济钢低温低硅铁水脱磷的工艺实践

2015-02-10许建

科技视界 2015年20期

许建

（济南钢铁股份有限公司炼钢厂，山东济南250101）

低温低硅铁水的入炉给转炉操作带来了极大的困难，具体表现在炉渣化不透，中期返干严重，终点磷易出格，从而增加了后吹或点吹概率，影响着钢水的质量及转炉的寿命，增加了原料消耗，对降低成本非常不利。低温低硅铁水的冶炼还容易粘氧枪、烟道以及炉口，大大增加了工人的劳动强度，严重时甚至会打乱铸机节奏，造成被迫性停浇，产生生产事故。

为了解决这一生产难题，济钢炼钢厂210炼钢车间根据实际生产条件，通过原因分析、大量实践摸索，指定了一系列工艺优化措施，化渣效果得到改善，有效地解决了脱磷困难及粘枪的问题。

1 生产概况

济钢炼钢厂210炼钢车间现有210t顶底复吹转炉一座，今年一季度冶炼了大量低温低硅铁水，温度在1250～1310℃，平均温度1280℃，铁水成分见下表。

表1 入炉铁水成分单位：%

2 磷高主要原因分析

2.1 化渣不良

转炉冶炼过程发生在钢渣间的脱磷反应主要是[1]：

从公式（1）可以看出，适当提高炉渣中CaO、FeO含量，能够促进脱磷脱磷反应的进行；从公式（2）可以看出，温度升高，平衡常数降低，不利于脱磷反应的进行。

有利于脱磷的条件为：低温、高碱度、高(FeO)、大渣量、良好的炉渣流动性。脱磷反应是强放热反应，在影响脱磷的诸多因素中，温度表现得尤为明显，控制好温度是脱磷的关键[2]。同时，炉渣良好的流动性对提高渣钢接触面积，促进脱磷具有积极的作用。而脱磷的最佳时期是冶炼前期，而能否尽快形成具有一定流动性和碱度的初期渣尤其关键。

但成渣的条件必须有充分的搅拌、适当高的熔池温度，这是促进脱磷反应的动力学条件。没有足够的温度，渣子不能熔化，即使能够熔化，如果温度不够高，渣子的流动性不好，仍不能完成它应起的作用。

前期适当高温有利于熔渣向石灰内部渗透，使生成的石灰块外壳化合物迅速熔融成渣。低温低硅铁水由于铁水温度低导致转炉冶炼初期温度偏低，不利于初期渣的形成；同时由于冶炼初期降低炉渣熔点的SiO2含量低，不利于形成泡沫化良好炉渣，因此不利于转炉冶炼初期脱磷。一旦前期炉渣化不透，中期则容易引起返干，并且难以调理，大大降低脱磷效率。指望后期大量的脱磷是非常困难的。另外头批渣料加入数量过多，加入时机稍早等原因，也会造成吹炼前期熔池升温速度慢、温度低，致使前期渣料不具备充分熔化的热力学条件。二批料加入过早或过晚，或者因为在吹炼中后期短时间内加入渣料数量过多、批次过勤，都会致使炉渣化不透，流动性较差，不具备充分的脱磷动力学条件。

2.2 枪位及氧压控制不当

开吹阶段枪位过高或氧压较低，熔池升温较缓慢，不利于石灰的熔化；若低枪位开吹时间较长而未及时提枪，则硅、锰氧化期更短，渣中（FeO）较低，不利于石灰的熔化，致使脱磷效果差。吹炼中后期，随着熔池温度的逐步升高，若吹炼枪位相对较低，碳氧反应剧烈，渣料加入相对滞后，致使中后期熔池温度过高，形成炉渣“返干”，使炉渣失去脱磷能力。

3 工艺优化及改进措施

3.1 合理的装入量制度

为了提高低温低硅铁水的物理热和化学热，给快速化渣提供温度条件，需要提高铁水装入量，减少废钢量，降低废钢比。210t炼钢车间把废钢比控制在了6.5%～7.5%。因为铁块相比废钢温降效应要小许多，冶炼低温低硅铁水时，最好配加一定量的铁块。

