济钢低硅铁水吹炼工艺实践.doc

济钢低硅铁水吹炼工艺实践 （济南钢铁股份有限公司 第三炼钢厂，山东 济南 250101） 摘 要介绍了低硅铁水的吹炼工艺实践。通过对少渣炼钢过程的理论分析，采用倒锥度氧枪、优化供氧及造渣制度、控制终渣碱度等措施，解决了低硅铁水炼钢的造渣、脱磷、脱硫、粘枪等技术难题，实现了低硅铁水条件下的少渣炼钢，降低了石灰消耗、提高了金属收得率。 关键词低硅铁水；少渣炼钢；成渣；脱磷；化学热 中图分类号TF713.3 文献标识码B 文章编号1004-4620（2007）06-0017-02 1 前 言 随大高炉喷煤量增加、焦比降低和利用系数的提高以及铁水脱硅站的逐步正常运行，济钢第三炼钢厂的入炉铁水硅含量有了明显降低，这就对转炉炼钢的吹炼工艺提出了更高的技术要求。针对转炉低硅铁水炼钢化学热相对减少，成渣困难，渣量少不利于造渣，且容易发生粘枪、粘烟罩等问题，济钢第三炼钢厂通过优化供氧、造渣制度，设计倒锥度氧枪，对低硅铁水吹炼工艺进行了分析探讨，解决了低硅铁水炼钢的造渣、脱磷、脱硫、熔池升温、粘枪等技术难题，实现了低硅铁水条件下的少渣炼钢，降低了石灰消耗、提高了金属收得率。 2 工艺条件 转炉公称容量120 t；有效容积124 m3；炉容比1.0 m3/t。氧枪外径Φ273 mm；氧气流量27 000～34 000 m3/h；喷头形式为4孔拉瓦尔型水冷铸造喷头；马赫数2.0；纯吹氧时间16 min；供氧强度最大3.7 m3/（tmin）；底吹透气元件8个（由8根供气支管独立供气）；Ⅲ型针管式透气砖；总管供气流量最大720 m3/h， 总管供气压力1.5 MPa。低硅铁水温度1 260～1 360 ℃，平均1 310 ℃。化学成分见表1。石灰活性度356，化学成分见表2。 表1 低硅铁水化学成分 C Si Mn P S 4.1～4.8 4.45 0.15～0.40 0.225 0.2～0.3 0.25 0.070～0.100 0.085 0.005～0.020 0.0125 表2 石灰平均化学成分 CaO SiO2 MgO S 88 1.70 6.2 0.025 3 少渣炼钢理论分析 吹炼前期是硅锰氧化期，开吹后的3～4 min内，硅锰迅速氧化，初期渣中二氧化硅和氧化锰含量较高，炉渣碱度较低。由于低硅铁水中的[Si]含量较低，熔池的升温速度相对正常硅含量的铁水升温速度要慢。铁的氧化及废钢带入的铁锈等，使渣中氧化铁含量很快达到较高值。随着加入的石灰逐渐熔化和硅的氧化，渣中（CaO）含量不断增加，（SiO2）含量相应降低，因而炉渣碱度逐渐升高。 由于前期熔池温度比较低和碱性氧化渣的形成，正好符合脱磷反应的热力学条件，所以前期渣具有较强的脱磷能力，铁水中的磷在前期被大量氧化。考虑到低硅铁水的渣量相对较少，因此前期应采用高枪位操作，以增加渣中氧化铁含量，快速成渣，提高前期脱磷率。 吹炼中期，硅、锰已被大量氧化，随熔池温度上升，碳开始剧烈氧化，进入碳氧化期。此期的脱碳速度很大，不仅吹入熔池内的氧大部分消耗于脱碳反应，而且渣中氧化铁也部分消耗于脱碳反应，使渣中氧化铁逐渐降低，此时应防止渣中氧化铁降低过多导致炉渣返干。低硅铁水炼钢吹炼过程中应控制炉渣氧化铁含量较正常含硅铁水高，其原因是炉渣中二氧化硅量较少，成渣困难。为保证脱磷效果，低硅铁水炼钢过程中炉渣碱度的控制也应高于正常含硅铁水。同时应适当控制枪位及氧气流量，避免化渣不透造成粘枪。 随着脱碳反应的进行，钢液中碳的含量降低，脱碳速度减小，进入吹炼后期。此时炉渣碱度较高，氧化铁较高且流动性良好，有利于脱磷。但低硅铁水炼钢的渣量较正常含硅铁水炼钢约少20，增加了脱磷的难度。吹炼终点应控制好炉渣碱度、渣中（FeO）含量及良好的流动性，加大底吹流量，保证炉渣脱磷、脱硫效果，促进C-O反应进一步达到平衡。 4 技术措施 4.1 设计倒锥度氧枪 为了解决直筒氧枪粘钢难处理、氧枪寿命低的问题，设计研制出了倒锥度氧枪，氧枪下部中管和外管同时采用倒锥度。具有粘渣容易自动脱落、枪身粘钢容易处理、降低操作人员劳动强度等优点，减少了低硅铁水吹炼时成渣困难造成的粘枪，保证了生产节奏，满足了冶炼工艺要求[1]。 