“雙渣＋留渣”脫磷工藝在生產(chǎn)中的應用與優(yōu)化

楊 娜

（山東工業(yè)職業(yè)學院，山東 淄博256414）

1 前 言

鋼鐵企業(yè)之間的競爭主要體現(xiàn)在提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本兩個方面。高碳鋼是山東某鋼鐵企業(yè)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的主要組成部分，而簾線鋼系列又是重中之重。簾線用鋼要求鋼中磷的含量＜0.010%，且磷加硫含量的總和＜0.018%，因此要求轉(zhuǎn)爐出鋼磷含量＜0.006%。對如此高的磷控制要求，同時又要采用拉碳操作保證鋼水的純凈度，轉(zhuǎn)爐單渣法脫磷效率最好時只有90%左右，因此采用單渣法脫磷不能滿足簾線鋼脫磷要求［1-2］。另外，國際鐵礦石價格不斷攀升，國內(nèi)低品位鐵礦石的利用率越來越高，國內(nèi)礦石的雜質(zhì)尤其是磷含量高。隨著鋼鐵市場日益嚴峻，該廠開始使用國內(nèi)低品位鐵礦石替代進口礦來降低生產(chǎn)成本，但鐵水質(zhì)量受到較大影響，特別是磷含量大幅度上升，已經(jīng)影響到了低磷鋼的開發(fā)及常規(guī)鋼種的生產(chǎn)，如何低成本提高煉鋼工序的脫磷率成為該企業(yè)面臨的重要課題。

結(jié)合國內(nèi)外復吹轉(zhuǎn)爐脫磷理論及該廠的具體條件，分析了復吹轉(zhuǎn)爐脫磷的熱力學與動力學條件。經(jīng)過理論計算、技術(shù)分析，為提高轉(zhuǎn)爐脫磷的效率，該廠決定采用了“雙渣＋留渣”脫磷工藝以保證高碳鋼吹煉的脫磷效率，并確保轉(zhuǎn)爐的各項經(jīng)濟、技術(shù)指標達到最優(yōu)化的配置。

2 試驗方案的制定

2.1 試驗目的

確保前期脫磷率≥60%；強化一倒倒渣效果，倒渣量≥2/3總渣量；優(yōu)化二次造渣工藝，避免返干、粘槍等不利操作的現(xiàn)象，終點脫磷率≥92%；強化留渣兌鐵操作，杜絕兌鐵噴濺。

2.2 試驗工藝要求

1）留渣、墊料。濺渣護爐后不倒渣，提槍時進行墊料。墊料工藝要求：墊料總量為1/2 石灰總量＋1 t 含鐵物料礦＋1/2 輕燒總量，墊料后需向前大角度搖爐（90°～120°）。

2）兌鐵工藝要求。須確保兌鐵前爐渣溫度降低到1 500 ℃以下，兌鐵前需搖爐對爐內(nèi)渣況進行確認，鋼渣必須固化，然后抬爐緩慢兌鐵水。

3）一次造渣。石灰加入量按前期堿度2.0計算墊料量、留渣有效CaO 含量；輕燒加入量按前期渣中MgO 含量6%～6.5% 計算墊料量、留渣有效MgO含量；燒結(jié)返礦加入量1.5～2.5 t；燒結(jié)返礦加入方式為開吹點火后根據(jù)鐵水Si含量與溫度加入返礦，首批次加入返礦數(shù)量1.5 t 左右，1 min 后根據(jù)化渣情況補加燒結(jié)返礦，批次數(shù)量300～500 kg（多批次加入）。氧壓0.85～0.90 MPa；點火正常后，加入燒結(jié)返礦1.5 t 左右，壓槍槍位1.2～1.3 m，吹煉2～3 min（根據(jù)鐵水Si 含量而定）后提槍調(diào)渣，碳焰初起時滑槍兩次提槍倒渣。

4）一倒倒渣。一倒倒渣關(guān)鍵參數(shù)要求：鋼水中Si 含量為微量；溫度區(qū)間為1 400～1 430 ℃，目標1 405～1 415 ℃；爐渣堿度1.8～2.0；渣中FeO含量控制在15%～20%，目標值16%～18%；渣中MgO含量6%～6.5%。倒渣開始后立即將爐體傾動至75°～80°位置，停留3～5 s后，再緩慢搖爐倒渣，在避免鋼-渣混出的前提下，盡可能倒凈一次渣；測溫，取渣樣及半鋼樣。

