低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝生產(chǎn)分析

樊文育，李計(jì)文

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司三煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

在半鋼煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐中，低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼已經(jīng)成為具有特色的煉鋼生產(chǎn)工藝。以往經(jīng)常采用高拉補(bǔ)吹、高堿度爐渣等生產(chǎn)方式，以此完成脫磷、脫硫等任務(wù)。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼提出了更高的要求，有必要對(duì)工藝生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)一次拉碳的終點(diǎn)控制制度技術(shù)，為今后煉鋼企業(yè)工藝生產(chǎn)的發(fā)展與進(jìn)步奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝特性

低碳提釩半鋼與鐵水相比，硅、錳等元素的含量較少，會(huì)在一定程度上影響煉鋼初期渣的形成，進(jìn)而影響煉鋼后期粘度、爐渣熔點(diǎn)等條件難以與冶煉連鑄鋼水的工藝生產(chǎn)要求相符，最終造成半鋼煉鋼質(zhì)量與水平低下。根據(jù)目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)半鋼煉鋼生產(chǎn)實(shí)踐，低碳提釩半鋼具有以下各特點(diǎn)：一，化渣慢。外加的造渣材料是半鋼煉鋼造渣組組元中SO2、MnO2的主要來(lái)源，這些外加的造渣材料若想全部熔化，需要耗費(fèi)較多的吸熱時(shí)間，但是初渣中（FeOx）的成分又相對(duì)較少，所以半鋼煉鋼形成爐渣的速度慢。二，碳氧化迅速。碳氧化速度會(huì)在煉鋼初期達(dá)到最大值，隨著初渣成分的控制以及爐渣的形成，冶煉后期爐渣中的（FeOx）成分又會(huì)顯著提升，進(jìn)而對(duì)脫磷效果產(chǎn)生一定影響。三，大渣量操作。通過(guò)大渣量操作才能達(dá)到預(yù)期的脫磷、脫硫效果，進(jìn)而滿足工藝生產(chǎn)要求。四，熔體溫度需補(bǔ)償。由于冶煉中會(huì)加入吸熱較多的造渣材料，并且缺乏發(fā)熱元素，所以需要熱補(bǔ)償技術(shù)來(lái)保證鋼水冶煉溫度。

2 工藝流程及生產(chǎn)試驗(yàn)

2.1 低碳提釩半鋼質(zhì)量及造渣材料成分

釩渣的主要成分有FeO、SiO2、V2O3、MgO、TiO2、MnO以及金屬鐵，物相包括尖晶石相、碳酸鹽相、金屬鐵以及游離石英相。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料可知，攀鋼釩渣熔點(diǎn)為1312-1335℃，并且釩渣粘度會(huì)隨著溫度、FeO含量的升高而降低，又會(huì)隨著V2O3含量的增加而升高。試驗(yàn)使用到的造渣材料成分如下表所示。

表1 造渣材料成分表（%）

2.2 具體試驗(yàn)步驟

結(jié)合我國(guó)目前低碳提釩轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝生產(chǎn)實(shí)踐，以及鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際需求，選擇30t的轉(zhuǎn)爐進(jìn)行工藝生產(chǎn)實(shí)踐，煉鋼系統(tǒng)基本設(shè)備包括提釩轉(zhuǎn)爐、煉鋼轉(zhuǎn)爐，以此為頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)運(yùn)行提供有力保障。此外還應(yīng)配備方坯鑄機(jī)，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的鋼鐵型號(hào)作為試驗(yàn)研究的主要對(duì)象[1]。轉(zhuǎn)爐冶煉鋼鐵的最終目的就是溫度不斷提高的熔池，盡最大可能去除鋼液中磷、硫等有害元素以及一系列非金屬雜物，以此達(dá)到降低碳含量的目的，進(jìn)而保證生產(chǎn)出的合格鋼水適合澆筑，從根本上提升鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量與水平。在整個(gè)工藝生產(chǎn)流程中，需要合理控制裝入制度、造渣制度、氧槍制度以及終點(diǎn)工藝，重點(diǎn)依據(jù)半鋼入爐是的硫、碳含量采取有效的調(diào)整控制手段，注意吊吹、深吹時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 渣料及提溫劑消耗

