210 t轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧合金化工藝控制

許 建

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日 照276800）

1 前 言

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，脫氧合金化是一個重要的過程，是影響鋼產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)成本的重要因素。脫氧合金化是冶煉過程的最后一步操作，在一般情況下，脫氧與合金化的操作是同時進(jìn)行的。如果操作不當(dāng)不僅會影響合金的回收率，增加精煉處理難度，鋼水夾雜物增多、可澆性差，影響鑄坯質(zhì)量，嚴(yán)重時會造成廢品甚至導(dǎo)致鑄機(jī)斷澆事故，因此提高脫氧合金化工藝控制水平是煉鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧合金化工藝

2.1 脫氧劑的加入量計算

轉(zhuǎn)爐煉鋼采用應(yīng)用最廣泛的是出鋼后鋼包內(nèi)沉淀脫氧法。脫氧劑普遍采用鋁系強(qiáng)脫氧劑（純鋁或復(fù)合脫氧劑），用過量鋁進(jìn)行預(yù)脫氧，一般使鋼中［Al］為0.015%～0.050%。鋁的吸收率波動范圍很大，不易控制。鋁脫氧反應(yīng)式為：

由公式可以計算出去除鋼中0.01%的氧需純鋁量為0.011 25%，即噸鋼耗鋁量為0.112 5 kg。含鋁復(fù)合脫氧劑亦可換算出噸鋼耗鋁量，例如使用含鋁55%的鋁錳鐵，噸鋼消耗0.2 kg。噸鋼耗Al線約為0.38 m（按1 kg鋁線3.4 m考慮）。因出鋼過程鋼液完全裸露，與大氣直接接觸，會發(fā)生吸氧現(xiàn)象，且會有部分鋼渣帶入鋼包，所以實(shí)際上可按照以下公式計算：

式中：a為脫除鋼水定氧值理論所消耗的鋁或鋁錳鐵；b為和渣中FeO 及與空氣中的氧反應(yīng)消耗的鋁或鋁錳鐵，出鋼時間長鋼流細(xì)小且發(fā)散，接觸空氣多，耗鋁多，出鋼時間短鋼流大且不發(fā)散，接觸空氣少，耗鋁少；c為喂鋁線量，保證鋼種要求的鋁成分。

山鋼集團(tuán)210 t轉(zhuǎn)爐大量實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，隨著鋼中氧含量（a）的升高，（a＋b）/a比值則降低。例如氧含量（a）在 0.025%～0.03% 時，其值約為 2.0；在0.03%～0.06%時，其值約為1.5～1.9；在0.06%～0.09%時，其值約為1.2～1.4；＞0.09%時，其值約為1.0～1.1。由此可見，b值在正常條件下不會有較大的波動，甚至是一定時間內(nèi)是固定的，因?yàn)殇摪略坑邢蓿丛袔氲腇eO有限，空氣中氧消耗的鋁也有限。根據(jù)這些實(shí)質(zhì)性的規(guī)律，對于脫氧合金化，特別是Al的加入量控制起到了有效的指導(dǎo)作用。

2.2 合金加入順序

按照強(qiáng)→弱→強(qiáng)的方式加入，以提高和穩(wěn)定Si、Mn元素的收得率，減少合金消耗。銅板、鎳板、鉬鐵等不易氧化的合金隨廢鋼一起加入轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐在出鋼時，強(qiáng)脫氧劑如鋁塊、鋁錳合金等先加入，合金化劑隨后加入；易氧化的貴重合金，如鈮鐵、釩鐵等在脫氧良好的條件下加入，即在脫氧劑全部加完后再加，減少燒損；鋁線放在CAS站加入；微量易氧化的合金如鈦鐵、硼鐵放在精煉加入。此加入順序的優(yōu)點(diǎn)是提高并穩(wěn)定了合金收得率，減少合金用量；缺點(diǎn)是脫氧產(chǎn)物上浮慢。采用鋼包底吹氬及復(fù)合脫氧劑可解決此問題。

把握好合金的加入時機(jī)非常關(guān)鍵，必須在出鋼至1/4左右時開始陸續(xù)加入合金，直到出鋼至3/4左右時加完，不要過早或過晚。為保證合金熔化和攪拌均勻，合金要加入到鋼流沖擊處，同時鋼包底吹氬攪拌，提高了合金的收得率，降低了合金成本。同時，為保證鋼水脫硫、防止鋼水回磷，出鋼過程中還需往鋼包內(nèi)加入一定量的小顆粒石灰以及螢石。

2.3 鋁線的加入方式

根據(jù)［Als］目標(biāo)值及氧活度確定鋁線加入量，用喂絲機(jī)將鋁線以4～5 m/s 的速度快速穿破渣層垂直鋼水表面喂入，送到鋼包底部熔化。同時進(jìn)行適度底吹氬攪拌，保證鋁被鋼液充分吸收。喂線后吹氬采用弱攪拌，促使鋼中大顆粒夾雜物上浮，潔凈鋼水均勻成分［1］。

轉(zhuǎn)爐出鋼全程吹氬、嚴(yán)格擋渣，控制鋼、渣氧勢，以減少鋁線用于脫氧的數(shù)量。出鋼完畢，鋼包到達(dá)氬站實(shí)施底吹氣強(qiáng)攪大翻進(jìn)行破渣殼操作，保證鋁線能夠順利喂入。喂鋁線時應(yīng)垂直插入鋼水，避免鋁線在鋼水上部氧化造成鋁成分偏析，喂鋁線時盡可能一次性喂入。同時控制合適的鋁線用量，避免鋼水中鋁含量過高。對于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，脫氧產(chǎn)物為Al2O3，熔點(diǎn)2 050 ℃，在鋼水中呈固態(tài)，含量多可使鋼水的可澆性變差，易堵水口。另外Al2O3為不變形夾雜物，影響鋼材性能。通過吹氬攪拌加速Al2O3上浮排出，或者喂入Si-Ca、Ca線的鈣處理，改變Al2O3形態(tài)。

