轉(zhuǎn)爐高拉碳技術(shù)在45-L鋼開發(fā)中的應(yīng)用

尹建妙

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

轉(zhuǎn)爐高拉碳技術(shù)在45-L鋼開發(fā)中的應(yīng)用

尹建妙

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

將高拉碳技術(shù)應(yīng)用于45-L鋼的新品種開發(fā)中，對(duì)轉(zhuǎn)爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點(diǎn)控制工藝等進(jìn)行了一系列優(yōu)化，并進(jìn)行降低系統(tǒng)溫降技術(shù)研究，提高了各環(huán)節(jié)對(duì)磷的控制水平，使鋼的潔凈度水平明顯提高，終點(diǎn)碳含量全部達(dá)到≥0.10%的控制標(biāo)準(zhǔn)，噸鋼合金消耗成本降低了32余元，為更高端產(chǎn)品的開發(fā)提供了有利的技術(shù)支持。

轉(zhuǎn)爐；高拉碳；中碳鋼；碳含量

1 引言

為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)，促進(jìn)天鐵棒線廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，創(chuàng)造效益增長(zhǎng)點(diǎn)，公司決定開發(fā)45#硬線盤條產(chǎn)品。該鋼種要求鋼水純凈度高、非金屬夾雜物含量低、鑄坯全氧含量低，對(duì)生產(chǎn)工藝控制要求較高。煉鋼廠根據(jù)自身的生產(chǎn)條件，對(duì)轉(zhuǎn)爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點(diǎn)控制工藝等進(jìn)行了一系列優(yōu)化，并開展降低系統(tǒng)溫降技術(shù)攻關(guān)，提高了各環(huán)節(jié)對(duì)磷的控制水平，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高拉碳操作奠定了基礎(chǔ)。2014年7月，高拉碳技術(shù)在45-L中碳鋼生產(chǎn)上應(yīng)用，終點(diǎn)碳含量全部達(dá)到≥0．10%的控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼的潔凈度水平明顯提高，高拉碳法冶煉為開發(fā)更高端產(chǎn)品提供了有利的技術(shù)支持。

2 高拉碳脫磷理論分析

在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，出于對(duì)鋼水潔凈度、金屬收得率、轉(zhuǎn)爐爐襯及鋼種要求的考慮，應(yīng)盡可能地提高吹煉終點(diǎn)鋼水的碳含量。但現(xiàn)有煉鋼工藝條件下，因轉(zhuǎn)爐吹煉脫碳和脫磷任務(wù)相互矛盾，提高終點(diǎn)鋼水碳含量就意味著要承擔(dān)磷含量升高甚至出格的風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳含量的控制主要受脫磷效果的制約，要提高終點(diǎn)鋼水碳含量就必須要進(jìn)一步提高吹煉全程的脫磷效果；又因轉(zhuǎn)爐出鋼過程均存在不同程度的下渣而產(chǎn)生回磷現(xiàn)象，也需采取措施控制下渣量以減少回磷；脫磷反應(yīng)是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，因而若吹煉終點(diǎn)爐溫過高，反應(yīng)則向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，鋼中磷含量不僅不能降低，反而會(huì)產(chǎn)生回磷。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)境中，磷的氧化由以下環(huán)節(jié)組成：

在鋼渣界面上反應(yīng)為：

在與渣相相鄰的金屬相一側(cè)內(nèi)反應(yīng)為：

在與金屬相相鄰的渣相一側(cè)內(nèi)反應(yīng)為：

總反應(yīng)可描述為：

因脫磷為強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，因而低爐溫有利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，但從動(dòng)力學(xué)角度看，低硅、低溫又不利于化渣，若化渣不利反而阻礙磷的脫除。由此得出脫磷的條件是：高堿度、高氧化鐵含量、良好的爐渣流動(dòng)性；充分的熔池?cái)嚢瑁贿m當(dāng)?shù)臏囟群痛笤俊?/p>

從脫磷反應(yīng)來看，凡是有利于逆向反應(yīng)的條件都會(huì)造成鋼的回磷。如爐渣的堿度或氧化鐵含量降低，或石灰渣化不好爐渣黏，或爐溫過高等，均會(huì)引起回磷現(xiàn)象；出鋼過程中由于脫氧合金加入不當(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也會(huì)導(dǎo)致成品鋼中P含量高于終點(diǎn)[P]含量。由于脫氧、熔渣堿度、FeO含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象。

