浅谈转炉提温剂的选择及对冶炼工艺的影响

2021-11-19杨竹林

中国金属通报 2021年21期

杨竹林

（湖南省华菱湘钢股份有限公司，湖南湘潭 411101）

随着钢铁工业的发展，钢铁工业对炼钢生产率、钢的成本等方面都提出了越来越高的要求。而目前大多数钢厂由于其冶炼工艺，转炉炼钢铁水的温度较低，硫、磷含量偏高，炼钢时常因热量不足而多次补吹氧，较多炉次是以终点氧化铁来达到足够的出钢温度，造成终点钢水氧活度高，渣中全铁含量高，对冶炼钢种和转炉炉龄造成不利影响，不利于炼钢经济性。目前国内在转炉炼钢热补偿技术方面较常用的方法，先后使用过焦炭、无烟煤等提温材料，但均因有较大的缺陷而相继被淘汰，如使用半钢增碳剂虽可提高半钢碳含量，对半钢炼钢热源不足也起到了一定的缓解作用，但其针对性不强，且成本偏高。目前，为实现对炼钢物流的优化，降低生产成本，可以采用熔化较快、提温效果好，操作方便的提温新材料，用以取代现有的焦炭、无烟煤等热补偿材料，以便更好的解决转炉热补偿技术，以满足炼钢短流程生产技术要求，本文对转炉提温剂的选择及对冶炼工艺的影响进行了详细的分析和介绍。

1 转炉提温剂

1.1 转炉提温剂概述

转炉提温剂在实际中可以选择的类型较多，如可以选择石墨化碳素提温剂。提钒炼钢工艺中，转炉炼钢的主要原料是提钒后的半钢，由于半钢的碳含量和温度都比较低，S、P含量比较高，炼钢时常因热量不足造成需要多次补吹。且较多炉次是以终点氧化铁来达到足够的出钢温度，造成终点钢水氧活度高，渣中TFE高，对冶炼钢种和转炉炉龄及金属收得率造成不利影响。因此，转炉炼钢热补偿技术成为提钒炼钢关键因素。针对转炉炼钢热补偿技术方面，经过开展大量的研究工作，先后对焦炭、无烟煤、碳化硅等提温材料进行研究试用，但其结果均因有较大的缺陷而导致相继被淘汰，而在提钒工作中使用的半钢增碳剂虽然可以提高半钢碳含量[1]，并且对半钢炼钢热源不足的缺陷也起到了一定的缓解作用，但其针对性不强，且成本偏高。为此可采用石墨化碳素提温剂，炼钢转炉采用石墨化碳素提温剂补充热源的技术，无需增加设备和改变工艺，具有简单、方便，效果显著等优点。同时提温效果显著，相同质量的石墨化碳素提温剂、焦炭、无烟煤和碳化硅，石墨化碳素提温剂的是高温度是碳化硅的2倍，无烟煤和焦炭的3～3.5倍，极大地补偿了半钢炼钢的热源不足。通过科学的原料配方，使得提钒炼钢中半钢温度和碳含量都得到了显著的提高，减少了补吹次数，有效地提高了生产效率，并且极大地降低了生产成本，对提高钢铁企业综合经济效益具有重要作用。

1.2 缓释型高效提温剂

缓释型高效提温剂也是一种重要的提温剂，在这种类型的提温剂生产制造方法中，通过合理选用粘接剂，并通过压球机进行制备，有效地提升了提温剂的强度。同时该提温剂通过提高压球压力以及粒度优化，使得提温剂具有更好的致密度。并且通过添加轻烧镁粉，有效地延缓了提温剂在铁水、半钢中的溶蚀速度，以及通过增大成型粒度，有效地延长了提温剂的熔化时间。

