淺談轉(zhuǎn)爐提溫劑的選擇及對(duì)冶煉工藝的影響

楊竹林

（湖南省華菱湘鋼股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)對(duì)煉鋼生產(chǎn)率、鋼的成本等方面都提出了越來(lái)越高的要求。而目前大多數(shù)鋼廠由于其冶煉工藝，轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵水的溫度較低，硫、磷含量偏高，煉鋼時(shí)常因熱量不足而多次補(bǔ)吹氧，較多爐次是以終點(diǎn)氧化鐵來(lái)達(dá)到足夠的出鋼溫度，造成終點(diǎn)鋼水氧活度高，渣中全鐵含量高，對(duì)冶煉鋼種和轉(zhuǎn)爐爐齡造成不利影響，不利于煉鋼經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)在轉(zhuǎn)爐煉鋼熱補(bǔ)償技術(shù)方面較常用的方法，先后使用過(guò)焦炭、無(wú)煙煤等提溫材料，但均因有較大的缺陷而相繼被淘汰，如使用半鋼增碳劑雖可提高半鋼碳含量，對(duì)半鋼煉鋼熱源不足也起到了一定的緩解作用，但其針對(duì)性不強(qiáng)，且成本偏高。目前，為實(shí)現(xiàn)對(duì)煉鋼物流的優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本，可以采用熔化較快、提溫效果好，操作方便的提溫新材料，用以取代現(xiàn)有的焦炭、無(wú)煙煤等熱補(bǔ)償材料，以便更好的解決轉(zhuǎn)爐熱補(bǔ)償技術(shù)，以滿足煉鋼短流程生產(chǎn)技術(shù)要求，本文對(duì)轉(zhuǎn)爐提溫劑的選擇及對(duì)冶煉工藝的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹。

1 轉(zhuǎn)爐提溫劑

1.1 轉(zhuǎn)爐提溫劑概述

轉(zhuǎn)爐提溫劑在實(shí)際中可以選擇的類型較多，如可以選擇石墨化碳素提溫劑。提釩煉鋼工藝中，轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是提釩后的半鋼，由于半鋼的碳含量和溫度都比較低，S、P含量比較高，煉鋼時(shí)常因熱量不足造成需要多次補(bǔ)吹。且較多爐次是以終點(diǎn)氧化鐵來(lái)達(dá)到足夠的出鋼溫度，造成終點(diǎn)鋼水氧活度高，渣中TFE高，對(duì)冶煉鋼種和轉(zhuǎn)爐爐齡及金屬收得率造成不利影響。因此，轉(zhuǎn)爐煉鋼熱補(bǔ)償技術(shù)成為提釩煉鋼關(guān)鍵因素。針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼熱補(bǔ)償技術(shù)方面，經(jīng)過(guò)開展大量的研究工作，先后對(duì)焦炭、無(wú)煙煤、碳化硅等提溫材料進(jìn)行研究試用，但其結(jié)果均因有較大的缺陷而導(dǎo)致相繼被淘汰，而在提釩工作中使用的半鋼增碳劑雖然可以提高半鋼碳含量[1]，并且對(duì)半鋼煉鋼熱源不足的缺陷也起到了一定的緩解作用，但其針對(duì)性不強(qiáng)，且成本偏高。為此可采用石墨化碳素提溫劑，煉鋼轉(zhuǎn)爐采用石墨化碳素提溫劑補(bǔ)充熱源的技術(shù)，無(wú)需增加設(shè)備和改變工藝，具有簡(jiǎn)單、方便，效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)提溫效果顯著，相同質(zhì)量的石墨化碳素提溫劑、焦炭、無(wú)煙煤和碳化硅，石墨化碳素提溫劑的是高溫度是碳化硅的2倍，無(wú)煙煤和焦炭的3～3.5倍，極大地補(bǔ)償了半鋼煉鋼的熱源不足。通過(guò)科學(xué)的原料配方，使得提釩煉鋼中半鋼溫度和碳含量都得到了顯著的提高，減少了補(bǔ)吹次數(shù)，有效地提高了生產(chǎn)效率，并且極大地降低了生產(chǎn)成本，對(duì)提高鋼鐵企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

