|
富 强, 郭晓春, 王志强，王 健 （本钢集团北营炼钢厂, 辽宁本溪 117017） 摘 要：通过渣系理论摸索出转炉前期渣最适合组分为碱度 R 控制在 1.5-1.7 之间；前期 FeO≥20%；易造低熔点渣。因钢渣反应界面增大，从而使少渣冶炼实施后半钢脱磷率由 32.02%增大到 59.75%。并通过对少渣冶炼前后终点脱磷率比较发现，少渣冶炼工艺的实施，对质量控制也没有太大影响，钢水洁净度未因工艺发生变化而恶化；转炉灰耗由 42kg/t 降低到 32kg/t，显著降低成本。 关键词：低熔点渣，少渣冶炼，半钢脱磷率 炼钢即为炼渣，造熔点低，动力学条件好，吸附能力强的渣已经是现代炼钢的主流技术。而传统炼钢过于追求大渣量，高碱度来提高脱磷率，这种模式下操作及不稳定，极易造成爆发性喷溅，增大钢铁料消耗从而使转炉生产成本增加；其次炉渣化不透，大量结块，流动性极差，脱磷率不稳定，影响产品质量。近年来少渣冶已是国内大型钢铁联合企业研究的主要技术，该技术使炼钢石灰加入量明显减少,降低了渣料消耗和能耗,喷溅少,铁损低,减少了污染物的排放，使生产成本显著降低。本钢集团北营炼钢厂 2016 年以前采用传统炼钢模式即“三高一低”来提高转炉脱磷率，与先进企业进行对标发现过去我厂转炉冶炼石灰消耗高达42kg/t，在国内处于落后水平，而且高碱度使得石灰大量浪费，增加生产成本，面对 2016 年钢铁行业持续低迷，价格低这一现状，为适应钢铁行业发展形势，降低制造成本，本钢集团北营炼钢厂开展“挖潜降耗”攻关活动并结合 120t 转炉实际生产情况，推行“少渣冶炼技术”，同时对转炉渣系进行调整，加大渣钢界面反应，促进石灰尽快熔化，并且在转炉布料、枪位控制等操作上进行试验，于 2016 年 1 月开始实施少渣冶炼，通过一年的摸索尝试，转炉灰耗由 42kg/t 降低到 32kg/t，取得了显著的经济效益。 1 实验过程及结果分析 1.1 造低熔点渣理论与实践 转炉吹炼因前期高熔点渣的析出，使得熔池搅拌力较弱，脱磷反应远没有达到平衡，脱磷能力未得到充分发挥，所以通过改善前期脱磷的动力学条件，可实现高效脱磷。必须指出吹炼前期快速形成低熔点渣，是迅速形成泡沫渣提高脱磷率的关键。脱磷反应的方程式如下 [1] ： 2[P] 5(FeO) 4(CaO)＝(4CaOP 2 O 5 ) 5[Fe] （1） lg KP=40067/T-15.06 （2） 由此可知，高含量 CaO%和高含量 FeO%及低温有利于脱磷 [2] ，但 CaO 过高极易生成高熔点化合物 [3] ，图 1 所示为传统（三高一低）半钢渣系组成范围，为高熔点区，炼钢条件下很难熔化；但往往 FeO 含量高又极易造成喷溅，且对炉衬耐火砖侵蚀严重;所以控制合适的范围至关重要。通过对 300 炉前期渣 R 进行跟踪发现，当 R 控制在 1.5~1.7；FeO＞20%时，并结合 FeO-CaO-SiO 2 三元体系相图可知，如图一，此渣系组成的区域为低熔点区域，形成 3CaO2SiO 2 低熔点渣（熔点 1485℃），以及 2FeOSiO 2 (熔点 1205℃)； CaOFeOSiO 2 (熔点 1205℃)等物质，该区域渣黏度小，动力学条件好，渣钢界面反应充分，脱磷、脱硫，能力更强。而转炉留渣操作后，首先可循环利用上一炉熔化的石灰，节约造渣用料；其次转炉上一炉渣有较高碱度，氧化性强，利于下炉石灰的快速溶解，且成渣速度快，脱磷效果好。 1.2 碱度 R 对应半钢脱磷率情况 本钢集团北营炼钢厂通过对 300 炉前期渣 R 进行跟踪发现，当 R 控制在 1.5~1.7 之间，如图 2 所示，半钢脱磷率最高。 通过少渣冶炼试验前后各取 150 组渣样测试结果得出，碱度 R 控制在 1.5~1.7 范围内，半钢脱磷效果最好。传统工艺，使得碱度 R 偏高，脱磷率却很低，大部分集中在 25%-35%之间，如图 3（a）所示，而少渣工艺后碱度控制合理，大部分集中在 40%~55%之间。说明在冶炼初期，传统工艺 CaO 含量过高时，熔渣的熔点升高，还会析出高熔点的 2CaOSiO 2 （炉渣碱度 R 为 2.0）和 CaO 微粒，它们以固态微粒弥散在于渣中，从而使熔渣黏度大大提高，影响渣钢间反应，炉渣流动性变差，影响钢水脱磷、脱硫；而碱度 R 控制在 1.5~1.7时有利于形成 3CaO2SiO 2 低熔点渣，增强脱磷能力如图 3（b）所示。 1.3 渣中 FeO 含量对应半钢脱磷率影响 遵循“早化渣，化透渣，提高初渣( FeO) ，造低熔点 2FeO.CaO.SiO 2 渣多去磷”的原则，控制炉渣合适的氧化性。(FeO)升高会促进氧化钙在渣中的溶解 [4] ，但过高的( FeO)会造成铁损失率高和喷溅。经过反复尝试，我厂前期脱磷 w( FeO)控制在 20%~25%，前期脱磷率最好。