中高锰铁水冶炼技术的探讨

2014-02-09靳立山

山东冶金 2014年2期

关键词：枪位碱度铁水

靳立山

（济钢集团有限公司生产部，山东济南250101）

生产技术

中高锰铁水冶炼技术的探讨

靳立山

（济钢集团有限公司生产部，山东济南250101）

转炉用高锰铁水冶炼存在金属喷溅、冶炼终点钢水余Mn含量偏低、冶炼操作不易控制等问题。通过充分利用终点Mn与渣系碱度、氧化铁间的关系特性，优化冶炼操作，达到提高冶炼余Mn含量、稳定冶炼操作的目的，终点余Mn含量由0.125%提高到0.196%，提升了铁水中Mn的利用率，减少了后期合金化操作成本。

高锰铁水；冶炼技术；终点余Mn

1 前言

目前，高锰矿价格普遍处于低位，为钢企降低生产成本提供了良好契机。高锰铁水对炼钢生产中的过程控制和终点控制会产生较大的影响，高Mn铁水中的Mn在冶炼过程中会使转炉溢渣、喷溅加剧，若控制不当，Mn的利用率将无法保障，从而导致成本损失。供炼钢用铁水中的Mn含量一般在0.40%～1.0%之间，其中60%以上铁水的Mn含量在0.60%以上。经统计，在转炉终点C含量为0.067%时，其余Mn含量为0.125%（平均值）。如何提高铁水中Mn的利用率，使余Mn尽可能多地留在钢水中，减少后期合金化成本，是本研究讨论的核心。

2 高Mn铁水冶炼技术分析

2.1 Mn在炼钢过程中的反应机理

在转炉冶炼初期，铁水中的Mn能够增快冶炼过程中的成渣速度，其与钢水中的S、O元素反应生成熔点较高且易上浮的MnO和MnS，是良好的脱氧剂和脱硫剂。在冶炼后期，由于钢水温度升高，在碱性钢渣条件下，氧化Mn还原为金属Mn，从而残余在钢水中。提高钢水中的余Mn量，可减少合金化锰铁的使用量，降低合金成本。

转炉冶炼初期，Mn迅速被大量氧化，由于Mn与O的结合能力低于Si与O的结合能力，其氧化程度要低于Si，在吹炼前期形成（MnO·SiO2），随着炉渣中CaO含量的增加，会发生下列反应：

Mn氧化后生成溶于渣的MnO。溶于渣中的（MnO）呈游离状态，随着吹炼后期炉温升高，（MnO）将被还原，即：

温度越高，还原出来的Mn量越大，即“余Mn”量高。在碱性和温度一定时，（MnO）含量越高，还原出来的Mn也越多。可通过渣量的控制或向渣中加入Mn矿达到提高（MnO）含量的目的［1］。

2.2 转炉冶炼过程中炉渣变化

对冶炼过程中每1/4吹炼时间的炉渣组成进行了分析，其过程温度和部分炉渣组成见表1。

表1 冶炼过程炉渣温度及组成

对冶炼过程各个时期的炉渣做岩相分析，炉渣岩相组成见图1。

从图1可以看出：（CaO）与［TFe］在吹炼后期达到最大值，有利于［Mn］的还原。

3 中高Mn铁水冶炼技术优化

根据Mn在转炉冶炼过程中氧化和还原机理，通过优化冶炼操作，提高转炉终点余Mn含量，达到降低金属料损失，提高金属收得率，降低合金化成本的目的。

转炉冶炼过程中Mn的还原主要取决于钢渣中Mn的分配比，影响Mn分配比的主要因素包括：炉渣中游离（MnO）的含量、终点温度、熔渣中FeO含量、炉渣渣量等。在转炉冶炼过程中加快Mn的还原和提高钢渣中Mn的分配系数主要通过下列措施进行实现：

