉(zhuǎn)爐單渣留渣法冶煉具體操作模式。

（1）渣料加入：預(yù)熱石灰600kg～800kg，開(kāi)吹加1/3礦石，鎂塊100kg，2分鐘左右加入400kg石灰，以后根據(jù)溢渣情況分小批次加入剩余石灰。礦石在石灰加入完畢后分批加入。預(yù)熱石灰及一批礦石量參考表2，礦石加入量需要參考鐵水溫度，綜合確定。

目的：安全兌鐵，平穩(wěn)打火，迅速化渣，平衡溫度，控制噴濺。

（2）槍位控制：開(kāi)吹槍位1200mm，2分30秒左右視溢渣情況適當(dāng)提槍?zhuān)缭Y(jié)束槍位回歸，過(guò)程恒槍操作，8分左右視“返干”情況適當(dāng)調(diào)槍?zhuān)瓌t少動(dòng)槍?zhuān)ㄟ^(guò)加料控制，拉碳前1分鐘左右開(kāi)始降槍至1.05m，壓槍時(shí)間保證1分鐘左右。

目的：有力攪拌，適當(dāng)FeO，確保脫磷，均衡升溫，控制“返干”。

（3）氧壓控制：試行階段性控制，開(kāi)吹氧壓1.0MPa；1分40秒～2分后氧壓降至0.7MPa～0.75MPa；4分后將氧壓提至0.75MPa～0.83MPa至終點(diǎn)。

目的：控制供氧強(qiáng)度，保障為化渣脫磷，控制脫碳速度，減少?lài)姙R、返干，終點(diǎn)保碳。

表4終點(diǎn)渣樣原始數(shù)據(jù)表

表5單渣留渣法推進(jìn)脫磷效果對(duì)應(yīng)表

3. 單渣留渣法同單渣法比較分析

轉(zhuǎn)爐爐渣成分代表了爐渣熔化程度以及爐渣性能，因此，為探究單渣留渣法的價(jià)值，我們分別對(duì)比分析了單渣留渣法和單渣法的前期和終點(diǎn)渣樣成分。并對(duì)操作一段時(shí)間的脫磷率進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。

3.1單渣留渣法同原單渣法前期渣樣比較分析

表3為分別采取單渣留渣法和單渣法的前期渣樣原始數(shù)據(jù)，其中前期渣樣指轉(zhuǎn)爐冶煉3分鐘時(shí)爐前倒?fàn)t取的渣樣。為確保數(shù)據(jù)具有可對(duì)比性，選擇原料條件相同的相近爐次取前期渣樣。

如圖3所示，單渣留渣法相比單渣法前期渣樣的TFe和MnO含量均較高（圖3），主要是由于留渣時(shí)，上爐終渣中含有一定的TFe和MnO含量，且溫度較高，有利于前期渣熔化。

從圖4可以看出，單渣留渣法前期渣樣堿度要比單渣法高，且相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明前期化渣效果要好于單渣法。且前期堿度高，有利于提高轉(zhuǎn)爐前期脫磷效率。

3.2單渣留渣法同原單渣法終點(diǎn)渣樣比較分析

表4為單渣法和單渣留渣法終點(diǎn)渣樣原始數(shù)據(jù)，終點(diǎn)渣樣指轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)一次拉碳時(shí)取的渣樣。為確保數(shù)據(jù)具有可對(duì)比性，選擇原料條件相近的連續(xù)爐次取終點(diǎn)渣樣數(shù)據(jù)。

圖5單渣留渣法同單渣法終點(diǎn)渣樣TFe含量對(duì)比圖

從圖5可以看出，單渣留渣法相比單渣法終點(diǎn)渣樣全鐵均有降低，因此對(duì)于降低鋼鐵料消耗有利，也說(shuō)明留渣操作時(shí)終渣較好，終點(diǎn)壓槍時(shí)間相對(duì)有所提高。且通過(guò)表4單渣法同留渣法的渣樣平均值對(duì)比可以看出，留渣法渣中的CaO和MgO含量及R等都相比單渣法有所降低，說(shuō)明留渣法的渣量相比單渣法有降低，這也有利于降低渣中的金屬料損失。

3.3單渣留渣法同單渣法磷成分控制效果比較

通過(guò)在轉(zhuǎn)爐操作中試驗(yàn)單渣留渣法，提高了冶煉前期化渣效果，使全程操作穩(wěn)定，返干和噴濺等操作問(wèn)題得到大幅減少，終點(diǎn)爐渣熔化均勻，終點(diǎn)壓槍時(shí)間提高到1min以上，脫磷效率也得到大幅提高。相比單渣法和單渣留渣法的脫磷效果，轉(zhuǎn)爐脫磷率成品磷小于0.025%的比率大幅提高。磷高化廢爐數(shù)和平均終點(diǎn)磷含量也有明顯的降低，見(jiàn)表5。

結(jié)語(yǔ)

（1）降低上爐終點(diǎn)爐渣溫度是避免出現(xiàn)兌鐵大噴的關(guān)鍵因素，目前轉(zhuǎn)爐大部分實(shí)現(xiàn)了濺渣護(hù)爐，濺渣后爐渣溫度均低于1500℃。同時(shí)在濺渣操作時(shí)，通過(guò)濺干爐渣，防止有液態(tài)爐渣，濺渣終點(diǎn)由爐長(zhǎng)親自查看爐渣狀態(tài)，濺渣時(shí)加入一部分石灰等渣料等措施，可以確保兌鐵時(shí)不出現(xiàn)大噴危害。

（2）開(kāi)吹打不著火主要是轉(zhuǎn)爐內(nèi)渣層過(guò)厚，爐渣內(nèi)（FeO）聚集。預(yù)防的關(guān)鍵在于不能勉強(qiáng)打火，超過(guò)40s打不著火后應(yīng)立即提槍停止吹煉。

（3）單渣留渣操作時(shí)，應(yīng)根據(jù)原料條件，及時(shí)調(diào)整入爐渣料及冷料量，確保全程均勻升溫，爐渣快速熔化。

（4）單渣留渣法相比單渣法前期渣樣的TFe和MnO含量均較高，主要是由于留渣時(shí)，上爐終渣中含有一定的TFe和MnO含量，且溫度較高，有利于前期渣熔化。同時(shí)，單渣留渣法前期渣樣堿度要比單渣法高，且相對(duì)穩(wěn)定。

（5）單渣留渣法相比單渣法終點(diǎn)渣樣全鐵、CaO和MgO含量及R等均有降低，充分說(shuō)明單渣留渣法全程爐渣熔化均勻，平穩(wěn)，對(duì)于提高轉(zhuǎn)爐脫磷率降低鋼鐵料消耗均有好處。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TF713

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract:Theremainingslagoperationistheuseofhighbasicityandhighoxidationresistanceandhightemperatureslagbefore theendofthesteelsmeltingfurnace，thesmeltingfurnacetopromoteearlyrapidslagging.Toimprovetheefficiencyandreduce theconsumptionofslagdephosphorization.Inthispaper，accordingtotheLaiwuSteel60tconvertersingleslagremainingslag operationpractice，systematicanalysisoftheremainingslagoperationinthepresenceoftheharmprincipleandtheprevention measuresareputforward.Thispaperpresentsthesingleslagremainingslagoperationmodeofoperation.Andinviewoftheearly stageandtheendslagsampleofsingleslagslagmethodandsingleslagmethod，thebenefitofslagresiduemethodwascomparedand analyzed.

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