1.2 緩釋型高效提溫劑

緩釋型高效提溫劑也是一種重要的提溫劑，在這種類型的提溫劑生產(chǎn)制造方法中，通過(guò)合理選用粘接劑，并通過(guò)壓球機(jī)進(jìn)行制備，有效地提升了提溫劑的強(qiáng)度。同時(shí)該提溫劑通過(guò)提高壓球壓力以及粒度優(yōu)化，使得提溫劑具有更好的致密度。并且通過(guò)添加輕燒鎂粉，有效地延緩了提溫劑在鐵水、半鋼中的溶蝕速度，以及通過(guò)增大成型粒度，有效地延長(zhǎng)了提溫劑的熔化時(shí)間。

2 轉(zhuǎn)爐提溫劑的選擇

2.1 轉(zhuǎn)爐提溫劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

在實(shí)際的提溫劑選擇中，應(yīng)遵循基本的選擇方法，保證提溫劑的選擇對(duì)于冶煉具有積極的促進(jìn)作用。當(dāng)前，提高廢鋼比、降低鐵水單耗是國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼廠提產(chǎn)降本增效的主要措施之一，而隨著廢鋼比例的提高，轉(zhuǎn)爐原料輸入的物理熱和化學(xué)熱降低，不能滿足冶煉的需要，額外使用提溫劑補(bǔ)充熱量成為必要的手段。當(dāng)前轉(zhuǎn)爐使用的提溫劑的主要發(fā)熱成分有C、Si、SiC、Al，或是由以上元素的組合，形式以塊狀或壓球形式為主[2]。但是其都存在熱效率低、成本高的問(wèn)題。如使用煤塊、焦炭、型煤等碳素提溫劑，因密度小、強(qiáng)度低、使用方法不合理等，其主要在渣中或鋼渣界面處燃燒，燃燒快，生成的熱量主要煙氣帶走或被爐渣吸收，熔池吸收的熱量極低，如使用焦炭熱量率不到20%，使用型煤熱效率不到30%。使用Si、SiC、Al質(zhì)合金、壓球作為提溫劑，需要增加石灰的使用量平衡堿度，增加了爐渣量，爐渣帶走的熱量和鐵元素增，提高了成本；熱效率較低，一般低于40%；同時(shí)，Si、Al等合金價(jià)格高，與我們儲(chǔ)量巨大煤相比，沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)。為此，可以采用緩釋型高效提溫劑用以解決上述問(wèn)題的存在。

2.2 緩釋型高效提溫劑的應(yīng)用

在緩釋型高效碳基轉(zhuǎn)爐提溫劑及其制備方法中，采用提溫劑主要由以下重量份的原料制成：煤粉70%～85%、輕燒鎂粉10%～20%和鋁灰10%～15%，以及提溫劑成型所必要的粘接劑。提溫劑的粒度為30mm～60mm，提溫劑為球狀或橢球狀。采用這種方法所生產(chǎn)制造出來(lái)的提溫劑，通過(guò)添加輕燒鎂粉以及選用合適粘接劑，并使用壓球機(jī)進(jìn)行制備，使得提溫劑的強(qiáng)度大大提高，并且提高了其致密度，解決了現(xiàn)有提溫劑強(qiáng)度和密度較低，導(dǎo)致使用中效果較差的問(wèn)題[3]。同時(shí)采用這種方法所生產(chǎn)制造出來(lái)的提溫劑中輕燒鎂粉的添加，有效地延緩了提溫劑在鐵水、半鋼中的溶蝕速度。

