基于轉(zhuǎn)爐雙渣法優(yōu)化的合金鋼冶煉工藝研究

陳 凱

（東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110004）

對于大部分鋼種來說，磷是有害元素。磷使鋼的塑性和韌性降低，產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。隨著鋼中磷的含量升高，導(dǎo)致鋼液表面張力降低，從而降低了鋼的抗熱裂紋性能。脫磷任務(wù)主要在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中進(jìn)行，如反應(yīng)式（1）所示。

磷首先被氧化成P2O5，再與CaO反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而使磷由鋼液進(jìn)入渣中，達(dá)到脫磷效果。然而，當(dāng)脫磷條件不好，例如堿度過低、爐渣氧化性低、流動性差等，往往會造成“回磷”現(xiàn)象，即磷又從熔渣返回到鋼液中。針對此，由日本新日鐵公司最先使用的雙渣法脫磷工藝很好地抑制了轉(zhuǎn)爐“回磷”現(xiàn)象的發(fā)生，同時諸如國內(nèi)本鋼、遷鋼、唐鋼等也相繼投入使用該工藝，逐步取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐單渣法工藝，占轉(zhuǎn)爐冶煉工藝比率約65%。

1 雙渣法冶煉工藝概述

轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣煉鋼工藝指的是在冶煉過程中將轉(zhuǎn)爐吹煉分成兩步進(jìn)行，首先將金屬液進(jìn)行脫磷、脫硅，完成后將部分爐渣倒出進(jìn)行二次吹煉；其次，將金屬液進(jìn)行脫碳處理，達(dá)到出鋼要求。

轉(zhuǎn)爐雙渣法冶煉過程如圖1所示。與傳統(tǒng)單渣法冶煉相比，雙渣法通過中間的倒渣操作，將轉(zhuǎn)爐的脫磷與脫碳階段進(jìn)行分離，一方面保證了前期脫磷徹底，防止發(fā)生“回磷”現(xiàn)象，另一方面由于進(jìn)行倒渣后的渣量少，減少了熔池內(nèi)熱量損失，保證了后期出鋼溫度，同時也有效避免了由于渣量過大而造成的“溢渣”現(xiàn)象。

圖1 轉(zhuǎn)爐雙渣法操作流程

2 雙渣法煉鋼工藝制度分析

2.1 雙渣法煉鋼爐內(nèi)部分合金化

采用少渣煉鋼工藝可以大大減少造渣材料的消耗，因此由于鋼液不必向渣中傳遞大量熱量，從而能夠?yàn)殂t礦及錳礦向合金化的轉(zhuǎn)化創(chuàng)造有利條件。

2.2 雙渣法煉鋼造渣制度

采用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行少渣吹煉工作時，更多的選擇在吹煉工作前期或中期進(jìn)行生石灰、白云石等其他造渣材料的投入。

2.3 雙渣法煉鋼供氣制度

進(jìn)行少渣煉鋼工作，前期會因?yàn)檗D(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水中有較低含量的硅、錳，提前發(fā)生碳氧反應(yīng)，當(dāng)頂吹氧槍出現(xiàn)槍位低、爐渣量少便會引起金屬噴濺。當(dāng)前期轉(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水中含有較高成分的硅、錳時，選擇較高槍位進(jìn)行操作，便可迅速化渣，提高渣中氧化鐵含量。

3 雙渣法少渣冶煉工藝的注意事項(xiàng)

高效提取出脫磷爐渣的關(guān)鍵在于如何有效對爐渣流動性進(jìn)行控制，在冶煉工作中需做到幾點(diǎn)：確保爐渣處于低粘度；脫磷時對爐內(nèi)溫度進(jìn)行適當(dāng)提升；確保爐渣完全熔化，避免爐渣結(jié)塊，發(fā)生“返干”。

一旦出現(xiàn)鋼水中的磷含量較低或較高時，必須采用后吹或補(bǔ)吹以保證其含量穩(wěn)定。在吹煉前期進(jìn)行高效脫磷主要有3個關(guān)鍵步驟：（1）強(qiáng)化金屬熔池內(nèi)的攪拌，使磷成分在熔池內(nèi)傳質(zhì)迅速。（2）對供氧進(jìn)行調(diào)整，抑或采用鐵礦石、氧化鐵皮成分的加入，能夠?qū)ρ趸F的活度完成高效提升。（3）進(jìn)行中間倒渣操作時機(jī)應(yīng)準(zhǔn)確，一般選取冶煉開始6~7 min后進(jìn)行倒渣操作。

4 雙渣法與傳統(tǒng)單渣法對比

近年來，轉(zhuǎn)爐雙渣法工藝已被我國各大鋼廠廣泛采用并施行，對本鋼、邯鋼、遷鋼、首秦4個鋼廠的轉(zhuǎn)爐雙渣法與單渣法工藝參數(shù)進(jìn)行對比，如表1所示。

表1 國內(nèi)各鋼廠單雙渣冶煉工藝對比

由表1可見，轉(zhuǎn)爐雙渣法工藝相比于傳統(tǒng)單渣法冶煉工藝，脫磷率平均提高4.3%，石灰消耗量降低 10～25 kg/t，白云石消耗量降低 4～10 kg/t，鋼鐵料消耗降低5～7 kg/t，氧耗平均降低1.75 m3/t。可見采用轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉工藝，不僅能進(jìn)一步起到深脫磷的效果，同時對鋼鐵料、造渣料以及吹煉用氧消耗也大幅度減少，在滿足冶煉要求的同時降低了轉(zhuǎn)爐冶煉成本。

5 雙渣法存在問題

由于該工藝在冶煉中期進(jìn)行倒渣操作，會造成中后期渣量較少，從而渣層較薄，此時若化渣不良，極易造成爐渣“返干”，在頂吹射流沖擊以及底吹攪拌的攪拌作用下，極易發(fā)生金屬飛濺出爐外，造成金屬損失并對爐口、除塵設(shè)施、氧槍等造成燒損。

為避免這種危害的產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格按照造渣制度加料，保證化渣良好，使?fàn)t渣適度泡沫化從而對鋼液起到良好的覆蓋作用。

6 結(jié) 語

采用轉(zhuǎn)爐雙渣這一少渣冶煉操作方法進(jìn)行金屬冶煉能夠高效提升鐵水收得率，減少冶煉時間，有效提升轉(zhuǎn)爐的工作效率，延長轉(zhuǎn)爐使用壽命，提升鋼水純凈度，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。根據(jù)國內(nèi)外諸多鋼鐵工藝研究證明，雙渣法少渣煉鋼這一工藝的低鋼鐵消耗量可以緩解我國目前的鐵礦資源緊張現(xiàn)狀，應(yīng)用前景非常可觀。