新造渣模式下轉(zhuǎn)爐煉鋼成渣路線的研究

張小偉， 虎曉東， 王攀峰， 趙昌明

(1.南京鋼鐵股份有限公司板材事業(yè)部技術研發(fā)處，江蘇 南京 210035；2.遼寧科技大學材料與冶金學院，遼寧 鞍山 114051)

引 言

為進一步降低冶煉渣料成本，南京鋼鐵集團有限公司(以下簡稱“南鋼”)第一煉鋼廠從2016年初開始進行取消輕燒白云石冶煉攻關，將鋼渣料結構逐步優(yōu)化為“石灰+石灰石+生白云石”模式，成為國內(nèi)生料使用比例最高的轉(zhuǎn)爐。該造渣模式的應用雖然大幅度降低了鋼渣料成本，但因冶煉成渣體系的大幅變化，冶煉過程中出現(xiàn)返干、溢渣、爐況侵蝕等問題，對生產(chǎn)順行帶來了一些負面影響。

若沿用以前的造渣模式，必然導致入爐總輔料消耗進一步增加，從而導致煉鋼環(huán)節(jié)的成本大幅攀升。據(jù)文獻介紹：復吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程的成渣路線直接影響著冶煉操作的穩(wěn)定性、終點的命中率和爐襯的壽命，因此，研究新的造渣模式(“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式)下復吹轉(zhuǎn)爐冶煉的成渣路線是很有意義的[1-2]。

1 成渣路線的概述

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，由于熔池溫度和金屬成分不斷改變以及加入石灰等多種造渣材料的影響，爐渣成分和性質(zhì)也在不斷變化。為了盡快得到具有一定性能的爐渣，需要選擇合理的成渣路線。轉(zhuǎn)爐煉鋼一般用CaO-FeOn-2SiO2三元相圖來研究冶煉過程中的成渣路線，其他次要組分可按性質(zhì)歸入這三個組分中，圖1為CaO-FeOn-2SiO2三元相圖的1600 ℃截面圖[3]。

Ⅰ. L+SiO2；Ⅱ. L；Ⅲ. L+C2S；Ⅳ. L+C2S+C3S；Ⅴ. L+C3S；Ⅵ. L+C3S+CaO；Ⅶ. L+CaO圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉過程中爐渣成分的變化

轉(zhuǎn)爐吹煉初期，爐渣成分大致位于圖中的A區(qū)；A區(qū)為酸性初渣區(qū)，其形成的主要原因是：在開吹的頭幾分鐘內(nèi)熔池溫度比較低，加入的第一批爐料中只有鐵、磷已經(jīng)熔化，石灰則剛剛開始溶解，鐵、硅、錳等元素優(yōu)先氧化，生成FeO, SiO2和MnO，形成了高氧化性的酸性初渣區(qū)。吹煉中期主要是脫碳，此時爐渣的氧化性有所下降。而吹煉后期為了脫磷、脫硫和保持爐渣的流動性，要求終渣具有一定的堿度和氧化性(以渣中FeO含量為標志)，其位置大致在C區(qū)。由初渣到終渣按成渣時渣中FeO含量可分為兩條路線：將ABC稱為低氧化鐵成渣途徑(“鈣質(zhì)”成渣路線)，AB’C稱為高氧化鐵成渣途徑(“鐵質(zhì)”成渣路線)[4-6]。

2 成渣路線的分析

在“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式下，如果要尋找一個理想的造渣制度，必須定量地研究轉(zhuǎn)爐的成渣過程，探討出最佳的成渣路線，并使冶煉工藝各個環(huán)節(jié)中爐渣組成的變化盡可能地接近最佳成渣路線。在南鋼轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場提取四個轉(zhuǎn)爐爐次鋼渣的基本信息如表1所示。

將所有試樣經(jīng)過粉末制樣機進行制樣，過0.074 μm篩子，所制取試樣取出50 g用于化學成分分析，所有試樣的化學成分如表2所示。

表1 轉(zhuǎn)爐鋼渣的基本信息

表2 轉(zhuǎn)爐鋼渣試樣的化學成分/%

以南鋼轉(zhuǎn)爐所取的鋼渣試樣的化學成分為基礎，歸一化處理所有爐次的化學成分數(shù)據(jù)于CaO-FeO-SiO2三元系中。并以吹煉階段(吹煉5 min、出鋼前和出鋼后)的組分數(shù)據(jù)為基點，對應描繪出不同爐次的成渣路線，結果如圖2所示。

從圖2以及冶煉過程中爐渣成分變化情況來看，南鋼轉(zhuǎn)爐所取的鋼渣試樣均以“鈣質(zhì)”成渣路線為主。南鋼所選取鋼渣樣是“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式，成渣路線基本以“鈣質(zhì)”成渣路線為主。

3 探討影響成渣路線的因素

影響復吹轉(zhuǎn)爐成渣路線的因素主要有：鐵水中的硅、錳含量，帶入鐵水中的高爐渣，噴槍的位置，噴頭的侵蝕，供氧強度和石灰活性[7]。為了穩(wěn)定吹煉，必須采用合適的供氧制度，使冶煉過程按最佳成渣路線進行。

“鈣質(zhì)”成渣路線的吹煉采用了低槍位操作。由于脫碳速度快，渣中FeO含量降低了很多，爐渣進入多相區(qū)較早，石灰塊周圍易生成致密的C2S外殼層，石灰的溶解速度減緩，爐渣處于返干階段，此時可以通過調(diào)節(jié)噴槍高度、加入降低C2S熔點的螢石、鋁礬土、氧化鐵皮、鐵礦石等，以保持鋼渣中合理的氧化鐵含量，加速石灰的溶解。這種操作的優(yōu)點是爐渣對爐襯侵蝕較小，但前期的脫磷及脫硫效果較差。

圖2 轉(zhuǎn)爐鋼渣的成渣路線圖

4 結束語

(1)南鋼轉(zhuǎn)爐所取的鋼渣試樣均以“鈣質(zhì)”成渣路線為主。南鋼所選取鋼渣樣是“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式，成渣路線基本以“鈣質(zhì)”成渣路線為主。

(2)“鈣質(zhì)”成渣路線的吹煉采用了低槍位操作，這種操作的優(yōu)點是爐渣對爐襯侵蝕較小，但前期的脫磷及脫硫效果較差。