转炉冶炼焊条钢留渣操作实践

李硕　王振刚　刘善喜　张垚　张虎成

(河北钢铁集团唐钢长材部)



转炉冶炼焊条钢留渣操作实践

李硕王振刚刘善喜张垚张虎成

(河北钢铁集团唐钢长材部)

通过留渣实践表明：较佳的渣量范围3.2 t～3.6 t，配合“高拉补吹”操作，可以提高转炉终点脱磷率由87.4%至89.7%，首次拉碳磷含量由0.0244%下降至0.0178%，终点氧含量由849.6×10-6降低至611.2×10-6，显著降低了冶炼成本。

留渣焊条氧含量

0　前言

留渣操作是将转炉溅渣护炉后的部分或全部高温高碱度炉渣留在炉中，待下一炉冶炼作为初期渣使用的工艺。此工艺在国内外许多钢铁公司均有实践，并取得了巨大的经济社会效益。焊条钢碳含量低，转炉终渣的氧化性强，钢水洁净度低[1]，在留渣操作时，转炉富氧终渣与高碳铁水接触时剧烈反应，易导致兑铁喷溅，所以国内外冶炼焊条钢的留渣实践较少。

H08A作为焊条钢，碳含量低，液相线温度高，钢水可浇性差，终点成分和温度直接影响钢水质量和冶炼成本，为此，唐山钢铁公司在冶炼焊条钢时尝试试验留渣操作。

1　工艺条件

1.1.1转炉设备

65 t顶底复吹转炉，炉底四块透气砖，底吹氮/氩气，供气量160 m3/h ～550 m3/h；四孔拉瓦尔型吹炼—溅渣两用氧枪。

1.1.2原材料

1)钢铁料：铁水、废钢、生铁块。

2)造渣料：石灰、石灰石、轻烧白云石。

2　渣量控制优化及工艺改进

2.1渣量控制优化

选取试验期间冶炼H08A所用铁水并计算其平均成分见表1，同时采集冶炼H08A的终渣成分见表2。

表1　铁水成分 　/ %

表2　H08A的终渣成分范围 　/ %

根据物质守恒定律，硅元素在转炉冶炼前后的总量是不变的。即钢铁冶炼中加入的主要含硅原料中的硅元素的质量等于终渣中硅元素的质量，通过化验得到各种硅元素的分布见表3。

表3　硅元素平衡表

转炉冶炼过程中铁水及废钢中的硅元素几乎全部进入渣中，根据元素平衡法计算得到转炉终渣量：W终=(0.446×72+0.452×3)/(15.05×28/60)=4.8 t。

在留渣操作中，留渣量的控制，直接关系到转炉吹炼过程的枪位控制和各种原材料的加入量，从而影响转炉终点温度、成分命中率。

渣量的控制程度影响着冶炼的脱磷效率和钢铁料消耗，为了优化渣量控制，唐钢进行不同留渣量的留渣试验，试验结果如图1、图2所示。

图1　脱磷效率随留渣量变化

图2　钢铁料消耗随留渣量变化

从图1可以看出，实施留渣操作的转炉吹炼过程中，由于所留终渣中含有大量高温∑FeO和CaO，冶炼初期炉中即形成具有较高碱度且流动性良好的初渣。因此在冶炼初期，铁水温度1340℃～1400 ℃时[3]，利于脱磷的动力学条件已经形成，而此温度也是脱磷的最有利热力学温度范围。在冶炼前期即有效脱磷，并形成稳定的脱磷产物(3CaO·P2O5和4CaO·P2O5)，显著提高了脱磷效率。当留渣量达到3.2 t以后脱磷效率增速放缓，并且在留渣量达到3.6 t时达到最高脱磷效率89.7%，随着终渣中磷元素进入转炉的量的增加，脱磷效率下降。

从图2可以看出，实施留渣操作时，渣中FeO和游离的铁元素随着终渣进入转炉，降低了含铁原料的浪费，钢铁料消耗随之降低，并且在留渣量3.2 t时达到最低1064.2 kg/t。随着大量炉渣进入转炉，终渣碱度增高，流动性变差。为了保证炉渣具有良好的流动性，不得不提高渣中FeO含量，钢铁料消耗随之升高。

在上述试验的基础上，确定最利于冶炼的留渣量在3.2 t ～3.6 t。

2.2“高拉补吹”降低钢水氧化性

“高拉补吹”即控制首次拉碳时合理的碳含量，一般在0.10%～0.15%范围内，同时首次拉碳温度控制比出钢温度低20 ℃～40 ℃，在确定炉内钢水成分和温度的前提下进行补吹，从而对钢水成分和温度进行微调，以达到精确控制钢水成分、温度的目的。

“高拉补吹”操作法的优势：

1)精确控制H08A终点碳含量0.05%～0.08%。在一定温度下，处于平衡状态下的钢水中的碳氧积是固定值，因此可以通过控制钢水的碳含量来控制钢水的氧含量，而钢水的氧含量与渣中的氧含量呈正相关，从而可以降低终渣的氧含量，减少兑铁大喷的概率[2]。唐钢留渣实践认为：将终点碳含量控制在0.05%～0.08%时，不会出现兑铁喷溅现象。

