260 t轉(zhuǎn)爐輕燒鎂球冶煉脫磷生產(chǎn)實(shí)踐

李玉德，譚振軍，朱國(guó)強(qiáng)，李冰，徐博，齊志宇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

轉(zhuǎn)爐冶煉采用的輕燒鎂球具有含MgO高、用量少、護(hù)爐效果好、溫降小、利于提高廢鋼比、縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐少渣冶煉，提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，降低煉鋼生產(chǎn)成本，但其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)爐冶煉操作難度大。轉(zhuǎn)爐采用輕燒鎂球冶煉時(shí)，爐渣堿度、轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、終點(diǎn)氧值和返干時(shí)間均對(duì)脫磷效果影響顯著。本文跟蹤了鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠260 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐采用輕燒鎂球搭配白灰的冶煉過(guò)程，分析了上述因素對(duì)脫磷效果的影響，從而制定合理的工藝參數(shù)，以減少磷高質(zhì)量事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐輕燒鎂球冶煉的穩(wěn)定控制。

1 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝及技術(shù)條件

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠共有3座260 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。5孔拉瓦爾氧槍噴頭的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。輕燒鎂球理化指標(biāo)、造渣物料類型、用量及鐵水條件見(jiàn)表3。

表1 轉(zhuǎn)爐技術(shù)參數(shù)

表2 氧槍噴頭的技術(shù)參數(shù)

表3 輕燒鎂球理化指標(biāo)、造渣物料類型、用量及鐵水條件

2 影響脫磷效果的因素分析

2.1 輕燒鎂球加入量

堿度控制在2.8～3.2時(shí)（堿度在此范圍內(nèi)對(duì)脫磷率影響不大，可以不用考慮堿度對(duì)脫磷的影響），輕燒鎂球加入量與爐渣中MgO含量的關(guān)系見(jiàn)圖1所示，爐渣中MgO含量與轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量的關(guān)系見(jiàn)圖2所示。

圖1 輕燒鎂球加入量與爐渣中MgO含量的關(guān)系

圖2 爐渣中MgO含量與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

由圖1、2可知，隨著輕燒鎂球加入量的增加，爐渣中MgO含量逐漸增加，對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量影響不大（磷最低為0.013 2%，最高為0.013 9%，相差不到0.001 0%），MgO含量在8%～10%之間時(shí)，轉(zhuǎn)爐脫磷效果最好。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跟蹤結(jié)果看，MgO含量在8%～10%時(shí)，轉(zhuǎn)爐終渣粘度適中，護(hù)爐效果較好。所以輕燒鎂球加入量控制在8～12 kg/t，既能保證脫磷率又能起到良好的護(hù)爐效果。

2.2 爐渣堿度

爐渣堿度是影響脫磷率的重要因素之一，根據(jù)不同鋼種，制定合理的爐渣堿度可提高轉(zhuǎn)爐脫磷效率和轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分合格率，降低白灰消耗。對(duì)Q235B鋼種進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選取出鋼溫度1 660 ℃±5℃，終點(diǎn)氧值（0.05±0.005）%，轉(zhuǎn)爐操作平穩(wěn)，返干時(shí)間控制在2 min以內(nèi)的罐次，研究了爐渣堿度與終點(diǎn)磷含量之間的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 爐渣堿度與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

由圖3可以看出，堿度小于2.5時(shí)，脫磷率明顯較低；隨著堿度的提高，脫磷率顯著提高；堿度大于3.3后，脫磷效果基本達(dá)到飽和；堿度再有提高，轉(zhuǎn)爐脫磷率無(wú)明顯增加。所以，生產(chǎn)磷≤0.03%的鋼種，堿度應(yīng)控制在2.5～2.8；生產(chǎn)磷≤0.02%的鋼種，堿度應(yīng)控制在2.8～3.0；生產(chǎn)磷≤0.012%的鋼種，堿度應(yīng)控制在3.0～3.3。合理控制堿度可滿足鋼種磷含量的要求并降低白灰消耗。

2.3 終渣氧化性

轉(zhuǎn)爐終渣FeO一方面可以提供脫磷所必須的氧化性條件，提高脫磷效率，另一方面可以促進(jìn)白灰熔化，提高石灰活度，增加參與脫磷反應(yīng)的石灰利用率，提高脫磷效果。

采用輕燒鎂球進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，開吹時(shí)渣中FeO最高。隨著吹煉的進(jìn)行，吹煉5 min時(shí)硅錳基本被反應(yīng)完，隨著溫度升高和爐渣活性的增加，脫碳速度逐漸加快，渣中FeO迅速降低。吹煉至9 min，渣中FeO降至最低水平，此時(shí)如果不加入化渣物料或不采取高槍位操作，爐渣極易“返干”。吹煉至12 min以后，鋼液中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，脫碳速度降低，渣中FeO逐步升高，后期脫磷加快。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧值與爐渣中FeO含量的關(guān)系見(jiàn)圖4，與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖4 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧值與爐渣中FeO含量的關(guān)系

圖5 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧值與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

結(jié)合圖4、5可知，爐渣中的FeO含量隨著轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧值的增加而增加，兩者呈線性關(guān)系。氧值小于0.04%時(shí)，爐渣中FeO含量在18%以下，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量較高，易出現(xiàn)磷高質(zhì)量事故；終點(diǎn)氧值控制在0.04%以上，終渣FeO含量可控制在20%以上，脫磷效率較高；氧值繼續(xù)增加，脫磷效果有所提高，但脫磷效率提升不大。所以出鋼氧值控制在≥0.04%即可滿足脫磷所需的氧化性條件，氧值過(guò)高，不利于質(zhì)量控制。

