电炉炼钢加烧结矿洗炉探讨与实践

2024-01-07彭高献蔡雅娟施军贤赵小军

山西冶金 2023年11期

彭高献，蔡雅娟，施军贤，赵小军

（江苏沙钢集团有限公司，江苏张家港 215625）

0 引言

高碳钢因其硬度高、强度大、耐磨性好和耐腐蚀性强等特点，被广泛应用于不同领域。夹杂物是影响钢质量的关键指标之一，既要控制钢中夹杂物数量尽量少[1]，又对钢中夹杂物的类型、尺寸及形态等有很高的要求。为了减少钢液中不变形夹杂的产生，电炉冶炼高碳钢需要控制终渣碱度，但碱度低的炉渣流动性差，会出现炉底上涨的现象，随着炉底上涨，炉膛空间缩小，限制了电炉标准化操作。

1 炉底上涨的原因及危害

电炉冶炼高碳钢采用铁水质量配比≥60%配料工艺，电炉热兑铁水后，炉内配碳量增加。随着冶炼过程供氧强度提高，炉内碳氧反应更加剧烈，炉内熔池渣相传氧速率小于碳氧反应耗氧[2]，由于渣中FeO快速消耗，从而出现返干现象。电炉长时间采用高铁水比模式冶炼高碳钢，炉渣易沉积并滞留在炉底，从而造成炉渣黏结成块，致使炉底积渣逐渐加厚，炉膛缩小，严重时妨碍正常的冶炼操作。在氧枪吹氧强度不变的情况下，炉膛缩小会加剧炉内碳氧反应，造成脱碳速度快。在总装入量不变的情况下，涨炉导致熔池深度减少，炉门口就会夹杂有大量钢水随着钢渣排出，严重影响钢水收得率，无法保证出钢量。因此，连续生产过程中需要定期洗炉。

2 洗炉对烧结矿的要求

采用烧结矿作为洗炉料，通过电炉加料系统入炉。一般采用粒度为5～10 mm 的成品烧结矿，将成品烧结矿温度冷却至50 ℃以下，再运输至炼钢厂，通过地下料仓上料皮带进入高位料仓，保证进入上料皮带前烧结矿不结块、表面不发红，防止高温烧结矿对上料皮带造成影响。从表1 烧结矿主要成分含量数据可以看出，烧结矿中的硫、磷含量高，最高的分别能达到1%、1.2%。因此，洗炉冶炼过程中要合理控制加入量。

3 烧结矿洗炉原理

电炉洗炉是通过调低炉渣熔点，降低炉渣黏度，提高炉渣流动性，尽可能将炉底积结的渣铁熔化，恢复炉膛的正常空间。通常，在碱性炉渣中加入酸性氧化物可使黏度降低，加入碱性氧化物则会使黏度提高，而酸性炉渣的情况则与此相反。但也有例外，FeO虽属碱性氧化物，却可使碱性炉渣的黏度降低，这是因为FeO 本身的熔点低，FeO 能大大降低炉渣熔化温度和黏度，起到稀释炉渣的作用。而烧结矿主要成分为铁的氧化物，主要为Fe2O3、FeO、CaO 和SiO2等，w（TFe）＞55%，加入烧结矿就是直接向炉渣中提供FeO，能有效缓解氧化过程中由于碳氧反应剧烈而产生的返干现象，抑制炉底上涨。通过2～3 炉钢连续加入的反应，清除炉内积渣，恢复炉膛正常，其反应机理为：C+FeO＝Fe（液）+CO（气）。

4 洗炉操作要点

某电炉炼钢厂100 t 电炉冶炼高碳钢加烧结矿洗炉，采用铁水质量配比≥60%的配料工艺，洗炉情况见表2。

表2 加烧结矿洗炉情况

在总装入量不变的情况下，当出现出钢量明显降低波动时，说明炉底已经明显上涨，由于炉底上涨导致炉门跑钢水多，钢水收得率下降。一般情况下，热装铁水工艺电炉冶炼钢水收得率不能低于91%[3]。当钢水收得率低于91%时，如表2 中1-5652 炉，应从其次炉（如表2 中1-5653）开始加烧结矿进行洗炉。

烧结矿的还原反应要直接消耗钢水中大量的碳[4]，烧结矿洗炉配碳量要保证碳平衡，采用铁水比≥60%的配料工艺，适当提高入炉铁水比，铁水含碳量能满足要求，在原料中不另外增加配碳，冶炼过程中根据泡沫渣情况向炉内适量喷碳粉即可满足碳平衡需要。为保证洗炉效果，洗炉期间钢水温度控制要比正常冶炼高30～50 ℃，一般洗炉期间电炉出钢终点温度为1 650～1 680 ℃为宜，终点w（C）≥0.06%。

一般来说，电炉渣中w（MgO）应控制在6%～9%较为适宜，过高会造成炉底上涨、脱磷效率下降。加入烧结矿会造成渣中w（MgO）下降，而渣中w（MgO）过低会造成炉衬侵蚀加剧。从表3 可以看出，使用烧结矿的炉渣中w（MgO）最低降至5.41%，烧结矿的用量不宜再增加。洗炉冶炼的炉渣碱度约2.60 为宜，碱度过高，不利于有效去除钢水中杂质。

表3 电炉炉渣成分

烧结矿的熔化和分解是吸热反应，必须在熔池达到一定高的温度时，再分批次适量加入。否则，加入过早或加入越多，熔池温度温降越大，会抑制脱碳反应速度。重新升温后，反应速度急剧上升，会引起沸腾，炉门易出现跑钢水问题。因此，一般入炉烧结矿总量控制在1.3～1.5 kg/t，一般在兑铁后炉底区域形成熔池后开始加第一批烧结矿，每炉分成3 个批次或4 个批次间断或连续加入，如表4 所示，每个批次加入量不宜超过400 kg。