轉爐余錳控制技術的研究與應用

張賀全+尹秀錦

摘要：文章對鐵水中的錳在冶煉過程中的反應機理進行研究，通過提高轉爐過程用氧、布料方式減輕鐵水中錳元素在冶煉過程中的氧化量和提高其冶煉后期的還原效果，使高、低錳鐵水條件下中轉爐終點余錳得到有效控制和提高。

關鍵詞：轉爐冶煉；氧化還原；錳元素；中厚板廠

中圖分類號：TF703文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0054-03

錳元素是鋼材中的有益元素，轉爐冶煉使用的鐵水中的錳在冶煉過程中幾乎全部氧化，但在冶煉終點依然會有部分殘留和通過其氧化物的還原而產生的錳，即余錳。余錳含量的高低，直接影響著轉爐操作的穩定性和脫氧合金化中錳合金的加入量，中厚板廠45t轉爐區的終點余Mn含量平均在0.08%左右，若能得到進一步提高，將對降低含錳合金成本和減少金屬損失有極大效益，同時，隨著余錳含量的提高，鋼水氧化性降低，爐渣脫硫能力也會得到提高。

1中厚板廠現狀

中厚板廠45t轉爐區目前有3座45t轉爐，使用鐵水中Mn含量在0.20%～0.70%之間，絕大多數鐵水Mn含量在0.20%以下或0.60%以上，轉爐平均余錳含量0.082%（平均終點C含量為0.072%）。每爐平均出鋼量在44t左右。

2轉爐余錳控制技術的研究與應用

2.1錳在煉鋼過程中過程反應機理的研究

2.1.1錳的氧化與還原。錳的高溫揮發性較大，當其含量高時，能在氣相中氧化，但由于它的氧化產物均相形核有困難，煉鋼過程中主要的反應發生在鋼渣界面上。鋼液中錳的氧化分直接氧化和間接氧化兩種方式：

直接氧化反應：[Mn]+1/2[O2]＝（MnO）

間接氧化反應：[Mn]+[O]＝（MnO），其中[O]為（FeO）＝[Fe]+[O]；

在堿性操作中，在高（MnO）和高溫度的條件下會發生錳的還原。溫度越高，還原出來的錳量越大，即“余錳”量越高。在（FeO）和溫度一定時，（MnO）量越高，還原出來的錳量也越高，冶煉過程中減少放渣次數和放渣量或向渣中加入錳礦都可以達到這一目的。

2.1.2吹煉過程中錳的變化情況。錳在冶煉初期就大量氧化，在吹煉前期所形成的（MnO·SiO2），隨著爐渣中CaO含量的增加，會發生（MnO·SiO2）+2（CaO）＝（2CaO·SiO2）+（MnO）的反應，（MnO）呈自由狀態，吹煉后期爐溫升高后，（MnO）被還原，即：（MnO）+[C]＝[MnO]+{CO}或（MnO）+[Fe]＝[Mn]+（FeO）。在吹煉中[%Mn]的變化情況如圖1所示：

圖1吹煉過程中Mn的變化

從冶煉過程爐渣的氧化性和溫度等的變化來看：轉爐吹煉過程中Mn的分配系數隨著煉鋼條件的變化而變化，熔煉初期，由于溫度較低，渣中FeO含量高，爐渣堿度低，故[Mn]激烈氧化，到冶煉后期，由于熔池溫度的升高，渣中FeO含量降低，爐渣堿度升高，錳從渣中還原，到吹煉末期由于渣中氧化性提高，又使錳重新氧化。從圖1中可以看出：熔池中的錳有明顯的“回升”現象。

2.2轉爐冶煉過程錳還原技術的研究

轉爐冶煉過程中錳的還原主要取決與鋼渣中錳的分配比，影響錳分配比的主要因素為：爐渣中自由（MnO）的含量、終點溫度、熔渣中FeO含量、爐渣渣量等.在轉爐冶煉過程中加快錳的還原和提高鋼渣中錳的分配系數，主要通過改變影響其分配系數的相關因素來實現，主要為：

