轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼工藝

秦永超

（江蘇中天鋼鐵集團三煉鋼， 江蘇 常州 213000）

轉(zhuǎn)爐煉鋼是指不依靠其他能源，利用鐵水之間產(chǎn)生的化學反應而產(chǎn)生的熱量和本有的物理熱能在轉(zhuǎn)爐中進行煉鋼。在轉(zhuǎn)爐中冶煉高碳鋼主要有兩種方法，分別為：高拉補吹法和增碳法。這兩種方法并不是完美的，都或多或少存在著問題，有可能會為接下來的冶煉帶來困難。通過一次又一次的試驗，進行了成功經(jīng)驗總結(jié)和失敗經(jīng)驗總結(jié)，轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼工藝得到了很好的改進，并且已應用在實際生產(chǎn)過程中，取得了良好的成效[1]。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的操作流程

1.1 裝入原料

我們通常將出鋼量計算為80 t/爐，吹損率計算為10%，裝入量計算為90 t。所以鐵水和廢鋼的比例一般為鐵水80～85 t，廢鋼 5～10 t。根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的原則，下爐廢鋼加入的數(shù)量主要是由前期倒出廢渣的溫度和上爐C—T的協(xié)調(diào)情況決定的，同時加入適量的提溫劑，和原料一起加入轉(zhuǎn)爐中，常煉高鋼化學成分見表1。

表1 常煉高鋼化學成分 %

1.2 控制過程

依據(jù)鐵水的數(shù)量來對石灰的用量進行一定的調(diào)整。通常來講，如果鐵水的w（P）在0.3%～0.6%之間時，加入5 t的石灰就可以達到脫磷和去殘渣的目的。如果鐵水的w（P）≥0.7%，需要加入6～8 t的石灰，但是注意不可以使用大量的石灰以達到脫磷的目的。鐵水技術(shù)要求見表2，石灰技術(shù)要求見表3。

表2 鐵水技術(shù)要求

表3 石灰技術(shù)要求

具體的加入原料來脫磷、去殘渣的步驟有以下幾步：

1）前期留殘渣 2～3 t，吹煉開始后加入 2 t的石灰，400 kg的礦石，并進行4 min的吹煉。當爐渣開始活躍時便放掉廢渣，對其進行溫度的測量。

2）第二批原料總共加入石灰3 t、礦石400 kg，對過程渣化透，防止其肆意噴濺和返干[2]。

3）最后，依據(jù)化渣的實際情況，加入石灰500 kg、礦石200 kg，并且吹煉2 min，依據(jù)第一次測量的溫度來決定后續(xù)步驟。

1.3 終點控制

終點需要依照高拉補吹法進行相應的控制，主要要求為：w（C）在 0.9%～1.2%之間，w（P）＜0.05%，T為1600～1640℃。在進行高拉補吹之后，點吹的次數(shù)不能大于2次。

1.4 脫氧合金化

鋼水需要完全采用全罐內(nèi)的脫氧合金化，其中脫氧需要采用Si-Al-Ba-Fe 60～90 kg，或者采用Si-Al-Fe 15 kg和Si-Ca-Ba 60 kg。但是因為合金的成分不盡相同，所以需要對此進行折算。并且由于鋼水量不同，所以必須依照其進行相應的調(diào)整。

1.5 增碳

增碳劑的使用主要是以終點和目標來確定的。15 kg一包的增碳劑，需要一次性放小于十包的數(shù)量，隨后依據(jù)火焰的大小，加入一定量的增碳劑。

2 轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼存在的問題分析

2.1 轉(zhuǎn)爐脫磷率較低

當轉(zhuǎn)爐冶煉進入到中后期的時候，鋼鐵中的碳含量會越來越少，所以脫碳的速度也會呈下降趨勢，且下降幅度較大。爐渣中的氧化亞鐵含量增多，這個時期是進行脫磷的最佳階段。終點碳含量提高后，供氧的時間也會逐漸縮短，相應的，后期的脫磷效率也會提高。

2.2 難以控制噴濺

保證轉(zhuǎn)爐冶煉的全過程都有較高的氧化亞鐵成渣是提高脫磷率的前提。但是由于碳渣中的氧化亞鐵含量較高，既增加了液相渣量，同時又減小了爐渣表面的張力，提高了泡沫出現(xiàn)的可能性，所以極易引發(fā)噴濺，并且很難得到控制[3]。

2.3 爐底的鋼液波動大

高碳出鋼，使得終渣的氧化亞鐵的含量過低，流動性較差，這導致濺渣的時間較短，極大地影響了爐體的維護。碳渣中氧化亞鐵的熔點為1370℃，可以有效地降低熔渣的熔點。相反，如果氧化亞鐵的含量過低，則回到石熔渣的熔點升高，從而使得濺渣的過程中濺渣時間較短，成渣的黏度較低，凝固迅速。

