轉爐碳粉脫氧工藝的開發及實踐

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠)

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轉爐碳粉脫氧工藝的開發及實踐

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠)

簡要介紹了山鋼股份濟南分公司煉鋼廠120 t轉爐(以下簡稱濟鋼120作業區)碳粉脫氧工藝。分析認為：對碳氧反應來說，增加反應物碳的濃度，以及出鋼過程中鋼水溫度降低和氣相中CO分壓降低是反應向右側進行的有利因素。因此，在出鋼前期加入一定量的碳粉，可以降低鋼中氧含量，能達到減少脫氧劑鋁的消耗，降低生產成本的目的。

碳粉脫氧脫氧劑消耗降低

0　前言

濟鋼120作業區有120 t轉爐3座，平均出鋼量140 t。2015年以前，濟鋼120作業區煉鋼全部用鋁進行脫氧；鋁不僅價格昂貴,而且固態的脫氧產物Al2O3夾雜很難完全上浮去除，鋼水中殘存的Al2O3夾雜對鋼水的澆鑄和鋼的性能產生不利影響，造成鋼水在澆鑄過程中絮流、粘結報警、甚至使鑄坯產生裂紋缺陷。為此，2015年以來，濟鋼120作業區摸索碳粉脫氧工藝。碳粉脫氧是利用碳粉中的[C]與鋼水中的[O]反應生產成CO氣體，從而降低鋼水中氧含量。方法是在出鋼前期，使用價格便宜的碳粉替代部分鋁進行脫氧，不僅降低了鋁的消耗，而且脫氧產物CO在鋼液中無殘留，達到了既降低生產成本又提高產品質量的目的。

1　碳粉脫氧原理

無論何種煉鋼方法，氧化結束時熔池內的碳氧反應均未達到平衡，一定溫度下，當鋼中碳含量高時，與之相平衡的氧含量就低[1]，鋼液的實際氧含量高于在該情況下與碳平衡的氧含量。過剩氧的存在是發生碳氧反應的必要條件。碳氧反應的方程式為：

[C]+[O]={CO} 放熱

由于該反應為放熱反應，環境溫度降低有利于反應向生成 CO 方向進行。轉爐出鋼過程中，鋼水溫度降低以及氣相中CO分壓降低，這是實施碳粉脫氧的有利因素。出鋼時隨著鋼水溫度的降低，平衡向右側即生成CO方向移動，促進碳和氧反應，反應物[C]和[O] 會同時降低。出鋼時加入碳粉，增加了反應物[C]的濃度，進一步促進反應向右側進行，這樣就進一步降低了鋼中氧含量，減少了脫氧劑鋁消耗。

2　碳粉脫氧實施方法及步驟

經過近一年的生產實踐，濟鋼120作業區把碳粉脫氧實施方法歸納為“一保，二控”。“一保”即確保安全；“二控”即控制脫氧碳粉加入量和控制碳粉加入時機與鋁加入量。

2.1碳粉脫氧“一保”

碳粉脫氧“一保”即保證人和設備的安全。使用碳粉脫氧即要保證人不被火焰灼傷又要保證設備不被損壞。碳粉脫氧要生成大量的CO，CO在出鋼環境下燃燒產生很大的火焰。所以，實施碳粉脫氧時，操作人員與加料孔要保持安全距離，避免火焰灼傷。同時，如果出鋼過程產生大量的CO不能及時排出，會造成鋼水在鋼包內劇烈翻騰，嚴重時可能翻出包外甚至燒毀鋼包車。為此，為了避免發生安全事故，出鋼前備好100 kg左右的鋁粒，放在爐后合金溜槽加料孔附近備用。進行碳粉脫氧時，密切關注鋼包內情況，如果鋼包內鋼水劇烈翻騰要及時加入鋁粒脫氧，鋁為強脫氧劑，會減緩碳氧反應，可確保安全。

2.2碳粉脫氧“二控”

2.2.1控制脫氧碳粉加入量

2.2.1.1根據鋼種確定脫氧碳粉加入量

濟鋼120作業區根據成品的碳含量和合金加入量，將目前所冶煉的全部鋼種劃分為低碳低合金鋼系列、低碳無合金鋼系列、低合金鋼系列及普碳鋼系列等四個系列。各鋼種特點及脫氧碳粉的加入量見表1。