3 轉(zhuǎn)爐冶煉條件

單一氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，吹煉終點(diǎn)鋼水[C]、[O]約為0.002 8。

鐵水比：92%～96%；鐵水溫度：1 260～1 300℃；入爐鐵水成分見表1。

表1 入爐鐵水成分/%

造渣工藝：留渣＋單渣法；造渣料：石灰、輕燒白云石、燒結(jié)礦、氧化鐵皮、回收渣鋼等。石灰質(zhì)量見表2。

表2 石灰質(zhì)量

供氧強(qiáng)度：3．4～3．8 m3/t·min；供氧時(shí)間：11～13 min/爐；噴頭主要設(shè)計(jì)參數(shù)：四孔、噴孔夾角12°、喉口直徑27 mm、出口直徑35 mm。

出鋼口出鋼時(shí)間：1′20″～3′20″；擋渣帽＋擋渣球雙擋渣出鋼。

4 技術(shù)措施

4．1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐供氧吹煉工藝

4．1．1 優(yōu)化造渣制度

因天鐵煉鋼廠轉(zhuǎn)爐裝入廢鋼比較低，供氧吹煉3 min后爐溫即可升至1 420℃以上，導(dǎo)致最佳脫磷溫度持續(xù)時(shí)間較短。為此將轉(zhuǎn)爐吹煉前期燒結(jié)礦、氧化鐵皮等冷卻劑加入量由200～400 kg增加到了700～1 000 kg，并試驗(yàn)了兌鐵前先向爐內(nèi)加入適量石灰和燒結(jié)礦預(yù)造渣的新工藝。通過大幅增加冷卻劑用量和改變輔料加入工藝，前期熔池溫度進(jìn)一步降低，爐渣低溫泡沫化程度進(jìn)一步提高，從而使前期脫磷熱力學(xué)條件得到有效改善。

使用無氟化渣劑助熔。無氟化渣劑主要成分為Al2O3、Fe2O3和SiO2，噸鋼加入量小于5 kg，在吹煉前期和遇爐渣“返干”時(shí)加入。吹煉前期配合燒結(jié)礦、氧化鐵皮等含鐵物料使用，可使起渣時(shí)間縮短10～20 s；因無氟化渣劑具有良好的自熔性和和持久的助熔效果，不僅可有效縮短爐渣“返干”時(shí)間，還可保持終渣的均勻穩(wěn)定。通過使用無氟化渣劑助熔，轉(zhuǎn)爐吹煉各期爐渣流動(dòng)性均有了一定改善，為提高吹煉脫磷效果進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。

4．1．2 優(yōu)化供氧制度

吹煉前期低槍位操作。供氧開吹1 min左右，待爐渣初步渣化后，及時(shí)降低槍位至拉碳槍位＋100～200 mm處，并保持3．8 m3/t·min高的供氧強(qiáng)度，增加氧射流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊動(dòng)能，加速鐵水中的磷元素向渣-鋼界面的擴(kuò)散，提高其與渣中（FeO）的反應(yīng)速率，改善脫磷動(dòng)力學(xué)條件。

吹煉全程采用“高→中→高”的供氧強(qiáng)度和“高→低→高→低”的槍位控制模式。吹煉中期供氧強(qiáng)度控制在3．4～3．6 m3/t·min，可保持脫碳反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行；吹煉終點(diǎn)拉碳前適當(dāng)提高槍位操作，進(jìn)一步提高渣中（FeO）含量和爐渣的流動(dòng)性，以改善高拉碳條件下終渣的流動(dòng)性。

4．1．3 終點(diǎn)高拉補(bǔ)吹技術(shù)應(yīng)用

生產(chǎn)實(shí)踐中，在生產(chǎn)磷含量小于0．020%以下的鋼種時(shí)，即使采用了留渣加雙渣的冶煉工藝，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水磷含量也有相當(dāng)一部分爐次難以在一次倒?fàn)t的條件下達(dá)到0．012%以下的控制要求。針對(duì)此問題，應(yīng)用了吹煉終點(diǎn)高拉補(bǔ)吹操作的工藝。在碳高停吹狀態(tài)下，鋼水中的碳將與渣中的氧化亞鐵發(fā)生激烈反應(yīng)，所產(chǎn)生的CO氣體將攪動(dòng)整個(gè)液渣層，甚者可使?fàn)t渣涌出爐口，從而使鋼-渣界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件得到改善；補(bǔ)吹操作時(shí)，氧射流沖擊爐渣使其進(jìn)一步渣化，渣中氧化亞鐵含量進(jìn)一步升高，鋼水脫磷反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。