通过对少渣冶炼试验前后各取 153 组渣样对比发现，试验前半钢 FeO 为 12%~20%之间，前期渣控制不稳定，半钢脱磷率（20%~52%）波动较大，平均32.02%，如图 4（a）所示，实施少渣冶炼后 FeO 提高到≥20%以上，可以看出半钢脱磷率明显上升，基本稳定在 45%~65%之间，平均 59.75%效果较好，如图 4（b）所示。 1.4 温度 T 对半钢脱磷率影响 优化前后各取 110 组渣样进行分析，得出半钢温度在 1370℃-1400℃时半钢脱磷率最高，且温度超过 1400℃时半钢脱磷率有下降趋势，如图 5 所示。 1.5 少渣冶炼前后终点脱磷率比较 少渣冶炼试验前后各取 150 组渣样数据，采用少渣冶炼工艺后，转炉终点渣较正常工艺流动性好，脱磷率提高，终点 P、S 含量也降低，以钢种 LX72A 为例(见图 6)，相同铁水条件（P：0.090%-0.110%；Si：0.3%-0.5%）。 少渣冶炼后，终点脱磷率由工艺优化前的 86.7%提高到 88.5%，平均提高 1.8%，且脱磷率最低 82.5%无低于 80%炉数，控制较稳定。并对产品质量跟踪发现，钢水洁净度未因工艺发生变化而恶化。 2 过程控制 2.1 石灰的加入 通过热力学分析可以知道: 转炉吹炼过程脱磷的最佳时机在吹炼前期，其效果取决于熔池的动力学条件 [5] 。 但因前期渣粘渣厚，熔池搅拌效果较差，脱磷反应远没有达到平衡，脱磷能力未得到充分发挥，通过改善前期脱磷的动力学条件，可实现高效脱磷 [6] 。再次留渣法的运用可使下炉钢前期少加石灰，使得炉渣厚度小，熔池搅拌效果好，改善了脱磷的动力学条件，提高了石灰的利用率。另外,少渣炼钢工艺终点命中率高,改善了钢水的纯净度,为生产超纯净钢创造了条件。而转炉双渣法可以很好地实现对低磷钢的冶炼，但考虑到煤气回收，生产节奏等影响，我厂未能全面推广，只要求在铁水 P≥0.110%；或 Si≥0.6%时，采用双渣法。 根据转炉终渣氧化性强弱决定留渣量，经过上万炉摸索，标定出完钢倒渣时，初始炉留渣量 1/3~1/2。 分脱磷阶段和脱碳阶段对物料加入标准进行了规范，形成有特色的布料操作。转炉“留渣”工艺灰量加入标准为：头批料加入碱度按 1.5~1.7 左右控制，终渣碱度按3.0 左右控制。采用“留渣”工艺，脱磷阶段造渣料加入量与脱碳阶段吹炼物料的加入量按表 2 执行。 2.2 前期、后期枪位控制 吹炼前期氧枪枪位的控制，是迅速形成泡沫渣关键。枪位过高会使搅拌不充分，石灰容易结团，石灰有效利用率低；枪位过低又得不到足够的 FeO，且低枪位可使升温太快将不利于前期脱磷。所以，枪位高低对炉内石灰融化形成泡沫渣有重要作用。所以我厂规定在开吹 2、3min 后，适当抬高枪位( 100～200mm)，如果炉渣变稠，可同时结合加入矿石的方法提高渣中的氧化铁含量。参考物料平衡和热平衡计算结果进行确定，通过实践，转炉开吹枪位较传统单渣工艺提高 0.1m，控制在距液面 1.6m，氧气流量控制由 30000Nm 3 /h 调整为 32000Nm 3 /h，加强前期熔池搅拌；下枪着火 30s 后加入头批料，严禁吹炼前加入回炉铁等物料。 转炉吹炼末期，化渣程度高，磷也快速减少。因此说，吹炼初期和末期是转炉脱磷的关键阶段。采用低枪位、高供氧强度的吹炼工艺，通过加强顶吹氧气流对熔池搅拌，促进磷向渣铁界面传输，实现高效脱磷。 3 结论 （1）通过渣系理论摸索出转炉前期渣最适合组分为碱度 R 控制在 1.5~1.7 之间；前期 FeO≥20%；半钢温度控制在 1350~1400℃。 （2）少渣冶炼实施后半钢脱磷率由 32.02%增大到 59.75%。 （3）通过对少渣冶炼前后终点磷控制比较发现，少渣冶炼工艺的实施，使平均脱磷率提高 1.7%，对产品质量跟踪发现，钢水洁净度未因工艺发生变化而恶化。 （4）采用少渣冶炼工艺期间，收集生产数据 3500 组，转炉灰耗降由 42kg/t 降低到 32kg/t 钢，显著降低成本。 参 考 文 献 [1] 黄希祜．钢铁冶金原理[M]．北京：冶金工业出版社, 2007. [2] 卿家胜．200t 转炉少渣冶炼工艺实践[J]. 炼钢, 2015, (4)：1-5. [3] 吴伟, 邹宗树, 郭振和, 等. 复吹转炉最佳成渣路线的探讨[J]． 钢铁研究学报, 2004, 16(1): 21-24． [4] 王鑫, 罗磊, 等．首钢京唐公司脱磷转炉半钢无氟化冶炼实践[J]．钢铁研究, 2016, 44(5): 42-45. [5] 王杰, 曾家庆, 等．复吹转炉少渣脱磷炼钢工艺过程分析[J]．炼钢, 2015, 31(3): 31-35. [6] 吴龙, 石昌民, 等．基于单渣法的转炉适宜渣料冶炼[J]．钢铁, 2017, 52(1): 32-37.
|
|
|