2.4 準(zhǔn)確判斷余錳量

錳為弱脫氧劑，只有在碳含量非常低、氧含量很高時才有脫氧作用，但錳和其他脫氧元素（例如Al、Si）混合使用時可提高脫氧效果，因此錳具有輔助脫氧作用。

和P、S一樣，錳在鋼液中也是不能完全被去除的，它分配于渣—鋼兩相，即存在渣鋼分配比。影響渣鋼分配比的因素很多，凡是影響終點(diǎn)渣TFe增高的因素，余錳都降低，反之余錳增高。在分配比一定時，余錳取決于爐料（主要是鐵水）錳含量。大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)證實(shí)，鋼水殘Mn 含量一般是鐵水錳含量的1/3，但與終點(diǎn)溫度、碳含量、氧含量有很大關(guān)系，溫度、碳含量越高余錳越高，終點(diǎn)氧含量越低余錳越高。

終點(diǎn)碳含量相對高時（0.08%～0.20%），補(bǔ)吹一次約降低0.02%～0.05%錳，補(bǔ)加對應(yīng)降低的錳合金；當(dāng)終點(diǎn)碳含量較低時（0.06%以下），補(bǔ)吹主要增加鋼水鐵元素吹損，錳含量降低不明顯，可不補(bǔ)加錳合金，但要適當(dāng)補(bǔ)加脫氧劑。

2.5 出鋼量的影響

一般轉(zhuǎn)爐裝入量都是根據(jù)對應(yīng)爐次鋼包情況決定的，前期鋼包容量小，裝入量少，相應(yīng)的出鋼量也低，合金加入量也小；反之，中后期鋼包容量大，裝入量多，相應(yīng)的出鋼量和合金加入量大。

大的噴濺造成的鐵損可達(dá)3%～4%，會降低出鋼量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況相應(yīng)減少合金加入量，防止合金成分超上限范圍，導(dǎo)致回爐或出現(xiàn)廢品。

冶煉后期，熔池中碳含量不高，脫碳速度逐步減弱。當(dāng)碳含量減少至約0.07%～0.10%時，Vc已很小，此時供入的氧氣主要用來氧化鋼水中的Fe元素。如果后吹，則會增加鐵損，降低出鋼量，此時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況減少合金加入量。

2.6 鋼包下渣量與吹氬控制

2.6.1 下渣量控制

進(jìn)入鋼包的鋼渣中含有15%左右的FeO，爐渣與鋼水接觸中被Si、Al等合金還原，降低了Si、Al等合金收得率。尤其是在鋼包吹氬攪拌時，爐渣和鋼水接觸面大，作用時間長，對合金收得率影響大。終渣氧化性越強(qiáng)，下渣量越大的爐次合金收得率越低，鋼水回磷越嚴(yán)重。一旦大量下渣，不僅造成回磷，還會降低合金收得率，其中最明顯的有Si和Al。大量下渣對各成分的影響見表1。

表1 大量下渣對各成分的影響 %

由表1 可以看出，大量下渣除造成大量回磷外，還會造成“吃硅”，因此，若出現(xiàn)鋼包大量下渣的情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際下渣量，補(bǔ)加一定量的脫氧合金及硅鐵。

2.6.2 鋼包吹氬氣流量控制

除新包、中小修包外，其他鋼包出鋼前打開底吹，開度100%，避免包底結(jié)冷鋼；出鋼后期，適當(dāng)調(diào)小氬氣開度，保障操作人員能夠肉眼看清鋼、渣流，防止下渣污染鋼水。CAS 站喂鋁線時保持開度100%，喂線后吹氬采用弱攪拌，促使鋼中大顆粒夾雜物上浮，潔凈鋼水，均勻成分。

小修包、中修包、大修包底吹透氣性一般都比較好，出鋼時應(yīng)小流量控制吹氬，避免鋼水溫降過大，造成不必要的熱量損失。小修包第二爐一般溫降較大且溫降無規(guī)律，存在厚度不一的包底，為防止底吹不透，應(yīng)采用大流量吹氬。

2.6.3 加入脫硫劑的吹氬控制

出鋼后如果加入脫硫劑改善鋼渣，應(yīng)保持吹氬使得鋼水呈弱攪狀態(tài)，避免脫硫劑化不開冒煙或者於渣翻騰帶鋼。根據(jù)不同鋼包狀況、出鋼溫度，底吹狀況，采用合理的吹氬方法。若鋼包是新包、中小修包，出鋼溫度高，應(yīng)采用小流量氬氣控制，防止鋼包大翻冒煙；若鋼包烘烤不佳或者底吹較差，出鋼溫度低，應(yīng)采用大流量吹氬控制，避免鋼包底吹不透及脫硫劑不熔化的現(xiàn)象發(fā)生。

3 結(jié) 語

加鋁量可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行實(shí)際操作，有助于提高合金收得率，節(jié)約成本。合金加入順序按強(qiáng)→弱→強(qiáng)的方式加入，提高和穩(wěn)定Si、Mn元素的收得率，減少合金消耗。鋼水終點(diǎn)余錳、出鋼量、下渣量均會不同程度的影響脫氧合金化，根據(jù)實(shí)際情況，要及時調(diào)整，避免成分出格。整個脫氧合金化過程中，要全程吹氬，嚴(yán)格擋渣，控制鋼、渣氧勢，降低合金用量，提高鋼水質(zhì)量。