2 转炉提温剂的选择

2.1 转炉提温剂的应用现状

在实际的提温剂选择中，应遵循基本的选择方法，保证提温剂的选择对于冶炼具有积极的促进作用。当前，提高废钢比、降低铁水单耗是国内转炉炼钢厂提产降本增效的主要措施之一，而随着废钢比例的提高，转炉原料输入的物理热和化学热降低，不能满足冶炼的需要，额外使用提温剂补充热量成为必要的手段。当前转炉使用的提温剂的主要发热成分有C、Si、SiC、Al，或是由以上元素的组合，形式以块状或压球形式为主[2]。但是其都存在热效率低、成本高的问题。如使用煤块、焦炭、型煤等碳素提温剂，因密度小、强度低、使用方法不合理等，其主要在渣中或钢渣界面处燃烧，燃烧快，生成的热量主要烟气带走或被炉渣吸收，熔池吸收的热量极低，如使用焦炭热量率不到20%，使用型煤热效率不到30%。使用Si、SiC、Al质合金、压球作为提温剂，需要增加石灰的使用量平衡碱度，增加了炉渣量，炉渣带走的热量和铁元素增，提高了成本；热效率较低，一般低于40%；同时，Si、Al等合金价格高，与我们储量巨大煤相比，没有成本优势。为此，可以采用缓释型高效提温剂用以解决上述问题的存在。

2.2 缓释型高效提温剂的应用

在缓释型高效碳基转炉提温剂及其制备方法中，采用提温剂主要由以下重量份的原料制成：煤粉70%～85%、轻烧镁粉10%～20%和铝灰10%～15%，以及提温剂成型所必要的粘接剂。提温剂的粒度为30mm～60mm，提温剂为球状或椭球状。采用这种方法所生产制造出来的提温剂，通过添加轻烧镁粉以及选用合适粘接剂，并使用压球机进行制备，使得提温剂的强度大大提高，并且提高了其致密度，解决了现有提温剂强度和密度较低，导致使用中效果较差的问题[3]。同时采用这种方法所生产制造出来的提温剂中轻烧镁粉的添加，有效地延缓了提温剂在铁水、半钢中的溶蚀速度。

2.3 高效提温剂的制造步骤

高效提温剂在具体的制造过程中，一般可以按照以下的步骤进行制备：首先是原料制备：按重量份取煤粉、轻烧镁粉、铝灰和粘接剂一同投入粉碎机进行粉碎处理，从而得到混合物A。二是组分拌料：将混合物A投入一级搅拌机进行搅拌处理，从而得到混合物B。三是组分检测：将混合物B取样进行组分检测，不合格即重复步骤二，合格即完成组分监测，得到合格的混合物B。四是粒度拌料：将合格的混合物B投入二级搅拌机进行搅拌处理，从而得到混合物C。五是粒度检测：将混合物C取样进行粒度检测，不合格即重复步骤四，合格即完成粒度检测，得到合格的混合物C。六是蒸汽拌料：将合格的混合物C投入蒸汽搅拌机进行蒸汽搅拌处理，从而得到混合物D。七是压球成型：将混合物D投入压力机进行挤压成型，从而的到球状的混合物E。八是物料烘烤：将球状的混合物E投入烘干炉进行烘烤，烘干炉温度为100～200℃，烘干后水分低于1.5%，从而得到混合物F。九是烘干检测：将混合物F取样进行烘干温度检测，不合格即重复步骤八，合格即完成烘干温度检测，得到合格的混合物F。十是强度、水分检测：将合格的混合物F取样进行强度和水分检测，不合格即得到普通提温剂，合格即得到本文所分析的提温剂。

3 转炉提温剂选择对冶炼工艺的影响

3.1 转炉提温剂选择的背景

本文以湘钢五米板厂120吨转炉使用提温剂石墨球和硅铁的升温情况，以及对冶金渣碱度、去磷、喷溅等方面的影响为例进行分析，并得出具体的加料比例和加料时机等内容，以下分别进行较为详细的分析。在湘钢五米板厂120吨转炉中，炉后整体密闭，设置移动门，上方设置抽风管道，有效保证了转炉倒铁水的除尘效果，同时解决炉后环境问题。同时湘钢五米板厂120吨转炉在控制系统方面，也存在着较为明显的特点：一是可靠性高；二是操作简单：友好的人机界面，方便用户操作；三是调整修改方便：现场调试时，根据现场情况，修改控制算法与控制参数时，只需更改软件，硬件不需调整[4]，可以很方便地实现复杂的控制算法及高速控制；四是方便的组网与通讯功能，电脑控制设备既可作为下位机，实现过程控制，又可作为上位机使用。