1）提高炉温。提高炉温有利于（MnO）的还原，从而提高余Mn含量。2）提高碱度。炉渣中碱度的提高，使渣中（CaO）含量能够一直保持在较高的状态，可以促使游离（MnO）的含量上升，从而提高钢水中的余Mn含量。3）降低渣中（FeO）含量。渣中（FeO）含量降低，将促使Mn→MnO的反应逆向进行，提高钢水中余Mn含量。4）提高终点C。从转炉吹炼过程Mn的变化趋势图中可明显看出，冶炼高碳钢时，因终点C含量高，其余Mn含量也明显偏高。

图1 成渣过程渣样的岩相分析

3.1 用氧制度的优化

转炉冶炼的用氧制度主要是指根据铁水温度、铁水主要成分含量、入炉金属料等不同，通过控制转炉冶炼过程不同时期的氧气流量、压力和枪位等操作，根据中高Mn铁水中Mn含量较高特点，对转炉不同吹炼时期进行优化。

1）冶炼前期。在中高Mn铁水条件下，冶炼前期易产生大量MnO，造成低温溢渣，带走大量金属。通过控制MnO的生成速度，为终点余Mn提高做好准备。前期主要优化措施为适当降低吹炼枪位，将前期吹炼枪位在原枪位的基础上降低50～100mm；降低供氧强度，将氧压确定为0.90～0.95 MPa；同时，由于降低供氧强度，FeO的生成相对减少，使高Mn铁水下前期炉渣严重泡沫化的问题得到解决。

2）冶炼中期。冶炼中期，主要是通过枪位的变化来控制炉渣的稀稠。由于高Mn铁水前期控制泡沫渣的均匀生成，在吹炼中期，有充足的游离态的（MnO），使得枪位控制由原铁水条件下的恒枪恒压模式调整为变枪恒压模式，且枪位在原枪位的基础上降低50mm。通过温度上升的均匀控制，提高了冶炼中期Mn的还原。

3）冶炼后期。为进一步提高终点余Mn含量，主要是控制后期炉渣中的FeO含量、终点C含量，进而提高钢水中的余Mn量。主要操作是通过早“拉碳”的方式，来提高对终点温度、终点C的命中率。枪位控制以提高终点“拉碳时间”为目的，较原操作模式早30 s（转炉的平均吹炼时间在12min左右）进行降枪“拉碳”操作，同时“拉碳时间”由原来的30 s提高到60 s。

3.2 加料制度的优化

为进一步提高中高Mn铁水条件下的转炉过程控制水平，减少因铁水Mn高造成的溢渣、喷溅现象和提高转炉终点余Mn含量，对转炉冶炼过程中的加料工艺进行了优化。主要为冶金石灰、矿石加入时机的调整和石灰石的使用

1）冶金石灰加入工艺的调整。在原工艺条件下，石灰的使用主要分两个阶段加入。因原条件下为保证前期化渣效果，在开吹过程中放入总用量3/4左右的石灰，进行前期化渣，剩余部分石灰在前期来渣后分次加入，以确保炉渣有适当流动性（炉渣碱度适当）。使用中高Mn铁水后，由于MnO，对化渣起到积极作用，其原因在于Mn2+与Fe2+离子半径相近，具有穿透致密层的能力［2］，前期成渣速度加快，导致炉渣碱度降低及钢水温度上升加快，不利于后期操作。因此，调整为开吹过程加入绝大部分石灰（约4/5），剩余石灰根据炉渣情况适时加入，不再严格区分石灰加入的两阶段操作。

2）矿石加入工艺的优化。转炉冶炼使用矿石的目的是控制转炉过程温度并通过还原矿石中的FeO来提高金属收得率，通过控制渣中FeO含量来控制炉渣流动性。由于中高Mn铁水在冶炼前期炉渣流动性较好，按原来的操作方案将导致前期溢渣严重，因此通过不断实践，明确了前期矿石的加入量控制在8～15 kg/t之间。为保证冶炼后期炉渣中Mn还原的条件，避免因加入矿石渣中FeO含量过高导致后期Mn的氧化还原条件限制，应在终点前90 s内严禁加入矿石。