5）二次造渣。終渣堿度3.0～3.5；MgO含量8%～10%；FeO 含量14%～18 %；CaO/FeO 比值2.5～3.0。采用高槍位點火，點火槍位比正常槍位高300～500 mm，點火正常后加入1 500 kg 燒結(jié)返礦，隨后加入石灰500 kg，輕燒500 kg，化渣良好后，補加余下的石灰和輕燒，批次≤300 kg，總供氧10 min前加完，過程根據(jù)溫度與化渣情況補加燒結(jié)返礦（多批次小批量加入），13 min 后不再加入含鐵礦料。二次造渣的中后期恢復到常規(guī)的高碳鋼冶煉模式，終點取渣樣與兩個氧化樣。

2.3 試驗實施條件

試驗鐵水條件如表1 所示。一次造渣系組元如表2 所示，倒渣時間、溫度、渣量、用時如表3 所示。二次造渣渣系組元如表4所示。

表1 鐵水成分及溫度

表2 一次造渣渣系組元

表3 倒渣時間、溫度、渣量、用時

表4 二次造渣渣系組元

3 試驗過程中出現(xiàn)的問題及改進方案

3.1 試驗過程中出現(xiàn)的主要問題

一次造渣結(jié)束時鋼-渣不容易分離，倒渣時容易夾帶鋼水；一次造渣脫磷效率低，脫磷率在50%～60% 出現(xiàn)頻率為34%；脫磷率在60%～70% 出現(xiàn)頻率為62%；脫磷率在＞70% 出現(xiàn)頻率為4%。；二次造渣過程易出現(xiàn)粘槍、返干等不利過程操作的現(xiàn)象；部分爐次吹煉中后期脫磷困難，終點P 含量偏高達0.03%～0.04%，且處理比較困難；轉(zhuǎn)爐冶煉周期延長，一般在5～13 min；下渣量控制穩(wěn)定性差，回磷量波動大。

3.2 改進方案

1）原輔料。簾線鋼生產(chǎn)時鐵水Si 含量0.35%～0.55%，磷含量≤0.10%，鐵水溫度1 300～1 350℃；石灰適量滿足使用標準要求；含鐵物料只使用燒結(jié)返礦，粒度1～3 mm。

2）留渣工藝。當出現(xiàn)上一爐鐵水Si＞0.60%，終點最高溫度＞1 680 ℃，終點碳含量＜0.04%，終渣R＞4.0，二次造渣過程出現(xiàn)嚴重返干、粘槍等異常情況中一項或多項不留渣。

3）留渣預噴。出鋼結(jié)束后立即開始濺渣護爐操作，濺渣結(jié)束后根據(jù)渣況向爐內(nèi)加入500～100 kg石灰與輕燒白云石，確保爐渣完全固化。

4）兌鐵操作。墊料總量：1/2 石灰石或石灰總量＋1 t 含燒結(jié)返礦＋1/2 輕燒總量，兌鐵前需搖爐對爐內(nèi)渣況進行確認，鋼渣必須固化；然后執(zhí)行常規(guī)兌鐵工藝。

5）一次造渣。輔料加入工藝要求使用石灰石代替石灰，當鐵水溫度≤1 300 ℃或鐵水Si 含量≤0.25% 時，使用石灰。石灰石或石灰加入量參考模型計算結(jié)果。輕燒加入量按前期渣中MgO 含量6%～6.5%；加入量參考模型計算結(jié)果。燒結(jié)返礦加入量參考模型計算結(jié)果。燒結(jié)返礦加入方式為開吹點火后根據(jù)鐵水Si 含量與溫度加入返礦，首批次加入返礦數(shù)量1.5 t 左右，1 min 后根據(jù)化渣情況補加燒結(jié)返礦，批次數(shù)量300～500 kg（多批次加入）。

6）供氧制度底吹運行良好，采用弱頂吹和強底吹的復合吹煉模式，氧壓0.80～0.85 MPa，槍位1.5～2.0 m，底吹強度0.8 MPa；底吹運行不良，槍位采用分階段控制，化渣階段1～2.5 min，槍位1.2～1.3 m；脫磷階段1.0～2.0 min，槍位1.4～1.7 m；倒渣前期0～1.0 min，槍位1.2～1.3 m，氧壓0.80～0.90 MPa。

7）一倒倒渣。鋼水中Si含量為微量；溫度區(qū)間為1 400～1 430 ℃，目標1 405～1 415 ℃；爐渣堿度1.8～2.0 左右；（FeO）含量控制在15%～20%，目標值16%～18%；（MgO）含量6%～6.5%。倒渣前根據(jù)爐渣泡沫化程度，使用氮氣對爐渣吹掃0～2 min；倒渣時，爐口見渣后停留3～5 s 后，再緩慢搖爐倒渣。倒渣過程發(fā)現(xiàn)渣中帶鐵花明顯或爐內(nèi)劇烈翻騰時暫緩倒渣，在避免鋼-渣混出的前提下，盡可能倒凈一次渣；測溫，取渣樣及半鋼樣。

