轉(zhuǎn)爐冶煉預(yù)脫磷與“全三脫”鐵水少渣技術(shù)

吳東陽

（唐山中厚板公司，河北 唐山 063000）

隨著鋼材市場(chǎng)形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，對(duì)鋼材質(zhì)量提出了更高的要求，同時(shí)各冶金企業(yè)為了大幅降低冶煉成本，在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝過程中采取三托脫生產(chǎn)工藝模式，即在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中完成脫硅，脫硫和脫磷。細(xì)化了單體設(shè)備功能，也為后期潔凈鋼鐵生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

1 煉鋼工藝簡(jiǎn)介

該煉鋼系統(tǒng)主要配備4 套KR 脫硫設(shè)備，2 套300t 脫磷轉(zhuǎn)爐，3 套300t 脫碳轉(zhuǎn)爐，2 套300t CAS 精煉爐，1 套帶兩站的LF 精煉爐和2 套兩站的轉(zhuǎn)爐。 RH 精煉爐，2 個(gè)2 個(gè)雙線高速連鑄機(jī)，每個(gè)150 mm，2 個(gè)雙線高速連鑄機(jī)，用于板坯1，650 mm。這樣的生產(chǎn)工藝模式產(chǎn)品包括了熱軋冷軋生產(chǎn)的汽車板和家電板，同時(shí)也為高強(qiáng)度管線鋼提供鋼水原料。在生產(chǎn)工藝過程中，利用鋼水包多功能化的特點(diǎn)，取消了中間魚雷罐倒罐站，可有效避免鐵水溫度降低，同時(shí)也避免了粉塵飄灑起到了良好的環(huán)保作用，在這一過程中，脫硫過程已在高溫?zé)崃W(xué)條件下進(jìn)行。在轉(zhuǎn)爐冶煉初期，要充分利用大反應(yīng)空間和劇烈攪拌進(jìn)行鐵水的脫硅和脫磷反應(yīng)。因?yàn)殇撍某煞趾蜏囟融呌诰鶆?，?duì)鐵水進(jìn)行三脫吹煉過程，做好演練過程中的終點(diǎn)控制。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，托林轉(zhuǎn)爐半出鋼后，可直接將鋼水包移至加料跨，用天車將半鋼包吊起后直接兌入脫碳轉(zhuǎn)爐，避免了轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的降溫，同時(shí)也加快了生產(chǎn)的節(jié)奏。脫磷轉(zhuǎn)爐充分利用低溫，低堿度的特點(diǎn)，采用高強(qiáng)度氧氣流進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)爐熔池溫度控制在1300℃～1350℃，爐渣堿度為2.0，其中FeO 含量為12%，前期的生產(chǎn)過程中，鐵水脫離率可高達(dá)70%。同時(shí)有效避免了鐵水魚雷罐進(jìn)行脫硅或脫磷過程中出現(xiàn)的噴濺問題。采用全三脫轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝模式，石灰石消耗量可噸鋼降低15kg 左右，同時(shí)，顯著降低了最終溫度下鋼水渣的量，減少了鋼渣與鋼水的混合，避免了鋼水和鋼水之間的不均勻，大大提高了鋼水的質(zhì)量。 在脫碳轉(zhuǎn)爐中，爐渣的堿度達(dá)到4.0 或更高，可通過循環(huán)回收后投入脫磷爐作為預(yù)處理劑，大幅的降低了冶煉過程中的石灰消耗，實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)利用。

2 轉(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水預(yù)脫磷技術(shù)優(yōu)化

脫磷轉(zhuǎn)化器不提供鐵水的脫硅功能，它旨在通過脫磷進(jìn)行預(yù)處理，并且還執(zhí)行諸如熔化廢料的任務(wù)。由于鋼水的最終溫度要求，脫磷轉(zhuǎn)爐必須在冶煉過程中保持半鋼中的高碳含量，而磷含量越低越好。在脫磷轉(zhuǎn)爐中對(duì)鐵水進(jìn)行脫硅和脫磷后，鋼水的成分和溫度變得更加穩(wěn)定。傳統(tǒng)冶煉工藝認(rèn)為，轉(zhuǎn)爐脫磷冶煉要求在低溫，大渣量，高堿度環(huán)境下進(jìn)行，但經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐摸索，爐渣中的FeO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)整個(gè)脫磷工藝影響效果不大，因此在保證爐渣中氧化鐵含量的前提下，開發(fā)測(cè)了新型脫磷，保碳技術(shù)。

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中頭加的廢鋼要求厚度小于6mm，重量小于700kg，同時(shí)石灰和礦石在前期投入時(shí)控制鋼水溫度在1350℃左右，以便提升初期化渣能力，采用先高后低的氧槍槍位進(jìn)行吹煉，促進(jìn)鋼渣的反應(yīng)，利于廢鋼融化和脫磷。脫磷轉(zhuǎn)爐采用大流量硬吹工藝，更好地促進(jìn)熔池內(nèi)攪動(dòng)。