3）冷却剂—石灰石的使用。中高Mn铁水条件下，转炉冶炼前期由于Mn的大量氧化，炉内热量聚集，钢水温度上升及成渣速率加快。为防止温度上升过快影响前期脱磷效果以及成渣过快使炉渣严重泡沫化引起的溢渣、喷溅，采取在冶炼前期适当时机加入部分小颗粒石灰石作为冷却剂，以控制冶炼前期钢水温度及溢渣等现象。小颗粒石灰石的加入也提高了炉渣的碱度，为提高自由态（MnO）的浓度提供了良好条件。

3.3 优化效果

1）转炉过程溢渣和喷溅等现象得到明显控制。转炉用铁水Mn含量自2011年4月份开始逐步上升，对操作工艺逐步采取一系列优化措施后，转炉冶炼过程中的溢渣、喷溅等得到控制，钢铁料消耗出现了明显的下降趋势（见图2）。

图2 不同时期钢铁料消耗趋势

2）转炉终点余Mn含量得到明显提高。2012年前8个月，对常规钢种Q235B和HRB400钢终点余Mn连续进行抽检和跟踪，期间的平均余Mn见表2。根据采集的终点余Mn数据，绘制终点余Mn变化趋势图见图3。从图3看出，自对中高Mn铁水冶炼技术采取优化措施以来，2012年3—5月份终点余Mn含量稳步提升，余Mn含量自6月份有了明显的提升，终点余Mn含量由1、2月份平均0.125%提高到6—8月份的0.196%。

表2 2012年1—8月份钢种终点余Mn情况

图3 常规钢种冶炼终点余Mn含量

4 结语

通过对中高Mn铁水冶炼技术的分析，重点对中高Mn铁水冶炼过程中转炉用氧技术和布料工艺进行优化，转炉过程溢渣和喷溅等现象得到明显控制，钢铁料消耗逐步降低，转炉终点余Mn含量得到明显提高，平均提高0.071%，提升了铁水中Mn的利用率，减少后期合金化操作成本。通过稳定转炉操作、提高职工操作水平，使得转炉终点C含量及一次命中率提高，转炉终点C由原来的平均0.067%提高到0.083%，终点C含量平均提高1.6个百分点，转炉终点C含量一次命中率提高10%。

［1］曲英.炼钢学原理［M］.北京：冶金工业出版社，1980.

［2］黄希祜.钢铁冶金原理［M］.2版.北京：冶金工业出版社，1990.

Abstract:Themicrostructure of low yieldtensile ratio steel requires for dual-phase which is difficultto control.Though giving full role of pre-leveler with heavy reduction and adjusting Muplic cooling parameters,plate shape is greatly improved;steel properties and yieldtensile ratio are better by optimizingthetempering process and controllingthe ratio of hard-soft phase.The low yield ratio of oil storagetank steelthat uses online quenching+offlinetempering process is belowto 0.90,andthe performance conformity ratio ismorethan 90%.

Key words:oil storagetank steel;low yieldtensile ratio;online quenching;offlinetempering;dual-phasemicrostructure

Study on Smelting Technology of Mediumand High Mn Molten Iron

JIN Lishan
（The Production Department of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Some problems included hotmetal splash,low residual Mn content at smelting end point,difficult control of smelting operation and etc,were existed in BOF smelting used of high Mnmolten iron as rawmaterial.Through fully usingthe relationship characteristics of end point Mn with basicity in slag and iron oxide,optimizing smelting operation,the aim of enhancing residual Mn content in smelting and stabilizing smelting operation was achieved.The residual Mn content at end point was raised from 0.125%to 0.196%,andthe utilization factor of Mn inmolten iron was increased andthe alloying cost inthe late was reduced.

highmanganesemolten iron;smeltingtechnology;end point Mn