3.2 转炉提温剂选择对冶金渣碱度的影响

转炉提温剂在实际的应用过程中，选择了不同的转炉提温剂，对于具体的冶炼工艺也带来一定的影响。对冶金渣碱度产生的影响比较大，冶金渣碱度是在冶炼工艺中的一项重要的评判指标。炼钢炉外精炼工艺钢水脱S脱P要求精炼渣碱度高、熔化速度快，通常采用加入石灰来提高精炼渣碱度，但石灰熔点高(2600℃)，精炼渣的熔点随石灰加入量的增加而增加。由于石灰粉易水化通常以石灰块加入，高碱度精炼渣在炼钢炉外精炼温度范围内熔化速度慢，影响精炼效果，在炼钢炉外精炼周期内，不能充分发挥精炼渣的作用。利用50% CaO和50% Al2O3化合物熔点在1400℃左右的特点，采用将石灰和铝矾土(Al2O3为主)混炼预熔，形成Ca050%左右、Al20340%左右的铝酸钙预熔精炼渣，用于炼钢炉外精炼工艺。虽然铝酸钙预熔精炼渣熔点低熔化速度快，但其CaO含量偏低满足不了高碱度的要求，还需要加入石灰块来提高精炼渣碱度，相应延长精炼渣的熔化速度，同时铝酸钙预熔精炼渣成本偏高。如果能采用石灰粉剂与熔剂粉剂混合可加快石灰在炼钢炉外精炼过程的熔化速度。为此，在实际的生产过程中，可以采用高碱度炼钢精炼渣的生产方法。

3.3 转炉提温剂选择对去磷的影响

去磷也是会因为转炉提温剂的选择而产生一定的影响，对此应加以重视。去磷在冶炼工艺中具有重要的作用，随着现代工业的发展，用于制造煤化工容器钢、石油天然气储运钢、极地船舶等各种装置需要的低温、高压力容器用钢的需求越来越大。由于其特殊的环境条件，这些行业用钢对钢的耐低温冲击韧性、抗层状撕裂性能、高强度、可焊接性、优良疲劳强度等性能有着严格的要求[5]。采用降低脆性元素p炼钢的方法，可使一些钢种获得良好的低温韧性。由于大厚度、大单重钢的力学性能，如板厚1/2处负温冲击功低，尤其是z向冲击性能不佳，而且生产的成本较高。通过对优化化学成分、冶炼和轧制工艺精心设计，采用低p、s含量。通过转炉+lf+vd/rh精炼深脱p、s工艺、控轧控冷工艺，能满足使大厚度、大单重低温钢、容器用钢具有良好的强度和低温韧性。低温压力容器用钢等均采用降低脆性元素p、s含量成分设计，来达到良好的强度和低温韧性。目前冶炼方法比较容易实现深脱s获得低s钢；对于低磷（≤0.008%）要求的钢，常规转炉冶炼脱磷均不够理想，在实际中应采用高效的转炉炉后脱磷方法。

3.4 转炉提温剂选择对喷溅的影响

目前对环境保护的要求越来越高，炼钢厂转炉冶炼高硅铁水容易产生金属喷溅，而前期的金属喷溅夹带着铁水、炉渣、一氧化碳气体以及氧化铁粉尘，形成浓厚的黄烟并对环境造成较大的污染，严重时喷溅物会烧坏设备使得生产难以进行。现有技术中已经出现了一些克服转炉冶炼铁水时金属喷溅的方法，例如在吹炼过程中，全程根据一氧化碳浓度的波动，结合火焰变化有节奏的调整枪位，可做到炉渣不返干、不喷溅。然而，在实践研究中发现，转炉冶炼高硅铁水的过程中，仅仅采用以上方法，并不能很好地控制铁水喷溅，需要研发出专门针对转炉冶炼高硅铁水的冶炼控制方法。如在实际转炉冶炼高硅铁水的过程中，在冶炼前期硅元素氧化后形成的低碱度炉渣粘度很高，这样，当转炉熔池温度达到碳氧反应所需温度时，碳氧反应生成的大量一氧化碳气体在排出时会受到高粘度炉渣的阻碍，进而导致发生喷溅。