2.4 終點的判斷較為困難

根據(jù)相關(guān)文獻研究得知，鋼水在轉(zhuǎn)爐冶煉的中后期，鋼水中的C含量會存在一個臨界拐點。這時，大部分情況下碳質(zhì)量分數(shù)會低于0.2%。如果碳質(zhì)量分數(shù)低于臨界拐點，那么由于碳的擴散速度減慢，則會導致其變?yōu)榭刂泼撎挤磻?，同時碳氧反應的速度也會下降，一氧化碳的含量也會大大減少。通常情況下可以通過爐口火焰的大小來判斷冶煉的終點。但是，如果高碳出鋼后終點碳質(zhì)量分數(shù)大于0.3%，碳氧反應劇烈并且低于臨界拐點，若沒有相關(guān)的專業(yè)設(shè)備，就無法通過觀察火焰的大小來判斷終點。

3 轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的工藝優(yōu)化措施

3.1 控制留渣數(shù)量

因為轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的方法較多采用拉碳槍位，這對于留碳有極大的優(yōu)勢。但是由于爐渣有較慢流動性和較差的氧化性，導致脫磷的結(jié)果不容樂觀，從而影響了轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的工作效率和生產(chǎn)效率。所以若想確保終點控制的高碳鋼成品的低含磷量，減少轉(zhuǎn)爐冶煉的工序，必須要在轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的初期形成流動性好的爐渣。同時，留渣數(shù)量的多少要根據(jù)上爐產(chǎn)出的鋼碳含量和過氧化情況來確定，通過長期的實際操作獲得的相關(guān)經(jīng)驗證明留渣數(shù)量在2 t是最好的，但是如果是過氧化的留渣，必須舍棄，不能留用。

3.2 對供氧和底吹氣體的強度進行調(diào)整

在進行轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的時候，通常會加入大量的石灰?guī)椭走M行化學反應，從而實現(xiàn)脫磷的目標。但是這種脫磷方法會產(chǎn)生大量的游離氧化鈣，從而形成新的廢渣，阻礙了化渣的進行。這時需要氧化鐵來防止這一現(xiàn)象的發(fā)生。在長時間的實際操作中得出經(jīng)驗總結(jié)：提高供氧的強度可以改變氧氣的噴濺，降低其對熔池表面的沖擊力度，提高氧化鐵的含量，從而實現(xiàn)脫磷的目的。同時，底吹氣體可以通過傳熱使廢渣的合金含量、質(zhì)量得到提高，所以這也是提高高碳鋼冶煉質(zhì)量的一個重要方法。所以，通過提高供氧強度和底吹氣體強度可以實現(xiàn)脫磷的目標[4]。

3.3 控制回磷

在冶煉高碳鋼的過程中，由于碳高，爐渣不易氧化，流動性較差，如果采用正常的拉碳槍位，則不利于脫磷。因為拉碳磷高，所以在冶煉高碳鋼的過程中經(jīng)常會遇到終點處理磷難度較大和出鋼過程回磷兩個問題，這也是造成磷高改鋼的原因。對于這個現(xiàn)象的控制方法如下：

1）控制吹煉過程和終點的溫度，在吹煉前期加入大部分的降溫劑。

2）拉碳槍位要相比于低碳鋼提高100～200 mm，提高終渣的氧化性。

3）確保石灰加入量，保證終渣的堿度達到3.0～3.3。

4）采取正確的留渣方法和二次造渣方法，或加入適量的化渣劑混料，比例為錳礦質(zhì)量∶礦石質(zhì)量=3∶1。

5）通過控制出鋼時間（2.5～3.0 min）和擋渣出鋼來防止回磷現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.4 終點控制

在冶煉的每個工序中，原料的量總會或多或少的有些變化，所以這將會為終點的溫度留下一定的處理空間。高碳鋼在進行冶煉時通常會在1～2 min之間對其進行點吹來對高碳鋼進行一次性的補吹，從而對碳進行更好的掌控。另外還可以根據(jù)終渣的流動性進行分析來控制點吹的速度。根據(jù)實際操作的經(jīng)驗可知，若終渣的黏性越強，那么點吹的速度就要更快，并且要把握好槍位的方向。最后，需要對樣品進行深入的取用，加強脫磷的每個步驟與操作，在熔池的深處進行取樣操作，并且要加大取樣量來保證脫磷的順利進行。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼工藝從控制留渣量、對供氧和底吹氣體的強度進行調(diào)整、控制回磷和終點控制這四方面進行優(yōu)化，確保了留渣的數(shù)量，杜絕了過氧化渣的存在，從而實現(xiàn)了既留碳又脫磷的雙重目標，及時把控了化渣現(xiàn)象和回磷現(xiàn)象，有效防止了化渣不良現(xiàn)象的產(chǎn)生。這極大地提高了轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的合格率和通過率，推動了轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼工藝的進步，有利于高碳鋼工業(yè)今后的平穩(wěn)、高速發(fā)展。

[1]魯欣武，陳德榮.喂線增碳技術(shù)在轉(zhuǎn)爐冶煉中高碳鋼方面的應用[J].煉鋼，2014（8）：10-23.

[2]杜建良.轉(zhuǎn)爐煉鋼模型脫碳系數(shù)的研究[J].河北冶金，2012（2）：13-14.

[3]夏頂忠.復吹轉(zhuǎn)爐冶煉中高碳鋼[J].鞍鋼技術(shù)，2013（4）：12-16.

[4]馬玉平.轉(zhuǎn)爐增碳法連鑄生產(chǎn)45鋼高線工藝的冶煉參數(shù)研究[J].鋼鐵，2013（1）：15-19.