表1　各鋼種特點及脫氧碳粉加入量對照

2.2.1.2根據終點鋼水氧含量確定脫氧碳粉加入量

終點氧含量是決定脫氧碳粉加入量的主要因素。根據表1所劃分的四個鋼種系列，將每個鋼種系列的終點氧含量按照一定梯度細分為若干個區間段。碳粉加入量見表2。

表2　終點氧含量與脫氧碳粉加入量對照

2.2.1.3根據出鋼時間調整脫氧碳粉加入量

濟鋼120作業區轉爐出鋼時間一般在3′50"～6′，出鋼時間長短決定了脫氧碳粉和鋼中氧反應時間的長短。理論上出鋼時間越長越利于碳粉脫氧方案的實施。為此，將出鋼間劃分為≤4′30″和>4′30″兩個等級，當出鋼時間≤4′30時，出鋼時間短，碳氧反應不充分，容易增碳，特別是對于低碳鋼，此時實施碳粉脫氧易導致碳出格。脫氧用碳粉加入量不大于20 kg /爐。當出鋼時間>4′30″時，實施碳粉脫氧時間充裕，出現異常情況也有充足的反應時間，有利于碳粉脫氧方案的實施，按表1和表2要求加入脫氧碳粉。

2.2.2控制碳粉加入時機與鋁加入量

2.2.2.1碳粉加入時機

要保證碳氧反應充分進行，脫氧碳粉必須早加，因此必須嚴格控制脫氧碳粉加入時機，出鋼30 s內須將用以脫氧的碳粉加完；低碳鋼系列鋼種要待鋼包內碳-氧反應趨于平靜后再加入脫氧劑，以防碳粉氧化不徹底造成鋼水增碳。中、高碳鋼系列鋼種根據合金的加入時機以及鋼包內C-O反應情況，所加碳粉按照0～20%的增碳考慮。

2.2.2.2確定鋁的加入量

理論計算10 kg碳粉與15 kg純鋁的脫氧量相當，但考慮到碳與鋁脫氧能力的差別，碳粉的脫氧效率和純鋁的脫氧效率可以按1∶1換算，實施碳粉脫氧爐次脫氧完全，避免脫氧不良。在使用碳脫氧的爐次，鋁塊的加入量也應該做相應減少，調整后的鋁塊加入量可以按下式計算：鋁塊加入量=根據規程計算的鋁塊加入量-脫氧碳粉的加入量。

3　取得效果

2015年8月，濟鋼120作業區共冶煉鋼水2071爐，實施碳粉脫氧爐次1366爐次，占比65.96 %。其實施爐次，脫氧用碳粉最少10 kg /爐，最多50 kg /爐，平均34 kg /爐。共節約鋁47 000 kg。噸鋼鋁塊消耗降低了0.16 kg，取得了較好的經濟效益和質量效益。

4　結論

1)出鋼時加入碳粉，能增加了反應物[C]的濃度，進一步促進反應[C]+[O]={CO}向右進行，能降低鋼中氧含量，減少脫氧劑鋁的消耗。

2)出鋼30 s內須將用以脫氧的碳粉加完，并根據鋼種和轉爐終點鋼水氧含量及出鋼時間調整脫氧碳粉加入量，碳粉的脫氧效率和純鋁的脫氧效率按1∶1換算，能保證碳粉脫氧爐次脫氧完全。

3)通過生產實踐，實施碳粉脫氧后，鋁塊消耗可降低0.16 kg/鋼，脫氧產物CO在鋼液中無殘留，取得了較好的經濟效益和質量效益。

[1]馮捷，張紅文. 煉鋼基礎知識[M] . 北京 :冶金工業出版社，2005：146-148.

RESEARCH AND PRACTICE OF CARBON DEOXIDATION PROCESS

Song Linhai

(Jinan branch, Shandong Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The powdered carbon deoxidization process was introduced in the jinan branch steel 120 tons converter of Shandong steel. The analysis indicated: For carbon and oxygen reaction, increasing the carbon concentration of the reactant, decreasing molten steel temperature and reducing CO pressure were the favorable factors to the right of reaction, a certain amount of carbon powder adding at the early stage of the tapping to reduce the oxygen content in steel. It reduces deoxidizer aluminum consumption, lower production cost.

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2016—2—25

聯系人：宋林海，助理工程師，山東.濟南(250101)，山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鋼廠；