2)由于首次拉碳温度控制较低，同时可以降低吹炼过程温度，而降低过程温度可以有效降低钢水回磷，提高脱磷效率。

2.3降枪开吹，降低吹炼初期因渣量过大而产生的喷溅

在留渣工艺中冶炼前期需要降低开吹枪位50 mm ～100 mm，原因如下：1)加强搅拌为前期脱磷创造良好的动力学条件。2)由于留渣后渣层相对较未留渣炉次厚，氧气穿过渣层阻力增大，氧气射流的冲击深度降低，与铁元素的接触增多，导致转炉渣量增大，当铁水中硅元素含量大于0.60%时，易导致因渣量过大而产生的喷溅，因此降低开吹枪位50 mm ～100 mm。在铁水硅含量大于0.60%时，避免渣量大引起喷溅，不进行留渣操作。

3　留渣效果分析

为了对比留渣和未留渣两种操作的优缺点，长材部进行了大量的对比试验，关键数据见表4。

表4　未留渣与留渣数据对比

由表4可知，实施留渣操作后，终点氧含量从未留渣时的849.6×10-6降低至611.2×10-6，终点氧含量的控制能力显著提高，含铝脱氧剂的使用量降低，铝脱氧生成的夹杂物量降低，提高了钢水的纯净度和可浇性。转炉终渣含有大量的∑FeO和少量残留的钢水，其作为含铁原料存在于转炉中，使得钢铁料消耗从1069.6 kg/t减低到1064.6 kg/t；留渣操作和“高拉补吹”的应用显著提高了终点成分命中率和温度控制精度，两次以内拉碳命中率从82.3%升高到94.5%，补吹次数的减少也有利于终点氧含量的控制。出钢温度从未留渣时的1684.2 ℃降低到1679.0 ℃，提高了温度控制精度，在终点碳不变的情况下，有效降低转炉终点氧含量[4]，有利于稳定连铸机拉速，降低浇铸过程的中包过热度，提高铸坯质量。

由于所留终渣中含有大量的∑FeO和CaO，冶炼初期炉中即形成具有较高碱度和良好流动性的初渣,渣中大量稳定的(3CaO·P2O5和4CaO·P2O5)形成，降低了吹炼后期钢水的回磷量，一次拉碳磷含量从0.0244%降低到0.0178%，有效提高了脱磷效率和一次拉碳成功率。

4　结论

1)控制留渣量在3.6 t时，得到最佳的脱磷效率89.7%，留渣量在3.2 t时钢铁料消耗最低1064.2 kg/t，留渣量控制在3.2 t ～3.6 t时为较佳留渣量。

2)通过“高拉补吹”法，可以显著提高了转炉脱磷效率。首次拉碳磷含量从0.0244%降低到0.0178%，两次拉碳成分温度双命中成功率从82.3%提高到94.5%。

3)留渣操作的应用使得冶炼焊条钢时钢铁料消耗从1069.6 kg/t降低到1064.6 kg/t；终点氧含量从849.6×10-6降低到611.2×10-6；出钢温度从1684.2 ℃降低到1679.0 ℃。

[1]蔡开科. 转炉冶炼低碳钢终点氧控制[J].钢铁，2009，44(5)：27-31.

[2]刘效森，王念欣，贾崇雪，等.济钢120 t转炉留渣操作工艺的实践[J].河北冶金，2010.4：25-27.

[3]王海宝，徐莉，刘春明，等.复吹转炉双渣法生产低磷钢工艺实践[J].四川冶金，2008.30(4): 29-31.

[4]武珣，包燕平，岳峰，等，影响转炉终点碳氧积的因素分析[J].钢铁研究，2010，38(2):26-29.

PRACTICE OF CONVERTER SLAG-REMAININGOPERATION IN SMELTING ELECTRODE

Li ShuoWang ZhengangLiu ShanxiZhang YaoZhang Hucheng

(Long products department of Tangshan，Hebei Iron and Steel Group)

The study on the relationship between slag-remaining amount and efficiency of dephosphorization is carried out, ferrous charges consumption show that controlling the slag-remaining amount in 3.2t to 3.6t can enhance the dephosphorization efficiency from 87.4% to 89.7%. Slag-remaining operation is used to improve the efficiency of dephosphorization, the phosphorus content of blowing end-point decreases from 0.0244% to 0.0178%. The operation of catching carbon and reblowing is used to enhance the control precision of the end-point composition and temperature, the average end-point oxygen content decreases from 849.6×10-6 to 611.2×10-6, the smelting cost reduce significantly.

slag-remainingelectrodethe oxygen content

联系人：李硕，工程师，河北.唐山(063000)，河北钢铁集团唐钢长材部；2015-12-19