4.2 优化工艺制度 考虑到入炉铁水[Si]含量较低，碳氧反应提前，渣量较少，若前期枪位过低易造成金属喷溅；同时，由于酸性物质减少，初期渣形成困难。为保证快速成渣，宜采用“软吹”来增加吹炼前期氧化铁含量，然后根据化渣情况逐步降低枪位。因此，少渣吹炼时前期氧气流量应适当降低，吹炼后期加大底吹流量以利于减少铁损和增残锰；同时根据热平衡及物料平衡，通过调整物料加入种类和加入量控制熔池的升温速度、过程温度及终点温度，化好渣、化透渣，控制好终渣碱度及终点成分、温度，保证炉渣脱磷脱硫效果，提高钢水质量。 5 实践效果分析 5.1 脱碳 从原理上分析，由于铁水[Si]含量降低，吹炼时脱碳反应可以加速，又因吹炼过程和末期的脱碳速度分别取决于[O]和[C]扩散速度，而少渣吹炼时的渣层较薄，同时适当提高转炉底吹流量，顶吹氧气的能量可以高效率地传到熔池，提高熔池的搅拌效果，促进熔池中[O]和[C]的扩散，从而有利于提高脱碳速度及缩短冶炼时间；但考虑到低硅铁水渣量少、渣层薄、成渣困难，吹炼中供氧制度的变化对脱碳速度及冶炼时间有一定影响。所以综合考虑对总的吹炼时间影响不大。 5.2 脱磷 由于少渣吹炼时成渣快、渣层薄、脱碳速度相对快，同时底吹流量加大保证了熔池搅拌效果好、钢渣反应更充分，改善了脱磷反应的动力学条件，使脱磷反应更趋于平衡。实践证明，控制好渣中（TFe）含量和炉渣碱度，可以使终点[P]含量较容易地控制在0.010以下。正常冶炼条件下低硅铁水和正常铁水的转炉终点[P]含量控制水平如图1所示，二者平均值分别为0.009 861、0.010 552（各100个样本）。转炉脱磷率与辅料加入量有一定关系，增加转炉渣量无疑是有利于脱磷的，但过高的炉渣碱度导致化渣不透，流动性变差，对脱磷也有不利影响，不仅浪费石灰而且容易引起炉底上涨。 图1 低硅铁水和正常铁水终点磷含量对比 5.3 脱硫 通过控制炉渣碱度、控制渣中（FeO）含量、适当增大铁水比、减少废钢用量或使用低硫优质废钢、尽可能减少铁水带渣、准确命中终点，避免钢水过氧化、保证终点炉渣良好的流动性，低硅铁水的脱硫率没有大的影响。但当铁水不经过KR处理时，吹炼终点时低硅铁水对应的硫含量相对高些（平均高约0.003），这主要是因为渣量少影响了脱硫效果。 5.4 终渣控制 由于低硅铁水渣量相对少，为保证脱磷效果，操作中有意识地提高了碱度。分析终渣岩相组成，吹炼终点的炉渣中，硅酸三钙占25，硅酸二钙占45，RO相C2F占15～20，MgO结晶占5～8。有未熔石灰团块，其中有的部分已经硅酸三钙化和硅酸二钙化。这种未熔团块使炉渣变稠，不起脱磷作用。与正常含硅铁水炼钢的相组成相比[2]，低硅铁水炼钢终渣内硅酸三钙低，渣中未熔石灰含量几乎增加1倍，表明低硅铁水炼钢的成渣情况变差。在转炉炼钢过程中硅酸三钙较硅酸二钙有更高的脱磷能力。从脱磷的热力学观点看，低硅铁水炼钢炉渣的硅酸三钙过低，不利于脱磷。表3显示了低硅铁水与正常铁水情况下的终渣组成。 表3 低硅铁水和正常铁水的终渣组成对比 项 目 CaO/ SiO2/ MgO/ TFe/ P2O5/ MnO/ R 低硅终渣 45.54 10.35 10.3 20.57 1.27 2.65 4.40 正常终渣 40.82 12.19 9.47 16.17 1.46 2.73 3.35 由于碱度较高，后期化渣困难，为保证炉渣流动性及脱硫效果，往往通过提高枪位吊枪化渣，导致终渣中TFe含量增加，渣中金属含量增加，影响了金属收得率。后来通过降低终渣碱度及控制（MgO）含量，强化过程造渣，保证了炉渣流动性，提高了脱磷效果及金属收得率。 6 结 语 根据热平衡及物料平衡，通过调整物料加入种类和加入量，低硅铁水可以实现少渣炼钢，减少炉渣中的金属损失，有利于减少石灰消耗、提高金属收得率。低硅铁水炼钢渣量少，成渣困难，同时也对吹炼过程及终点控制提出了更高的技术要求。 参考文献 [1] 赵志洪，郑淑胜.济钢120 t转炉倒锥度氧枪的研制与应用[J].山东冶金，2005，27（3）16. [2] 杨文远，崔健.宝钢300 t转炉溅渣护炉工艺研究[J].钢铁，1998，33（10）15. 2008．05．13