通過(guò)一系列試驗(yàn)研究可知，造渣料、提溫劑均得到一定消耗，其中“石灰+白云石”的消耗最多，并且轉(zhuǎn)爐全鐵水煉鋼的“石灰+白云石”與試驗(yàn)研究中的加入量相當(dāng)。此外，在轉(zhuǎn)爐條件相同時(shí)，每噸鋼消耗復(fù)合渣的數(shù)量與消耗攀鋼半鋼煉鋼的豎向十分相似。因此，可以根據(jù)試驗(yàn)條件，對(duì)研究的低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)而為制度制定提供有力的技術(shù)支持。

3.2 終點(diǎn)控制

主要是根據(jù)轉(zhuǎn)爐口火焰狀況，明確終點(diǎn)供應(yīng)氧氣的時(shí)間，然后結(jié)合氧氣消耗量判斷半鋼煉鋼終點(diǎn)。一般采用高拉補(bǔ)吹法進(jìn)行終點(diǎn)控制。同時(shí)，通過(guò)測(cè)量鋼水溫度來(lái)判斷爐渣的流動(dòng)性，通過(guò)取樣化驗(yàn)結(jié)果明確鋼水中各元素含量，以此精確判斷能否出鋼。

3.2.1 終點(diǎn)鋼水成分及溫度

當(dāng)鋼水中磷元素、硫元素含量與碳元素含量有著直接關(guān)系，磷元素、硫元素含量分別為0.016%、0.029%，此時(shí)出鋼溫度為1695℃，出鋼溫度已經(jīng)滿足連鑄鋼水溫度控制與成分控制要求。若鋼水中碳元素含量低于0.027%，證明提溫劑能夠發(fā)揮出自身作用，進(jìn)而達(dá)到合格鋼水適合澆筑的目的

3.2.2 拉碳及終點(diǎn)鋼水溫度

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，將拉碳以及終點(diǎn)鋼水溫度控制在1620℃～1710℃之間，會(huì)獲得大部分爐次，一旦拉碳溫度低于1620℃，獲得爐次相對(duì)較少。由于玩家造渣材料的加入，轉(zhuǎn)爐煉鋼部分爐次拉碳以及鋼水溫度處于相對(duì)較低的水平，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，會(huì)有一段停歇時(shí)間，在這段時(shí)間之內(nèi)，半鋼煉鋼成分以及溫度會(huì)發(fā)生十分顯著的變化，致使1620℃～1710℃ 之間鋼水溫度的降低會(huì)獲得較多的爐次，拉碳及終點(diǎn)鋼水溫度這種分布情況的產(chǎn)生，證明半鋼煉鋼工藝能夠良好符合連鑄鋼水的制造溫度要求

3.2.3 終點(diǎn)鋼水碳含量控制

連鑄鋼水中的碳含量與鋼渣成分、鋼水氧活度具有十分密切的聯(lián)系，并且半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼中碳元素與全鐵元素的變化呈現(xiàn)非線性關(guān)系，隨著鋼水中碳含量的下降，全鐵含量會(huì)逐漸升高，當(dāng)鋼水碳含量在0.03%以下時(shí)，鋼渣中全鐵的含量就會(huì)高于20%。因此，為減少鋼渣中全鐵含量，應(yīng)根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)需求，將半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼中的碳元素控制在合理范圍之內(nèi)，以此達(dá)到有效控制終點(diǎn)鋼水碳含量的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)金屬收得率提升，對(duì)提高鋼坯質(zhì)量具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2.4 連鑄鋼水溫度的保證