2.3 高效提溫劑的制造步驟

高效提溫劑在具體的制造過(guò)程中，一般可以按照以下的步驟進(jìn)行制備：首先是原料制備：按重量份取煤粉、輕燒鎂粉、鋁灰和粘接劑一同投入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎處理，從而得到混合物A。二是組分拌料：將混合物A投入一級(jí)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌處理，從而得到混合物B。三是組分檢測(cè)：將混合物B取樣進(jìn)行組分檢測(cè)，不合格即重復(fù)步驟二，合格即完成組分監(jiān)測(cè)，得到合格的混合物B。四是粒度拌料：將合格的混合物B投入二級(jí)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌處理，從而得到混合物C。五是粒度檢測(cè)：將混合物C取樣進(jìn)行粒度檢測(cè)，不合格即重復(fù)步驟四，合格即完成粒度檢測(cè)，得到合格的混合物C。六是蒸汽拌料：將合格的混合物C投入蒸汽攪拌機(jī)進(jìn)行蒸汽攪拌處理，從而得到混合物D。七是壓球成型：將混合物D投入壓力機(jī)進(jìn)行擠壓成型，從而的到球狀的混合物E。八是物料烘烤：將球狀的混合物E投入烘干爐進(jìn)行烘烤，烘干爐溫度為100～200℃，烘干后水分低于1.5%，從而得到混合物F。九是烘干檢測(cè)：將混合物F取樣進(jìn)行烘干溫度檢測(cè)，不合格即重復(fù)步驟八，合格即完成烘干溫度檢測(cè)，得到合格的混合物F。十是強(qiáng)度、水分檢測(cè)：將合格的混合物F取樣進(jìn)行強(qiáng)度和水分檢測(cè)，不合格即得到普通提溫劑，合格即得到本文所分析的提溫劑。

3 轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇對(duì)冶煉工藝的影響

3.1 轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇的背景

本文以湘鋼五米板廠120噸轉(zhuǎn)爐使用提溫劑石墨球和硅鐵的升溫情況，以及對(duì)冶金渣堿度、去磷、噴濺等方面的影響為例進(jìn)行分析，并得出具體的加料比例和加料時(shí)機(jī)等內(nèi)容，以下分別進(jìn)行較為詳細(xì)的分析。在湘鋼五米板廠120噸轉(zhuǎn)爐中，爐后整體密閉，設(shè)置移動(dòng)門，上方設(shè)置抽風(fēng)管道，有效保證了轉(zhuǎn)爐倒鐵水的除塵效果，同時(shí)解決爐后環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)湘鋼五米板廠120噸轉(zhuǎn)爐在控制系統(tǒng)方面，也存在著較為明顯的特點(diǎn)：一是可靠性高；二是操作簡(jiǎn)單：友好的人機(jī)界面，方便用戶操作；三是調(diào)整修改方便：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，修改控制算法與控制參數(shù)時(shí)，只需更改軟件，硬件不需調(diào)整[4]，可以很方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法及高速控制；四是方便的組網(wǎng)與通訊功能，電腦控制設(shè)備既可作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，又可作為上位機(jī)使用。

3.2 轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇對(duì)冶金渣堿度的影響

轉(zhuǎn)爐提溫劑在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，選擇了不同的轉(zhuǎn)爐提溫劑，對(duì)于具體的冶煉工藝也帶來(lái)一定的影響。對(duì)冶金渣堿度產(chǎn)生的影響比較大，冶金渣堿度是在冶煉工藝中的一項(xiàng)重要的評(píng)判指標(biāo)。煉鋼爐外精煉工藝鋼水脫S脫P(yáng)要求精煉渣堿度高、熔化速度快，通常采用加入石灰來(lái)提高精煉渣堿度，但石灰熔點(diǎn)高(2600℃)，精煉渣的熔點(diǎn)隨石灰加入量的增加而增加。由于石灰粉易水化通常以石灰塊加入，高堿度精煉渣在煉鋼爐外精煉溫度范圍內(nèi)熔化速度慢，影響精煉效果，在煉鋼爐外精煉周期內(nèi)，不能充分發(fā)揮精煉渣的作用。利用50% CaO和50% Al2O3化合物熔點(diǎn)在1400℃左右的特點(diǎn)，采用將石灰和鋁礬土(Al2O3為主)混煉預(yù)熔，形成Ca050%左右、Al20340%左右的鋁酸鈣預(yù)熔精煉渣，用于煉鋼爐外精煉工藝。雖然鋁酸鈣預(yù)熔精煉渣熔點(diǎn)低熔化速度快，但其CaO含量偏低滿足不了高堿度的要求，還需要加入石灰塊來(lái)提高精煉渣堿度，相應(yīng)延長(zhǎng)精煉渣的熔化速度，同時(shí)鋁酸鈣預(yù)熔精煉渣成本偏高。如果能采用石灰粉劑與熔劑粉劑混合可加快石灰在煉鋼爐外精煉過(guò)程的熔化速度。為此，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，可以采用高堿度煉鋼精煉渣的生產(chǎn)方法。