2.1 轉(zhuǎn)爐底吹類型和流量控制

在脫磷轉(zhuǎn)爐中設(shè)置16 支底吹氧槍槍位，在冶煉過程中增大氧氣吹煉壓力，增加熔池內(nèi)的鋼液流動(dòng)性。通過氣流將轉(zhuǎn)爐內(nèi)部分割成若干個(gè)小區(qū)域，在生產(chǎn)實(shí)踐中也可以發(fā)現(xiàn)過多的底吹孔更容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過脫磷轉(zhuǎn)爐1 ∶12 的水模型測(cè)定，在同一情況下，當(dāng)僅使用8 支底部吹氣槍時(shí)，底部吹氣的強(qiáng)度為0.14m3/h，與外圈8 支底部吹氣槍的情況相比，內(nèi)圈8 的混合時(shí)間減少了22 秒。 脫磷轉(zhuǎn)爐具有很好的效果，因?yàn)榈撞看禋獍l(fā)生在運(yùn)動(dòng)的早期。 在中間階段，底部吹氣逐漸被爐渣覆蓋，這會(huì)降低效果并導(dǎo)致分離效率低下。

2.2 轉(zhuǎn)爐頂吹槍位優(yōu)化

為了更好地促進(jìn)低溫條件下脫磷爐向爐渣的轉(zhuǎn)化，通常將轉(zhuǎn)爐頂部的氧氣噴槍位置調(diào)整為1.8 ～2.0m，這種布置可以有效地促進(jìn)有毒爐渣中大量氧化鐵的生成并迅速減少生成礦渣。在終點(diǎn)位置時(shí)，氧槍槍位控制在1.5～1.7 米，這主要是為了增進(jìn)鋼水的攪拌強(qiáng)度，強(qiáng)化爐渣和鋼水的脫磷反應(yīng)。

2.3 半鋼指標(biāo)優(yōu)化

在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，鐵水波動(dòng)較大，如表1 所示。脫磷轉(zhuǎn)爐半鋼磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.035。合格率控制在80%，脫離率可達(dá)70%。鐵水經(jīng)過脫磷轉(zhuǎn)爐錘煉之后，完成脫硅，脫磷。從而半鋼成分中的溫度和各元素質(zhì)量更為穩(wěn)定。如圖1 所示。剛剛平均溫度比鐵水溫度降低46℃。磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低降低0.075%，標(biāo)準(zhǔn)差降低0.003%。

表1 脫磷轉(zhuǎn)爐鐵水條件

3 脫碳爐少渣冶煉技術(shù)

圖1 鐵水溫度與磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在脫磷轉(zhuǎn)爐冶煉前后對(duì)比

鐵水經(jīng)過脫磷轉(zhuǎn)爐吹煉后，兌入到脫碳轉(zhuǎn)爐中，按照鋼水的終點(diǎn)溫度和成分要求，開始下一步冶煉達(dá)到轉(zhuǎn)入終點(diǎn)命中。針對(duì)脫碳轉(zhuǎn)爐熱量不足和渣量少等問題，主要采取以下改進(jìn)工藝措施。脫碳轉(zhuǎn)爐冶煉采用低硅鐵屬冶煉技術(shù)，一般為了實(shí)現(xiàn)快速榮章，采用留渣操作方式。整個(gè)冶煉過程中，采用高腔位控制模式，避免爐渣反干及脫磷效果差。在出鋼過程中利用滑板擋渣技術(shù)，減少轉(zhuǎn)爐下渣量，以便提升最終的鋼水質(zhì)量。利用白云石和石灰石代替原有煅燒石灰，防止出現(xiàn)在冶煉過程中的噴濺。SiO2-CaO-FeO 三元相圖如圖2 和圖3 所示，其中圖7 中小圓圈表示的是實(shí)際半鋼冶煉終點(diǎn)終渣成分在三元相圖中的分布。

圖2 SiO2-CaO-FeO 渣系液相區(qū)的分布

圖3 轉(zhuǎn)爐渣成渣路線

4 鋼水潔凈度情況

爐煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐過程中采用三脫冶煉技術(shù)后，生產(chǎn)節(jié)奏明顯加快，鋼水質(zhì)量也明顯優(yōu)于常規(guī)冶煉技術(shù)。一冷軋生產(chǎn)用RH工藝為例，平均磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0076%，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0046%，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0023%，三者質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為0.0145%。同樣，在某一鋼種進(jìn)行超低磷與超低硫RH 工藝生產(chǎn)，最終板坯（P ＋S＋N）元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和全部小于0.009 5%，具體見表2。

表2 超低磷和超低硫鋼種成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制

5 結(jié)論

在煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐中，采用鐵水熔煉工藝的使用證實(shí)了新一代鋼鐵生產(chǎn)工藝的進(jìn)展和可行性，并充分確保了高效，清潔的鋼鐵生產(chǎn)，其中各項(xiàng)鋼水質(zhì)量含硫磷氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在合格范圍之內(nèi)，叫以前鋼水質(zhì)量有大幅提升。同時(shí)通過改變廢鋼尺寸和底吹氧槍數(shù)量，半鋼溫度和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已顯著提高，這為后續(xù)的轉(zhuǎn)爐脫碳工藝提供了良好的條件。脫碳轉(zhuǎn)爐在對(duì)鐵水進(jìn)行冶煉過程中主要以脫碳升溫為主。在鐵水無硅情況下，噸鋼投入石灰15kg即可控制鋼水中爐渣堿度達(dá)4.0，實(shí)現(xiàn)了爐渣的循環(huán)再利用，同時(shí)，它還降低了轉(zhuǎn)換器的終點(diǎn)氧氣和吹掃速率，并延長(zhǎng)了其使用壽命。 通過對(duì)鋼包澆鑄和煉鋼中的各種爐渣進(jìn)行精確分類和處理，可以實(shí)現(xiàn)煉鋼中含鐵材料的自恢復(fù)。