根據(jù)低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝生產(chǎn)對(duì)連鑄鋼水溫度以及成分的要求，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在1680℃～1710℃范圍之內(nèi)，針對(duì)這一要求，可以采用碳化硅、類(lèi)石墨結(jié)合現(xiàn)代制鋼手段對(duì)工藝生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行熱補(bǔ)償，從而避免熱吹降低連鑄鋼水質(zhì)量以及最終的生產(chǎn)效果[2]。與此同時(shí)，結(jié)合提溫劑本身的提溫效率以及提溫劑自身的質(zhì)量，對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼相關(guān)工藝條件進(jìn)行有效的控制，以此達(dá)到提高鋼水溫度的目的。在此過(guò)程中，加入提溫劑的數(shù)量與半鋼入爐條件以及鋼種的出鋼溫度有著十分密切的聯(lián)系，并且最終出鋼質(zhì)量取決于鋼水成分。當(dāng)連鑄鋼水上限控制在1680℃～1710℃之間時(shí)，終點(diǎn)出鋼中碳元素含量在0.04%～0.10%之間波動(dòng)，由于半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼自身供熱源存在較大的不足，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)加入一定量的提溫劑，能夠從根本上滿足連鑄鋼水對(duì)溫度的要求。

3.3 轉(zhuǎn)爐終渣成分分析

根據(jù)每噸攀鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)應(yīng)點(diǎn)的留渣量，應(yīng)根據(jù)爐渣終點(diǎn)氧化性以及留渣量的多少，加入適當(dāng)?shù)逆V球，并要根據(jù)每開(kāi)幾次新?tīng)t之前，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行一次濺渣，濺渣操作中的氮?dú)夤ぷ鲏毫?yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)，一般大于三分鐘。在完成濺渣之后，需要倒干凈爐渣，若此時(shí)爐終渣的氧化性處于相對(duì)較高的水平，則應(yīng)對(duì)煉鐵水進(jìn)行下一步處理，以此保證轉(zhuǎn)爐終渣成分與相關(guān)要求相符，從根本上避免對(duì)鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量造成較大的影響。

（1）轉(zhuǎn)爐終渣成分及堿度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼的終渣中全鐵成分為21.22%，而終渣堿度受到氧化鈣與二氧化硫的影響較大，并二者質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高的水平，有必要對(duì)半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼的全鐵水煉鋼終渣成分以及堿度進(jìn)行下一步控制工作，進(jìn)而保證工藝生產(chǎn)質(zhì)量與水平，對(duì)提升半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度的制定與實(shí)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（2）轉(zhuǎn)爐終渣的巖相結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)半鋼轉(zhuǎn)爐終渣巖相層結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果可知，鋼渣中含有較多的氧化鈣，并且鐵酸鹽的成分高于氧化鈣含量。由于鐵酸鹽是低熔點(diǎn)相，會(huì)在一定程度上降低鋼渣的熔化溫度，并且會(huì)加快爐襯的腐蝕速度。此外，鋼渣中的礦物相含量與氧化鈣、鐵酸鹽含量相比，處于較低的水平，所以鋼渣黏性不強(qiáng)。礦物相的熔點(diǎn)介于低熔點(diǎn)以及高熔點(diǎn)鐵酸鹽之間，是連接低熔點(diǎn)鐵酸鹽與高熔點(diǎn)鐵酸鹽的過(guò)渡相。因此，為提升鋼渣黏粘性，必須采取有效的手段提升礦物相的含量，并能夠減輕對(duì)爐襯的侵蝕作用，對(duì)提升半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝生產(chǎn)水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（3）堿度與鋼渣中CaO的關(guān)系。鋼渣中氧化鈣含量可用來(lái)衡量半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼中的石灰石熔化程度。通常情況下，爐渣中氧化鈣含量低于10%時(shí)，鋼渣中的全鐵以及堿度是影響鋼渣中氧化鈣的主要因素。一旦鋼渣堿度相同，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及科學(xué)公式計(jì)算出鋼渣中氧化鈣的含量。若鋼渣中全鐵含量相同，則證明在鋼渣堿度不斷增加的情況下，鋼渣中的氧化鈣含量也隨之增加，致使增加的速率存在一定差異。通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)以及生產(chǎn)工藝流程研究可知，在半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼合理?xiàng)l件下，可將鋼渣堿度控制在4.0～5.0之間，只有這樣才能保證煉鋼最后脫硫以及脫磷的效果，并且還能為相關(guān)研究學(xué)者提供判斷煉鋼中化渣程度的科學(xué)依據(jù)，為完善終點(diǎn)控制制度以及造渣制度打下良好基礎(chǔ)。