（1）提高爐溫。提高爐溫有利于（MnO）的還原，可提高余錳含量。

（2）堿度升高，爐渣中堿度的提高，使渣中（CaO）含量能夠一直保持在較高的狀態，可以促使自由態的（MnO）的濃度升高，從而提高鋼水中的錳含量。

（3）降低渣中（FeO）含量。渣中（FeO）含量的降低，降促使Mn→MnO的反應逆向進行，提高鋼水中的Mn含量。

（4）提高終點C。從轉爐吹煉過程Mn的變化趨勢圖中可以明顯看出，冶煉高碳鋼時，因終點C含量高，其余錳含量也明顯偏高。

2.3轉爐余錳控制技術的開發

2.3.1冶煉前期氧壓和槍位的設定。轉爐冶煉前期主要的任務為化渣脫磷，在高錳鐵水條件下，前期冶煉中產生的大量MnO，對提高轉爐前期化渣效果會起到非常明顯的效果，因此，使用高錳鐵水后，前期的化渣效果對FeO的依賴程度有一定的減輕。為此，我們適當的降低了轉爐前期吹煉槍位，將前期吹煉槍位在原槍位的基礎上降低0.05～0.1m，同時將前期氧壓確定為0.90～0.95MPa。因渣中FeO的相對減少，使高錳鐵水下前期爐渣嚴重泡沫化的問題得到解決。

低錳鐵水條件下，前期冶煉中因MnO數量少，使爐渣的流動性受到較大影響，影響了前期的化渣效果，對轉爐脫磷產生影響。為了提高化渣效果，將會增加化渣劑的用量，同時因控制難度較大，會導致粘槍、噴濺等問題出現。為減少低錳鐵水條件下，前期冶煉中因MnO數量對爐渣的流動性的影響，我們在冶煉前期，對氧槍開吹槍位進行了進一步降低，在原槍位的基礎上降低0.05m左右。同時將前期氧壓確定為0.95～0.98MPa。待來渣后將氧槍槍位及時進行提高，在開吹槍位的基礎上提高0.1m左右。強化開吹攪拌力度提高鐵渣混攪效果，同時提高前期渣中的FeO含量，使低錳鐵水化渣效果不良和提溫慢的問題得到解決。

2.3.2冶煉過程氧壓和槍位的控制。低錳鐵水中錳在冶煉前期氧化量較少，通過對吹煉4分左右的鐵水取樣后發現，鐵水中的Mn氧化率基本在50%～70%之間；而高錳鐵水的吹煉前期氧化率較大，一般都在90%以上。

鐵水中錳氧化后對轉爐的影響已在前期冶煉中得到控制，中期冶煉過程中為保持高的自由態（MnO）和還原渣中錳保持勻速的升溫速率，同時杜絕冶煉過程返干，過程槍位控制由原鐵水條件下的中期恒槍恒壓模式調整為變槍恒壓模式，在返干期過程槍位仍按原槍位進行控制，其它冶煉中期時間槍位在原槍位的基礎上降低0.05m，促進冶煉中期錳的還原和控制還原后錳的氧化，提高鋼水中的錳含量。

2.3.3冶煉后期、終點氧壓、槍位的控制。為進一步提高終點余錳含量，有必要對后期爐渣中的FeO含量進行適當控制，同時通過早拉碳的方式，提高對終點溫度、終點C的命中率。因此將冶煉后期氧壓控制在0.90～0.95MPa，槍位控制上以增加終點拉碳時間為目的，較原操作模式早30秒（45t轉爐的總吹煉時間在11.5分左右）進行壓槍拉碳操作，拉碳時間由原來的30秒左右提高到60秒左右。

2.3.4提高轉爐終點C和一次命中率.在對轉爐過程用氧技術優化的同時，我們重點進行了轉爐終點C的和一次命中率的提高。通過穩定轉爐操作、提高職工操作水平，轉爐終點C由原來的平均0.072%提高到0.089%，終點C平均提高0.017%。同時轉爐終點一次命中率由原來的38%左右提高到58.2%，提高20%以上。

2.4轉爐冶煉過程加料工藝的優化

為進一步提高轉爐過程控制水平，減少因高錳鐵水造成的溢渣、噴濺現象以及低錳鐵水對前期化渣效果差的影響，同時為提高轉爐終點余錳含量，我們對轉爐冶煉過程中的加料工藝進行了優化。對布料工藝的整體優化主要為石灰、礦石使用時機的調整。

2.4.1石灰使用時機的調整。煉鋼用石灰的使用，在原工藝條件下，石灰的使用主要分兩個階段進行加入。在開吹過程中放入石灰總用量的3/4進行前期化渣，留有部分石灰在前期來渣后再加入，在保證前期化渣效果的同時保證石灰總量，確保爐渣堿度。

在冶煉前期，隨著Si、Mn的快速氧化，爐渣堿度降低，鋼液溫度快速上升。我們將石灰的加入時機調整為開吹過程加入絕大部分石灰（約4/5），只留少量在過程使用，不再嚴格要求區分石灰加入的的兩個加入階段。