3.2 枪位及造渣制度

整个冶炼过程枪位采用低-高-高-低四段法。开吹枪位设在2000mm左右，吹炼1～2分钟，待熔池温度快速升高到一定程度后，加入占总量40%～60%的渣料，避免一次性加入过多，不然会导致熔池温度过低，化渣及脱磷效果反而会适得其反，这样就能通过加强搅拌及快速提高熔池温度防止渣料结团。为更好的化渣，1～2分钟后，及时把枪位提到2400mm左右，以增加渣中(FeO)，促进石灰进一步溶解，尽快使前期渣活跃起来，开渣后加入第二批渣料，同时缓慢压枪，以尽快形成一定碱度和流动性的炉渣而尽快尽多的去磷。有必要的情况下，可加入第三批渣料，但要渣料执行小批量多批次的加入模式。数据表明，当前期炉渣碱度控制在1.2～1.6时，可避免渣中形成高熔点的2CaO· SiO2，因此脱磷效果较好。中期C-O反应剧烈，渣中（FeO）消耗大，要及时提枪或降低氧压以增加渣中（FeO）。冶炼低硅铁水，应采用“高(FeO)成渣途径”，枪位比冶炼正常铁水要高出100～200mm，一般控制在2000～2200mm，以提高渣中（FeO）量，保证全程化渣。当炉渣化透后，要控制好降枪速度，不能降的过早、过急。如果渣中（FeO）含量未积累到一定程度时降枪，渣中（FeO）就会被碳氧反应很快消耗掉，继续返干；如果积累到一定数量后降枪过急，激烈的碳氧反应会瞬时产生大量的CO气体，引起喷溅，大量高FeO含量的炉渣会喷出，使炉内又重新返干，对脱磷不利。

另外，炉渣中加入6%左右的MgO对石灰溶解有利，因为CaOMgO-SiO2系化合物的熔点都比2CaO·SiO2低[3]。但加入白云石的量不要过高，当渣中MgO超过10%时，后期MgO会过饱和析出成为弥散的固体质点，增加炉渣粘度而影响化渣及去磷。

3.3 使用活性石灰

如果入炉石灰质量较差，有效CaO低，杂志多，若加入量少则炉渣碱度达不到要求；反之，低温低硅铁水条件下，则石灰更加难以熔化，碱度和流动性均不到脱磷的要求。而活性石灰有效CaO含量高，SiO2含量低，硫、磷含量少，生烧和过烧率低，气孔率高，块度合适，加入炉内能快速熔化，成渣速度快，因此能大大改善冶炼低温低硅铁水的冶金效果。

另外，前期尽量不要使用比如石灰石、生白云石等造渣料替代部分石灰和轻烧白云石。石灰石和生白云石加入炉内会进行分解反应，吸收大量的热量，降低熔池温度，由于多了一步分解反应，因而成渣速度较石灰和轻烧白云石要慢。

3.4 加入提温剂及化渣剂，例如硅铁及锰铁

铁水温度和硅低时，由于热量不足，可以加入适量硅铁来增加铁水热量，铁水锰低时，可以往铁水中补加锰铁以增加渣中MnO，渣中MnO对石灰溶解速度的影响仅次于FeO。通过大量实践发现，当铁水中Mn含量在0.50%～0.60%时，初期渣形成快，中期返干现象减轻，脱磷效果较好。

3.5 留渣操作

转炉留渣操作是将上一炉的终渣全部或一部分留给下炉使用。由于炉渣碱度高、温度高，并且有一定的(FeO)和(MnO)含量，且是现成的熔体,渣层比较活跃，炉渣流动性好，且本身还具有大量的物理热，因而在前期温度较低的情况下，对下一炉初期渣的形成十分有利，可以有效的去除磷、硫。但留渣操作在兑铁过程中易产生喷溅，危及人身及设备安全，而且打火困难，易引起LT泄爆。可以通过以下措施解决：

（1）对于是否具备留渣的条件要做好确认，留渣量不宜过大，以防打火困难和喷溅。济钢210t转炉大量实践发现留渣量控制在3～7t效果较好。另外，连续留渣次数宜过多，一般不要超过3炉。

（2）对于（FeO）含量较高的炉渣，应延长溅渣时间，必要时往留渣炉内加入500～1000kg的石灰以稀释渣中（FeO），稠化炉渣。同时，兑铁时动作要采取缓慢细流原则。兑铁完毕，要前后晃炉。

（3）开吹枪位设在2000mm且开大氧流量，待打着火后再把枪位缓到2400mm，一分钟半以后加入头批料。若没有打着火，应使氧枪在1700～2100mm之间来回穿枪，1分钟后打不着火应立即提枪前后晃炉，待氧含量降到一定程度后再次下枪吹炼，由于此时渣中积累了大量（FeO）,打着火后要及时降枪，防止大喷。

表2分别为20炉条件基本相同，留渣与不留渣炉次终点平均脱磷情况对比。

表2 留渣与不留着渣操作终点磷平均值对比

从表2可以看出，留渣操作即使在终点温度偏高的条件下，脱磷效果也是比单渣操作效果显著较多。

3.6 低温操作

脱磷反应是放热反应，高温会产生回磷，对脱磷不利。冶炼低温低硅铁水时，在无法保证炉渣的渣量及良好的流动性的情况下，根据脱磷条件，可以采取低温操作。大量实践数据证明，低温对脱磷的效果相当明显。实践证明副枪TSC温度控制在1560～1575℃，碳控制在0.30～0.45%，TSO温度控制在1620～1550℃，碳控制在0.05～0.08%时效果较佳。表3是几组副枪数据。