高拉補(bǔ)吹脫磷效果隨補(bǔ)吹時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，為此實(shí)施了依據(jù)裝入量定點(diǎn)拉碳的操作，要求吹煉至600～630 s即提槍停吹，使第一次倒?fàn)t鋼水碳含量達(dá)到0．30%以上；補(bǔ)吹時(shí)再綜合考慮倒?fàn)t鋼水碳含量、溫度和爐渣流動(dòng)性后加入適量冷卻劑或助熔劑，以實(shí)現(xiàn)對(duì)終點(diǎn)鋼水成分、溫度和爐渣等良好的整體控制。生產(chǎn)實(shí)踐表明，高拉補(bǔ)吹后鋼水磷含量可降低0．002%～0．004%，即總體脫磷率提高了2%～4%。

4.2 回磷控制

4．2．1 出鋼擋渣工藝優(yōu)化

使用擋渣塞代替擋渣帽擋渣出鋼，使出鋼見流位置接近于與鋼包垂直，有效減少了出鋼前期下渣量；出鋼后期使用擋渣標(biāo)代替擋渣球擋渣，擋渣成功率由原不足85%提高到了95%以上，加之擋渣標(biāo)有較長(zhǎng)時(shí)間的懸浮排渣作用，出鋼過程下渣量也相應(yīng)降低了20%左右。出鋼擋渣工藝優(yōu)化后，鋼水回磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原（30～40）×10-6降低到了（10～20）×10-6。

4．2．2 出鋼口及出鋼操作

轉(zhuǎn)爐出鋼過程的下渣量約占總下渣量的50%以上，出鋼口出鋼時(shí)間短或出鋼跟爐操作不及時(shí)則更易卷渣。為此制定了以下規(guī)范：將出鋼口出鋼時(shí)間下限由原80 s調(diào)整到100 s，低于此值需立即進(jìn)行套磚操作；在冶煉磷含量小于0．025%以下的鋼種時(shí)，則要求出鋼時(shí)間達(dá)到2 min以上，再嚴(yán)格的鋼種則需新套出鋼口后方可冶煉；出鋼時(shí)設(shè)專人盯爐口并指揮跟爐。

4．2．3 下渣爐次處理

出鋼擋渣失敗的爐次，鋼水回磷量可達(dá)0．008%左右，過LF爐精煉鋼種可高達(dá)0．015%以上。遇大量下渣的爐次，采取了增加精煉石灰加入量100～150 kg的措施，通過增加頂渣堿度可有效抑制回磷，使回磷量可控制在0．008%以下的可控范圍；另外，在條件允許的情況下，采取折包處理也可較大程度減輕回磷量。

4.3 降低系統(tǒng)溫降

為實(shí)現(xiàn)高拉碳操作和防止精煉電耗提高，開展了降低系統(tǒng)溫降的攻關(guān)活動(dòng)，以確保連鑄中包黑液面澆注和努力實(shí)現(xiàn)單座鑄機(jī)三個(gè)大包在線周轉(zhuǎn)（非精煉鋼），非精煉鋼、精煉鋼鋼水澆注過程大、中包溫降由原高于65℃和50℃降低到了45℃和35℃以下，使得轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有效滿足了高拉碳條件下控磷所需的技術(shù)條件。

5 試制效果

2014年7月，高拉碳技術(shù)在45-L新品種開發(fā)時(shí)得到整體試用，試用效果如下。

5.1 終點(diǎn)成分、成品成分控制情況

終點(diǎn)碳、磷含量及成品磷含量見表3。

表3 終點(diǎn)碳、磷含量及成品磷含量/%

在采用單渣法、入爐鐵水磷含量最低0．120%、石灰加入量1 200～1 500 kg/爐的條件下，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水C含量平均為0．17%，P含量平均為0．014%，且均達(dá)到C≥0．10%、P≤0．016%的出鋼控制標(biāo)準(zhǔn)；成品P含量平均為0．020%，且均達(dá)到≤0．025%的控制標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 鋼中全氧及氣體控制情況