4 半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷效果研究

為研究低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝生產(chǎn)脫磷效果，使用焦炭作為試驗(yàn)用還原劑，粒度控制在190目～200目之間，并向煉鋼過(guò)程中加入1.2個(gè)當(dāng)量，以此研究溫度、監(jiān)督以及氮?dú)饬髁繉?duì)脫磷效果的影響[3]。

4.1 溫度對(duì)脫磷率的影響

分別選取不同溫度段但是堿度相同的試驗(yàn)試樣，表明脫磷率會(huì)隨著溫度的升高而逐漸升高。使用熱力學(xué)理論分析，碳作為還原劑，能夠促進(jìn)磷還原這一吸熱反應(yīng)正向進(jìn)行，并且溫度的升高會(huì)提高脫硫率。使用動(dòng)力學(xué)理論，爐渣粘度受到不斷升高溫度的影響，會(huì)逐漸符合牛頓黏滯液體定律，并且?guī)в姓沉骰罨艿馁|(zhì)點(diǎn)數(shù)量會(huì)隨著溫度的升高而增加。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在熱振動(dòng)加強(qiáng)的情況下，分解出來(lái)的若干個(gè)流動(dòng)單元會(huì)分散反應(yīng)物，所以會(huì)造成鋼鐵料以及合金料的消耗增加。因此，需要合理控制出鋼溫度，避免影響整個(gè)工藝生產(chǎn)。

4.2 堿度對(duì)脫磷率的影響

通過(guò)對(duì)堿度變化區(qū)間變化情況分析，明確脫磷率一般會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，并且爐渣的脫磷率會(huì)隨著爐渣堿度的升高而有所下降。此外，氧化鈣會(huì)隨著堿度的增加被添加到爐渣中，與二氧化硅反應(yīng)后生成熔點(diǎn)較高的絡(luò)合物。但是當(dāng)爐渣堿度超過(guò)一定值之后，又會(huì)在渣中形成一種較為復(fù)雜的化合物，進(jìn)而降低渣中自由氧化鐵的含量。因此，針對(duì)這種現(xiàn)象，在工藝生產(chǎn)中，應(yīng)適當(dāng)降低堿度，避免二甲鐵離子與氧氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而保證工藝生產(chǎn)的脫磷效果。

4.3 氮?dú)饬髁繉?duì)脫磷率的影響

在考察氮?dú)饬髁繉?duì)脫磷效果的影響時(shí)，主要是采用持續(xù)吹入的方式，帶走爐內(nèi)煉鋼產(chǎn)生的磷蒸汽。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，脫硫效果會(huì)隨著氮?dú)饬髁康脑黾佣粩嘣黾印臒崃W(xué)角度分析，使用氮?dú)鈱t內(nèi)磷蒸汽帶走之后，會(huì)在很大程度上降低爐內(nèi)氣壓，促使煉鋼涉及到的各種反應(yīng)正向進(jìn)行，所以會(huì)增強(qiáng)煉鋼的脫磷效果[4]。因此，適當(dāng)采取通氮?dú)獾姆椒?，可有效提高爐渣處理工作水平，對(duì)降低鋼液中磷、硫發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可有效解決煉鋼初期渣難形成、煉鋼后期粘度以及爐渣熔點(diǎn)不符合連鑄鋼水工藝生產(chǎn)要求的問(wèn)題，對(duì)低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼質(zhì)量與水平具有重要的推動(dòng)意義。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)低碳提釩半鋼轉(zhuǎn)煉鋼工藝特性以及工藝生產(chǎn)試驗(yàn)條件、流程的分析，進(jìn)一步完善了高磷半鋼煉鋼造渣工藝制度以及工藝生產(chǎn)終點(diǎn)控制制度，明確優(yōu)化后工藝中，鋼渣堿度對(duì)脫磷、脫硫效果的影響，進(jìn)而為控制終點(diǎn)鋼水成分、溫度提供可行的依據(jù)，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化作業(yè)，為相關(guān)工藝生產(chǎn)實(shí)踐提供寶貴的技術(shù)支持。