2.4.2礦石使用工藝的優化。轉爐用礦石的作用是在控制轉爐過程溫度的同時，通過直接還原礦石中的FeO來提高金屬收得率。同時礦石的使用也為冶煉過程提高渣中FeO含量，提高化渣效果帶來便利。在鐵水中的錳出現高低差值較大的波動后，開吹過程中加入部分礦石來參與前期的化渣和溫度控制對前期操作有較大的好處。但加入過多會導致前期溢渣嚴重，因此我們明確了前期礦石的加入量，將前期礦石的加入量控制在8～15kg/t之間。另外，為保證冶煉后期渣中錳的還原條件，轉爐冶煉后期取消了礦石的加入，杜絕因加入礦石導致渣中FeO含量過多使錳的氧化還原反應收到限制，導致終點余錳含量降低的問題發生。

3使用情況總結

通過轉爐用氧技術和布料工藝的優化調整，達到了以下效果：

3.1轉爐終點余錳含量得到明顯提高

在2012年1～6月份期間我們對Q235B和HRB400等鋼種的終點余錳情況進行了連續的抽檢和跟蹤，抽檢數據顯示其余錳含量平均為0.081%，通過轉爐余錳控制技術的實施，2013年1～6月份轉爐終點余錳含量提高到平均0.115%。（其中高錳鐵水中Mn的回收率達到25%以上，低錳鐵水中Mn的回收率達到70%以上），余錳含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和噴濺等現象得到明顯控制

在高低錳鐵水條件波動的情況下，轉爐因化渣過慢或過快導致的過程溢渣和噴濺等現象得到明顯控制，中厚板廠45t轉爐2012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢見圖2：

圖22012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢圖

鋼鐵料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/噸鋼，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/噸鋼，鋼鐵料消耗降低13.6kg/t噸鋼其中13年成熟應用后鋼鐵料消耗平均控制在了053.3kg/t鋼。通過鐵水中，Mn含量的控制，使轉爐過程操作得到穩定，對鋼鐵料消耗的降低和穩定有一定的貢獻。

4結語

通過上述措施的實施，濟鋼中厚板廠45噸區域轉爐余錳含量平均增加了0.035%，達到了預期的目的。鋼水終點余錳的增加也使得在脫氧合金化過程中需要的含錳合金的用量得到降低，同時減少了冶煉過程的溢渣和噴濺現象，轉爐終點碳含量也穩步提升，使得轉爐出鋼量和爐況得到保證，降低了鋼鐵料的消耗和耐材消耗，使得生產成本進一步降低。

參考文獻

[1]?章文達．錳含量與鋼性能的關系[J]．江西冶金，

?1996，（4）．

[2]?薛正涼，吳麗嘉，等．轉爐終點鋼水殘錳含量及錳收

?得率的影響因素分析[J]．煉鋼，2011，27（6）．

[3]?李聿軍，李斌，等．轉爐內加錳鐵脫硫的工藝探討和

?實踐[J]．山東冶金，2008，30（2）．

[4]?李榮生，馮潤明，等．貧錳礦在轉爐煉鋼工藝中的應

?用[J]．煉鋼，2004，20（1）．

[5]?陳永金，覃強，等．鋼水LF爐精煉成分穩定控制的措

?施[J]．柳鋼科技，2001，（1）．

[6]?孫海軍，陳嘉穎，等．音平控渣技術在冶煉高鉻高錳

?鐵水的應用[J]．中國冶金，2012，22（10）．

[7]?琚澤龍，冒建忠，等．降低鋼鐵料消耗實踐[J]．四川

?冶金，2012，36（3）．

在冶煉前期，隨著Si、Mn的快速氧化，爐渣堿度降低，鋼液溫度快速上升。我們將石灰的加入時機調整為開吹過程加入絕大部分石灰（約4/5），只留少量在過程使用，不再嚴格要求區分石灰加入的的兩個加入階段。

2.4.2礦石使用工藝的優化。轉爐用礦石的作用是在控制轉爐過程溫度的同時，通過直接還原礦石中的FeO來提高金屬收得率。同時礦石的使用也為冶煉過程提高渣中FeO含量，提高化渣效果帶來便利。在鐵水中的錳出現高低差值較大的波動后，開吹過程中加入部分礦石來參與前期的化渣和溫度控制對前期操作有較大的好處。但加入過多會導致前期溢渣嚴重，因此我們明確了前期礦石的加入量，將前期礦石的加入量控制在8～15kg/t之間。另外，為保證冶煉后期渣中錳的還原條件，轉爐冶煉后期取消了礦石的加入，杜絕因加入礦石導致渣中FeO含量過多使錳的氧化還原反應收到限制，導致終點余錳含量降低的問題發生。