2.4 出鋼溫度

脫磷是放熱反應(yīng)，從熱力學(xué)角度看，轉(zhuǎn)爐鋼水溫度高，不利于脫磷反應(yīng)進(jìn)行；從動(dòng)力學(xué)角度看，鋼水溫度高，有利于加快碳氧反應(yīng)，提高爐渣的流動(dòng)性及攪拌強(qiáng)度，有利于脫磷反應(yīng)進(jìn)行。但轉(zhuǎn)爐鋼水溫度低，不利于石灰熔化，降低爐渣堿度，同樣影響轉(zhuǎn)爐脫磷效率，所以過(guò)低的溫度也不利于脫磷。選取操作平穩(wěn)，堿度在2.5～3.0，終點(diǎn)氧值在0.05%～0.06%的Q235B鋼種數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，研究出鋼溫度與終點(diǎn)磷含量之間的關(guān)系,見(jiàn)圖6。

圖6 出鋼溫度與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

由圖6可以看出，隨著出鋼溫度的升高，爐渣脫磷效率降低，尤其是出鋼溫度超過(guò)1 680℃后，終點(diǎn)磷含量較高，脫磷率降低較明顯。實(shí)踐證明，采用輕燒鎂球進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉，終點(diǎn)磷含量對(duì)出鋼溫度較敏感，高溫脫磷率較差。出鋼溫度小于1 680℃時(shí)，對(duì)脫磷效率影響不大，出鋼溫度對(duì)脫磷的影響不如爐渣堿度和FeO的影響顯著；當(dāng)出鋼溫度高于1 680℃時(shí)，對(duì)脫磷率影響較大，出現(xiàn)磷高的質(zhì)量事故較多，出鋼溫度對(duì)脫磷的影響比爐渣堿度和爐渣FeO的影響顯著。因此,針對(duì)出鋼溫度要求不高的走LF爐的鋼種，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度應(yīng)控制在1 680℃以下；出鋼溫度要求在1 700℃左右的高溫IF鋼，應(yīng)適當(dāng)提高堿度和氧值，縮短返干時(shí)間，以提高脫磷率。

2.5 返干時(shí)間

選爐役中期復(fù)吹效果較好時(shí)，出鋼溫度控制在1 695～1 705℃，堿度在2.5～3.3生產(chǎn)的低磷IF鋼種，研究返干時(shí)機(jī)和返干時(shí)間對(duì)終點(diǎn)磷含量的影響，如圖7～10所示。

圖7 全程不返干與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

圖8 返干1 min與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

圖9 返干2min與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

圖10 返干大于2 min與終點(diǎn)磷含量的關(guān)系

由圖7～10可以看出，在保證堿度和溫度不高的情況下，全程不返干，終點(diǎn)磷含量平均達(dá)0.010%。返干時(shí)間1 min，終點(diǎn)磷含量平均達(dá)0.012 4%；返干時(shí)間2 min，終點(diǎn)含量磷平均達(dá)0.013 6%；返干時(shí)間2 min以上時(shí)，終點(diǎn)磷含量波動(dòng)較大，終點(diǎn)磷含量不易穩(wěn)定控制。所以，在生產(chǎn)磷≤0.010%的低磷IF鋼時(shí)，吹氧過(guò)程應(yīng)盡量控制爐渣不出現(xiàn)返干現(xiàn)象，終點(diǎn)磷含量會(huì)得到穩(wěn)定控制；生產(chǎn)磷≤0.012%的IF鋼，返干時(shí)間應(yīng)控制在1 min以內(nèi)；生產(chǎn)磷≤0.015%的IF鋼，返干時(shí)間應(yīng)控制在2 min以內(nèi)；返干時(shí)間超過(guò)2 min，終點(diǎn)磷含量會(huì)不穩(wěn)定，可根據(jù)實(shí)際情況等樣或點(diǎn)吹出鋼。

低硅鐵水（Si＜0.3%）返干時(shí)間較長(zhǎng)，可在吹煉前期配加硅鐵，縮短返干時(shí)間；高溫低磷IF鋼可適當(dāng)提高爐渣堿度、終點(diǎn)氧值、渣量和過(guò)程槍位，提高轉(zhuǎn)爐脫磷效率。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，IF鋼轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間一般控制為 14.5～15.0 min，過(guò)程測(cè)試氧累為 9 500～10 000 m3，返干開始的時(shí)機(jī)在吹氧12 min左右。所以，冶煉成品磷≤0.012%的低磷IF鋼時(shí)，返干時(shí)間應(yīng)控制在吹氧11 min以后；磷≤0.015%的IF鋼，返干時(shí)機(jī)應(yīng)控制在吹氧10 min以后，可實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)磷含量的穩(wěn)定控制。

3 結(jié)語(yǔ)

260 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐采用輕燒鎂球冶煉時(shí)，輕燒鎂球加入量應(yīng)控制在8～12 kg/t，終渣MgO含量應(yīng)控制在8%～10%，爐渣堿度應(yīng)控制在2.5～3.3，轉(zhuǎn)爐出鋼氧值應(yīng)≥0.04%，出鋼溫度應(yīng)控制在1 680℃以下；高溫出鋼的鋼種需提高爐渣堿度、終點(diǎn)氧值、渣量和過(guò)程槍位以提高脫磷率；成品磷含量≤0.012%的高溫低磷鋼種，返干時(shí)間應(yīng)控制在1 min 以內(nèi)；低硅鐵水（Si＜0.3%），可在吹煉前期配加硅鐵，縮短返干時(shí)間，以提高脫磷率。