3.3 轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇對(duì)去磷的影響

去磷也是會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)爐提溫劑的選擇而產(chǎn)生一定的影響，對(duì)此應(yīng)加以重視。去磷在冶煉工藝中具有重要的作用，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，用于制造煤化工容器鋼、石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)鋼、極地船舶等各種裝置需要的低溫、高壓力容器用鋼的需求越來(lái)越大。由于其特殊的環(huán)境條件，這些行業(yè)用鋼對(duì)鋼的耐低溫沖擊韌性、抗層狀撕裂性能、高強(qiáng)度、可焊接性、優(yōu)良疲勞強(qiáng)度等性能有著嚴(yán)格的要求[5]。采用降低脆性元素p煉鋼的方法，可使一些鋼種獲得良好的低溫韌性。由于大厚度、大單重鋼的力學(xué)性能，如板厚1/2處負(fù)溫沖擊功低，尤其是z向沖擊性能不佳，而且生產(chǎn)的成本較高。通過(guò)對(duì)優(yōu)化化學(xué)成分、冶煉和軋制工藝精心設(shè)計(jì)，采用低p、s含量。通過(guò)轉(zhuǎn)爐+lf+vd/rh精煉深脫p、s工藝、控軋控冷工藝，能滿足使大厚度、大單重低溫鋼、容器用鋼具有良好的強(qiáng)度和低溫韌性。低溫壓力容器用鋼等均采用降低脆性元素p、s含量成分設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到良好的強(qiáng)度和低溫韌性。目前冶煉方法比較容易實(shí)現(xiàn)深脫s獲得低s鋼；對(duì)于低磷（≤0.008%）要求的鋼，常規(guī)轉(zhuǎn)爐冶煉脫磷均不夠理想，在實(shí)際中應(yīng)采用高效的轉(zhuǎn)爐爐后脫磷方法。

3.4 轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇對(duì)噴濺的影響

目前對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉高硅鐵水容易產(chǎn)生金屬噴濺，而前期的金屬噴濺夾帶著鐵水、爐渣、一氧化碳?xì)怏w以及氧化鐵粉塵，形成濃厚的黃煙并對(duì)環(huán)境造成較大的污染，嚴(yán)重時(shí)噴濺物會(huì)燒壞設(shè)備使得生產(chǎn)難以進(jìn)行。現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)了一些克服轉(zhuǎn)爐冶煉鐵水時(shí)金屬噴濺的方法，例如在吹煉過(guò)程中，全程根據(jù)一氧化碳濃度的波動(dòng)，結(jié)合火焰變化有節(jié)奏的調(diào)整槍位，可做到爐渣不返干、不噴濺。然而，在實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐冶煉高硅鐵水的過(guò)程中，僅僅采用以上方法，并不能很好地控制鐵水噴濺，需要研發(fā)出專門針對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉高硅鐵水的冶煉控制方法。如在實(shí)際轉(zhuǎn)爐冶煉高硅鐵水的過(guò)程中，在冶煉前期硅元素氧化后形成的低堿度爐渣粘度很高，這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)爐熔池溫度達(dá)到碳氧反應(yīng)所需溫度時(shí)，碳氧反應(yīng)生成的大量一氧化碳?xì)怏w在排出時(shí)會(huì)受到高粘度爐渣的阻礙，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生噴濺。

4 結(jié)論

隨著轉(zhuǎn)爐提溫劑在冶煉工藝中重要程度的增加，需要對(duì)轉(zhuǎn)爐提溫劑進(jìn)行合理的選擇，保證冶煉產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。本文所分析的轉(zhuǎn)爐提溫劑的選擇及生產(chǎn)制造方法，以及對(duì)冶煉工藝的具體影響，在實(shí)際的轉(zhuǎn)爐提溫劑選擇中可以加以參考。