北满特钢100t转炉高拉碳工艺的生产实践

2014-09-13吴全明庞洪亮刘广君

冶金与材料 2014年6期

吴全明，庞洪亮，刘广君

(北满特殊钢有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161041)

北满特钢100t转炉冶炼高碳钢有两种方法,炉后增碳法和高拉碳法。北满特钢转炉冶炼高碳钢一直采用炉后增碳法，其缺点是钢中氧含量高，脱氧剂，增碳剂消耗量大，夹杂物增加，为了保证碳成分均匀和脱氧效果，不得不增大钢水搅拌强度和搅拌时间，这不仅延长了冶炼时间，增大了温降，也给后道工序带来了麻烦，使炼钢成本增加[1-3]。北满特钢转炉主要生产高碳低磷高合金钢，为了提高质量，降低成本，结合北满特钢的实际情况，开展了转炉高拉碳工艺的生产实践，取得了良好的效果。

1 北满特钢转炉的现状

1.1 转炉造渣原料种类少，质量较差，转炉仅使用三级石灰，轻烧白云石和氧化铁皮造渣，三级石灰的有效氧化钙含量只有80%左右。

1.2 铁水是有两座450m3的高炉提供的，铁水成分波动大，具体铁水成分情况见表1。

表1 铁水条件

1.3 铁水的带渣量比较大，尤其是二次铁水，而北满特钢没有铁水预处理装置，对铁水的硅，磷，带渣量是无法控制的。

2 转炉高拉碳的工艺分析

2.1 转炉冶炼高碳钢的工艺特点

转炉冶炼高碳钢的特殊性在于在短时间内完成脱磷，保碳，升温的操作过程，这对操作者来说难度很大，经常出现多次倒炉以及低碳出钢的现象。转炉冶炼高碳钢，在吹炼终点时碳含量高,吹炼时间较短,吹炼终点正处于降碳速度较快的阶段,很容易造成炉渣返干，不利于化渣、去磷和终点控制。

2.2 转炉脱磷的基本原理

转炉脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的，其化学反应式为:

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]+Q(放热)

该公式的平衡常数(Kp)表达式为：

Kp=W(4CaO·P2O5)/W2[P]W5(FeO)W4(CaO)

根据平衡移动原理，从脱磷反应式可以看出，提高(FeO)和(CaO)的浓度，降低(4CaO·P2O5)的浓度，反应向正反应方向进行，有利于脱磷。另外脱磷反应是强放热反应，终点温度高时，反应则向逆反应方向进行，易产生回磷。

所以转炉高拉碳需要满足脱磷条件: 高碱度，高氧化性，熔渣流动性良好，适当低温和合适的渣量，才能做到保碳脱磷保温度的工艺要求。

2.3 脱磷与高拉碳的关系

脱磷与脱碳各有特点。脱磷，温度高时不利于脱磷，冶炼后期还容易回磷；脱碳，冶炼中期温度升高时，由于存在碳与磷的竞争氧化反应，脱磷受到抑制，而脱碳反应激烈，速度快；冶炼后期，脱碳速度趋缓，在高氧化铁、高碱度条件下，脱磷又趋活跃。相比较而言,在转炉冶炼较短的供氧时间内，脱碳比脱磷更容易些，因为吹炼终点正处于降碳速度较快的阶段，不利于化渣、去磷和终点控制。所以，终点有效高拉碳的前提是把磷脱到较低水平，即脱磷是关键，保碳是重点。

3 转炉高拉碳工艺优化

3.1 造渣模式的优化

由于北满特钢转炉原料很不稳定，针对高炉铁水来料情况，为便于转炉的过程控制，特制定了适合北兴转炉的两种造渣模式。

(1)当铁水Si<0.40%，P<0.080%，转炉采用单渣法冶炼。

(2)当铁水Si≥0.40%，P≥0.080%，或者铁水带渣量大(包括二次兑铁的炉次)，转炉采用双渣法冶炼，即冶炼前期5min左右倒次前渣，达到少渣冶炼的目的。

通过造渣模式的优化，对于硅数高，磷高或者带渣量大的铁水，有利于转炉通过前期倒渣，减少转炉内酸性渣的量，降低氧化渣中的(SiO2)的含量，在相同石灰用量的情况下，提高炉渣的碱度，促进脱磷，达到少渣高效冶炼的目的。

3.2 前期化渣脱磷的工艺试验及优化

由于转炉冶炼高碳钢吹氧时间短，所以在高拉碳操作时，快速成渣和过程化渣是关键，只有提早形成活跃性的碱性炉渣，才能使脱磷过程提前。根据前一炉出钢时碳含量及氧化程度,掌握好留渣量的多少,一般将上一炉的留渣量控制在2到3t左右，如果上一炉的炉渣过氧化，则不留渣。这时采用北满转炉的造渣新工艺，在加废钢时料槽内配入1～1.5t的白渣球，兑铁后，立即加入1～1.5t的氧化铁皮，开吹后，改变传统的习惯操作法(从吹炼开始，直接使用低枪位，快速升温，以升温来促进化渣操作)，而是采用缓慢降低枪位，控制到达低枪位的时间，前期以化渣脱磷为重点，并控制升温速度，通过加氧化铁皮将前期温度控制在1 350℃到1 400℃之间。

通过冶炼前期的脱磷试验(5min左右取渣样)，前期炉渣的氧化铁含量有原来的平均9.91%提高到平均14.26%(如图1)，前期脱磷率有原来的24.81%提高到现在的35.93%(如图2)。同时，总结出适合北满转炉冶炼前期脱磷的有利条件为：温度在1 350℃到1 400℃之间，渣中氧化铁含量控制在15%左右，碱度在1.3左右。

图1 工艺调整前后转炉冶炼前期炉渣氧化铁含量(%)的变化

图2 工艺调整前后转炉冶炼前期脱磷率的变化

3.3 氧枪枪位控制的优化

北满特钢转炉冶炼枪位原来一直采用“低一高一低”的模式(如图3)，冶炼前期升温快，渣中氧化铁含量低，脱磷慢，脱碳期炉渣容易“返干”引起喷溅，转炉的点吹率基本稳定在50%左右，而且大部分都是低碳高磷点吹，对炉衬的维护和钢铁料的消耗影响很大。现在枪位优化为“高一低一高一低”的模式，具体的枪位曲线如图4和图5。通过枪位的优化，转炉的喷溅，点吹率得到了有效的控制，而且高拉碳比率，钢铁料消耗等各项指标都有了大幅度的提高。

图3 优化前的枪位模式

图4 优化后的单渣操作枪位模式

图5 优化后的双渣操作枪位模式

3.4 终点碳和终点温度的优化

北满特钢转炉冶炼高碳钢，原来工艺要求碳含量大于0.15%，终点温度要求大于1 640℃，但在实际生产中，终点控制很难达到这个要求。现在将高碳钢高拉碳操作的终点碳含量定为大于0.20%，终点温度定为大于1 590℃，在磷含量满足工艺要求的前提下，即统计为高拉碳比率。虽然终点温度降低了，但终点碳质量分数提高了，钢水氧含量降低了，脱氧剂消耗减少了，合金的收得率提高了，到位成分命中率提高了，减少了由于增碳而开大氩气搅拌所引起的温降，经生产实践检验，到精炼位温度几乎没有大的变化，反而有利于提高钢水质量和快节奏生产。