鋼中全氧含量及氮、氫氣體含量見表4。

45-L鋼全鋁含量要求控制在0．005%以下，轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧合金化時(shí)需采用無鋁脫氧劑并嚴(yán)格控制其它合金的鋁含量。要在此條件下控制鋼中全氧在40×10-6以下，就需將LF爐到站鋼水中的自由氧含量控制在25×10-6以下。通過轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)高拉碳操作，終點(diǎn)鋼水自由氧含量可控制在120×10-6～280×10-6，較以往至少降低了300×10-6，從而確保了其后各工序的有效控制。

表4 鋼中全氧含量及氮、氫氣體含量/×10-6

5.3 鋼中夾雜對(duì)照

金相200倍夾雜分析顯示，高拉碳爐次基本無B類夾雜，且D類夾雜物等級(jí)在0．5級(jí)以下，鋼的潔凈度較高（見圖1）；而終點(diǎn)碳0．05%的爐次，B類夾雜在2．0級(jí)以上，鋼的潔凈度較低（見圖2）。

圖1 夾雜200x（終點(diǎn)碳0.16%）

5.4 消耗對(duì)照

實(shí)施前終點(diǎn)碳平均為0．05%，噸鋼水增0．01%碳需消耗碳粉0．12 kg，則增碳劑消耗降低：（0．17-0．05）×0．12=1．44 kg/t鋼。

MnSi合金回收率提高4%～5%，按4%計(jì)入，則MnSi合金消耗降低0．45kg/t鋼。

圖2 夾雜200x（終點(diǎn)碳0.05%）

終點(diǎn)碳0．05%時(shí)鋼水自由氧含量約為560× 10-6，而終點(diǎn)碳0．17%時(shí)鋼水自由氧含量約為160× 10-6。每脫除100×10-6氧需消耗CaBaSi脫氧劑30 kg，則脫氧劑消耗降低：（560-160）÷100×30÷42= 2．86kg/t鋼。

碳粉、MnSi合金、CaBaSi脫氧劑價(jià)格分別按照2 700元/t、6 000元/t、9 000元/t計(jì)入，則噸鋼合金成本綜合降低：（1．44×2．7）+（0．45×6）+（2．86×9）≈32．33元。

6 結(jié)束語

應(yīng)對(duì)鐵水磷含量高對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳控制所帶來的不利影響，對(duì)轉(zhuǎn)爐造渣制度、供氧制度、出鋼擋渣工藝、終點(diǎn)控制工藝等進(jìn)行了一系列優(yōu)化，并展開降低系統(tǒng)溫降技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提高了各環(huán)節(jié)對(duì)磷的控制水平，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐高拉碳操作奠定了基礎(chǔ)。2014年7月，高拉碳技術(shù)在45-L等新品種開發(fā)時(shí)得到初步試用，鋼的潔凈度水平明顯提高，噸鋼合金消耗成本也降低了32余元，為開發(fā)更高端產(chǎn)品提供了有利的技術(shù)支持。

[1]陳家祥.煉鋼學(xué)原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999．

[2]紀(jì)瑞東.轉(zhuǎn)爐高拉碳法冶煉中高碳鋼技術(shù) [J].世界鋼鐵，2013（2）：23-26.

[3]張臣，曹志眾.轉(zhuǎn)爐冶煉中碳鋼高拉碳工藝的生產(chǎn)實(shí)踐[J].本鋼技術(shù)，2010（6）：16-19.

Application of Converter Catch Carbon Technology in 45-L Steel Development

YIN Jian-miao
(Steel-making Plant,Tianjin Tiantie Metallurgical Group Co．,Ltd．,She County, Hebei Province 056404,China)

Catch carbon technology was applied to the development of 45-L steel,a new grade．A series of optimization were carried out on converter slag building system,oxygen supply system,tapping slag retaining process and endpoint control process．Study was made on system temperature reduction technology．Consequently,the control level at all processes over phosphorous was improved and the level of steel cleanliness increased prominently．Endpoint carbon contents all reached a control standard of≥0．10%．The cost of alloy consumption was reduced by more than 32 RMB for each ton of steel．Favorable technical support was provided for the development of higher grade product．

converter;catch carbon;medium carbon steel;carbon content

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．001

2015-01-08

2015-02-03

尹建妙（1971—），女，工程師，主要從事轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)管理工作。