3使用情況總結

通過轉爐用氧技術和布料工藝的優化調整，達到了以下效果：

3.1轉爐終點余錳含量得到明顯提高

在2012年1～6月份期間我們對Q235B和HRB400等鋼種的終點余錳情況進行了連續的抽檢和跟蹤，抽檢數據顯示其余錳含量平均為0.081%，通過轉爐余錳控制技術的實施，2013年1～6月份轉爐終點余錳含量提高到平均0.115%。（其中高錳鐵水中Mn的回收率達到25%以上，低錳鐵水中Mn的回收率達到70%以上），余錳含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和噴濺等現象得到明顯控制

在高低錳鐵水條件波動的情況下，轉爐因化渣過慢或過快導致的過程溢渣和噴濺等現象得到明顯控制，中厚板廠45t轉爐2012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢見圖2：

圖22012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢圖

鋼鐵料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/噸鋼，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/噸鋼，鋼鐵料消耗降低13.6kg/t噸鋼其中13年成熟應用后鋼鐵料消耗平均控制在了053.3kg/t鋼。通過鐵水中，Mn含量的控制，使轉爐過程操作得到穩定，對鋼鐵料消耗的降低和穩定有一定的貢獻。

4結語

通過上述措施的實施，濟鋼中厚板廠45噸區域轉爐余錳含量平均增加了0.035%，達到了預期的目的。鋼水終點余錳的增加也使得在脫氧合金化過程中需要的含錳合金的用量得到降低，同時減少了冶煉過程的溢渣和噴濺現象，轉爐終點碳含量也穩步提升，使得轉爐出鋼量和爐況得到保證，降低了鋼鐵料的消耗和耐材消耗，使得生產成本進一步降低。

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在冶煉前期，隨著Si、Mn的快速氧化，爐渣堿度降低，鋼液溫度快速上升。我們將石灰的加入時機調整為開吹過程加入絕大部分石灰（約4/5），只留少量在過程使用，不再嚴格要求區分石灰加入的的兩個加入階段。

2.4.2礦石使用工藝的優化。轉爐用礦石的作用是在控制轉爐過程溫度的同時，通過直接還原礦石中的FeO來提高金屬收得率。同時礦石的使用也為冶煉過程提高渣中FeO含量，提高化渣效果帶來便利。在鐵水中的錳出現高低差值較大的波動后，開吹過程中加入部分礦石來參與前期的化渣和溫度控制對前期操作有較大的好處。但加入過多會導致前期溢渣嚴重，因此我們明確了前期礦石的加入量，將前期礦石的加入量控制在8～15kg/t之間。另外，為保證冶煉后期渣中錳的還原條件，轉爐冶煉后期取消了礦石的加入，杜絕因加入礦石導致渣中FeO含量過多使錳的氧化還原反應收到限制，導致終點余錳含量降低的問題發生。

3使用情況總結

通過轉爐用氧技術和布料工藝的優化調整，達到了以下效果：

3.1轉爐終點余錳含量得到明顯提高

在2012年1～6月份期間我們對Q235B和HRB400等鋼種的終點余錳情況進行了連續的抽檢和跟蹤，抽檢數據顯示其余錳含量平均為0.081%，通過轉爐余錳控制技術的實施，2013年1～6月份轉爐終點余錳含量提高到平均0.115%。（其中高錳鐵水中Mn的回收率達到25%以上，低錳鐵水中Mn的回收率達到70%以上），余錳含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和噴濺等現象得到明顯控制

在高低錳鐵水條件波動的情況下，轉爐因化渣過慢或過快導致的過程溢渣和噴濺等現象得到明顯控制，中厚板廠45t轉爐2012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢見圖2：

圖22012年～2013年6月份期間鋼鐵料消耗趨勢圖

鋼鐵料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/噸鋼，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/噸鋼，鋼鐵料消耗降低13.6kg/t噸鋼其中13年成熟應用后鋼鐵料消耗平均控制在了053.3kg/t鋼。通過鐵水中，Mn含量的控制，使轉爐過程操作得到穩定，對鋼鐵料消耗的降低和穩定有一定的貢獻。

4結語

通過上述措施的實施，濟鋼中厚板廠45噸區域轉爐余錳含量平均增加了0.035%，達到了預期的目的。鋼水終點余錳的增加也使得在脫氧合金化過程中需要的含錳合金的用量得到降低，同時減少了冶煉過程的溢渣和噴濺現象，轉爐終點碳含量也穩步提升，使得轉爐出鋼量和爐況得到保證，降低了鋼鐵料的消耗和耐材消耗，使得生產成本進一步降低。

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