降低低碳低硅鋁鎮靜鋼脫氧劑成本工藝實踐

任 濤，陳洪民，王 濤，劉 林

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照276806）

1 前 言

低碳低硅鋁鎮靜鋼由于鋼水成分碳、硅、錳含量低，鋼水需要靠鋁制品全脫氧鎮靜；同時因匹配連鑄高拉速生產需求，中包樣碳要求＜0.045%，勢必導致轉爐終點出鋼氧含量高，這些原因導致鋁制品消耗居高不下。在目前大廢鋼量冶煉前提條件下，LF到站溫度低，前期化渣不良，埋弧效果差，導致LF升溫熱效率降低，精煉電耗較高。2019年6月以來，煉鋼廠通過推行多項降本工藝措施，歷時5個月攻關，實現了脫氧劑消耗及精煉電耗的降低。

2 工藝降本實踐

2.1 鋼的化學成分

為了保證低碳低硅鋼具有良好的沖壓性能，同時確保軋制具備良好的表面質量，特設計鋼的化學成分如表1所示。

表1 低碳低硅鋼化學成分 %

2.2 出鋼碳粉預脫氧

2.2.1 碳粉、電石脫氧原理

轉爐吹煉氧化結束時，熔池內的碳氧反應均未達到平衡，在一定溫度下，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狀態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：

碳氧反應為放熱反應，溫度逐漸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，出鋼時隨著鋼水溫度的降低，平衡正向發生即生成CO方向移動，促進C和O反應，反應物［C］和［O］會同時降低。出鋼時加入碳粉、電石，增加了反應物［C］的濃度，進一步促進反應向產生CO正向進行，降低了鋼中氧含量和脫氧劑鋁消耗。

2.2.2 出鋼氧對應碳粉、電石加入量

出鋼氧含量是決定脫氧碳粉、電石加入量的主要因素。根據碳粉、電石試驗結果確定加入量如表2所示。

表2 出鋼氧對應碳粉、電石加入量

2.2.3 脫氧效果

理論計算10 kg碳粉、26.7 kg電石與15 kg純鋁的脫氧量相當，但考慮到碳粉、電石與鋁脫氧能力的差別，碳粉、電石脫氧效率和純鋁的脫氧效率可以按1.2∶2∶1換算［2］。根據目前低碳低硅鋼碳粉、電石加入量統計，平均碳粉、電石加入量分別約為12 kg/爐、25 kg/爐。噸鋼可節約脫氧劑消耗約為0.06 kg/t，取得良好的工藝降本效果。

2.3 氬站喂鋁線提高收得率

轉爐出鋼合金化加入鋁錠一直存在鋁回收率偏低的技術難題，主要原因在于鋁錠密度遠小于鋼水密度，導致部分鋁錠脫氧合金化過程中浮于鋼水表面被氧化，降低了鋁錠脫氧合金化效果。通過轉爐降低正常出鋼鋁錠（380 kg）加入量，采用氬站喂鋁線方式，提高氬站鋁回收率。2019年6月13—21日，在6#氬站進行喂鋁線試驗（200 kg鋁錠＋750 m鋁線），共計41爐次。具體試驗結果如表3所示。

表3 喂線爐次與正常加鋁錠爐次對比

通過采用氬站喂線與正常加鋁錠爐次進行對比，在終點氧差別不大情況下，喂線爐次較正常鋁錠爐次氬站鋁回收率提高14%；精煉到站鋁提高0.009%；噸鋼脫氧劑消耗降低約0.10 kg/t。

2.4 出鋼熱態精煉渣渣洗

2.4.1 渣洗冶金功能

1）凈化鋼液。由于出鋼過程中鋼流和吹氬的攪拌作用，渣洗料快速溶化，并與脫氧產物等非金屬夾雜物碰撞、結合，進而上浮，動力學條件充足。

2）輔助脫氧、脫硫。渣洗后的液態產物覆蓋于鋼液表面，能起到良好的保溫和防止二次氧化作用，降低脫氧合金中鋁的使用量。

3）鋼包渣改質作用。渣洗過程具有擴散脫氧功能，可有效降低渣中FeO含量，同時渣中各種組分的變化對鋼包渣起到了一定的改質作用，能減少鋼渣對鋼包內襯的侵蝕。

2.4.2 精煉渣來源及成分

精煉渣來源：連鑄澆注結束后，在鋼水接受跨利用天車翻包倒入下爐次生產鋼包內，精煉渣加入量約3～4 kg/t。熱態精煉渣主要成分見表4。

表4 熱態精煉渣成分 %

2.4.3 渣洗試驗數據

1）渣樣分析。分別取10爐渣洗與未渣洗爐次的LF爐進站與送電10 min后渣樣進行對比，渣樣試驗數據如表5所示。渣洗爐次相比未渣洗爐次到站鋼渣氧化性低約2.39%；渣洗爐次到站及送電10 min渣中（Al2O3＋SiO2）相比未渣洗爐次高1.73%、2.31%，且TFe相比未渣洗爐次低2.41%、2.21%，同時渣洗爐次10 min送電后TFe為1.58%，基本成黃白渣狀態，表明化渣速度提高。

表5 渣樣數據對比 %

2）脫氧劑、精煉電耗對比（2019年8—9月）。渣洗爐次相比未渣洗爐次脫氧劑消耗降低0.13 kg/t，精煉電耗降低3.6（kW·h）/t。

2.5 出鋼硅脫氧工藝

基于后道工序工藝要求，硅含量控制在0.035%～0.054%，需在冶煉后期補加一定量的硅鐵，從而使硅含量達到控制范圍。結合2019年1—7月LF過程回硅及過程補加硅鐵量，首次提出出鋼硅脫氧工藝。此項全新工藝突破將LF過程增硅補加合金提前至出鋼過程加入硅鐵，降低出鋼過程氧，替代一部分鋁錠，從而達到降低脫氧劑鋁制品消耗的目的。2019年1—7月份LF過程回硅及硅鐵加入量如表6所示。

表6 2019年1—7月LF回硅及硅鐵加入量回硅

在保證硅成分合格前提下，結合LF過程回硅量、硅鐵加入量，為探究出鋼硅脫氧硅鐵最大值，在轉爐出鋼過程中（3～5 min）分別進行硅鐵加入量40、80、100、120 kg的工業試驗，最終確定出鋼硅脫氧加入量為120 kg/爐，脫氧劑消耗降低約0.14 kg/t。出鋼硅鐵脫氧試驗結果見圖1。

圖1 出鋼硅脫氧試驗結果

3 結論

3.1 生產低碳低硅鋁鎮靜鋼時通過降本工藝實施，煉鋼綜合降本效果明顯，鋁制品消耗相比降低約0.43 kg/t，精煉電耗降低約3.6（kW·h）/t。

3.2 在降低成本同時，出鋼熱態精煉渣洗工藝對于提高LF化渣、成渣速度效果明顯，到站鋼渣氧化性降低明顯。

3.3 首次在低碳低硅鋁鎮靜鋼實施出鋼硅脫氧工藝，同時結合工業試驗確定最大硅鐵加入量120 kg/爐，實現低碳低硅鋁鎮靜鋼硅鐵脫氧全新工藝突破。