8）二次造渣。終渣要求終渣堿度3.5～4.0；（MgO）含 量8%～10%；（FeO）含 量14%～18%；（CaO）/（FeO）比值2.5～3.0。造渣輔料加入總量參考模型計算結(jié)果，加入制度根據(jù)過程化渣情況靈活掌控，主要參考火焰穩(wěn)定情況，爐內(nèi)發(fā)出化渣響聲，13 min后不再加入含鐵礦料。配加石英砂，一倒倒渣后，石英砂由廢鋼斗加入，配加量300～500 kg，主要根據(jù)一倒脫磷率與倒渣量靈活控制，石英砂與石灰配加比例1∶4.3。根據(jù)過程化渣情況采取高、低槍位靈活交替操作的模式，高槍位（1.7～2.5 m）爐渣達到爐口又不溢出；低槍位（1.2～1.5 m）渣中FeO 不低于10%，杜絕返干；二次造渣的中后期恢復到常規(guī)的高碳鋼冶煉模式。

9）下渣量控制。確保擋渣帽塞緊塞實，搖爐放鋼時，前期渣流入渣盆后，鋼水方可進入鋼包。采用40爐以內(nèi)的出鋼口，強化擋渣效果，在擋住渣的前提下，收流抬爐，避免下渣。在擋渣效果較差情況下，采用留鋼操作，避免下渣導致回磷。

10）控制模型使用要求。需按照要求認真填寫原始數(shù)據(jù)及關(guān)鍵物料使用情況，測溫，取渣樣及氧化樣。

3.3 實施效果

1）一次造渣脫磷率的分布。脫磷率在50%～60% 出現(xiàn)頻率為7%；脫磷率在60%～70% 出現(xiàn)頻率為85%；脫磷率在＞70%出現(xiàn)頻率為8%；一次造渣脫磷效率遠遠高于原工藝一次脫磷率。

2）二次造渣脫磷率分布。脫磷率＜92% 出現(xiàn)頻率為2%；脫磷率在92%～95% 出現(xiàn)頻率為83%；脫磷率在＞95%出現(xiàn)頻率為15%；二次造渣過程未見粘槍、返干等不利過程操作的現(xiàn)象，下渣量控制穩(wěn)定，回磷量波動小。

3）在無鐵水預處理脫磷的工藝條件下，冶煉簾線鋼采用“雙渣＋留渣”脫磷工藝并結(jié)合控制模型指導過程控制，滿足簾線鋼終點“脫磷保碳”的目的，轉(zhuǎn)爐終點脫磷率可確保＞92%，磷含量＜0.06%，終點碳含量控制范圍0.10%～0.25%。結(jié)合簾線鋼采用“雙渣＋留渣”脫磷工藝取得的工藝進步與實施效果，以低成本為控制目標，對原有冶煉高磷鐵水（磷＞0.18%）的“雙渣+留渣”脫磷工藝進行優(yōu)化，確保終點脫磷率≥89%，終點碳含量控制范圍0.08%～0.15%。

4 結(jié) 論

4.1 結(jié)合試驗初期出現(xiàn)的主要問題，通過一系列的技術(shù)改進，確保“雙渣+留渣”脫磷工藝達到最優(yōu)效果。目前行業(yè)“雙渣＋留渣”脫磷工藝總體脫磷率控制在92%～95%，一次造渣脫磷率控制在50%～70%，綜上數(shù)據(jù)分析，采用此工藝冶煉簾線鋼已達行業(yè)總體控制水平，個別爐次已達行業(yè)領先水平。

4.2 開發(fā)的“雙渣＋留渣”脫磷工藝，減少了物料消耗和爐渣排放量，確保初始鋼水內(nèi)部質(zhì)量，轉(zhuǎn)爐的各項經(jīng)濟、技術(shù)指標達到最優(yōu)化的配置，為研發(fā)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品打下良好基礎。

4.3 “雙渣＋留渣”脫磷工藝實施后，避免了轉(zhuǎn)爐出鋼因磷含量超標導致降級改判或判廢事故的發(fā)生。

4.4 高品質(zhì)高碳品種鋼實施“雙渣＋留渣”脫磷工藝后，噸鋼冶煉成本降低34.87 元，磷含量＞0.18%普碳鋼實施“雙渣+留渣”脫磷工藝噸鋼成本降低29.43 元，預計年產(chǎn)高品質(zhì)高碳鋼18 萬t，高磷鐵水冶煉普碳鋼12萬t，直接經(jīng)濟效益達到980萬元。