中高錳鐵水冶煉技術的探討

靳立山

（濟鋼集團有限公司生產部，山東濟南250101）

生產技術

中高錳鐵水冶煉技術的探討

靳立山

（濟鋼集團有限公司生產部，山東濟南250101）

轉爐用高錳鐵水冶煉存在金屬噴濺、冶煉終點鋼水余Mn含量偏低、冶煉操作不易控制等問題。通過充分利用終點Mn與渣系堿度、氧化鐵間的關系特性，優化冶煉操作，達到提高冶煉余Mn含量、穩定冶煉操作的目的，終點余Mn含量由0.125%提高到0.196%，提升了鐵水中Mn的利用率，減少了后期合金化操作成本。

高錳鐵水；冶煉技術；終點余Mn

1 前言

目前，高錳礦價格普遍處于低位，為鋼企降低生產成本提供了良好契機。高錳鐵水對煉鋼生產中的過程控制和終點控制會產生較大的影響，高Mn鐵水中的Mn在冶煉過程中會使轉爐溢渣、噴濺加劇，若控制不當，Mn的利用率將無法保障，從而導致成本損失。供煉鋼用鐵水中的Mn含量一般在0.40%～1.0%之間，其中60%以上鐵水的Mn含量在0.60%以上。經統計，在轉爐終點C含量為0.067%時，其余Mn含量為0.125%（平均值）。如何提高鐵水中Mn的利用率，使余Mn盡可能多地留在鋼水中，減少后期合金化成本，是本研究討論的核心。

2 高Mn鐵水冶煉技術分析

2.1 Mn在煉鋼過程中的反應機理

在轉爐冶煉初期，鐵水中的Mn能夠增快冶煉過程中的成渣速度，其與鋼水中的S、O元素反應生成熔點較高且易上浮的MnO和MnS，是良好的脫氧劑和脫硫劑。在冶煉后期，由于鋼水溫度升高，在堿性鋼渣條件下，氧化Mn還原為金屬Mn，從而殘余在鋼水中。提高鋼水中的余Mn量，可減少合金化錳鐵的使用量，降低合金成本。

轉爐冶煉初期，Mn迅速被大量氧化，由于Mn與O的結合能力低于Si與O的結合能力，其氧化程度要低于Si，在吹煉前期形成（MnO·SiO2），隨著爐渣中CaO含量的增加，會發生下列反應：

Mn氧化后生成溶于渣的MnO。溶于渣中的（MnO）呈游離狀態，隨著吹煉后期爐溫升高，（MnO）將被還原，即：

溫度越高，還原出來的Mn量越大，即“余Mn”量高。在堿性和溫度一定時，（MnO）含量越高，還原出來的Mn也越多。可通過渣量的控制或向渣中加入Mn礦達到提高（MnO）含量的目的［1］。

2.2 轉爐冶煉過程中爐渣變化

對冶煉過程中每1/4吹煉時間的爐渣組成進行了分析，其過程溫度和部分爐渣組成見表1。

表1 冶煉過程爐渣溫度及組成

對冶煉過程各個時期的爐渣做巖相分析，爐渣巖相組成見圖1。

從圖1可以看出：（CaO）與［TFe］在吹煉后期達到最大值，有利于［Mn］的還原。

3 中高Mn鐵水冶煉技術優化

根據Mn在轉爐冶煉過程中氧化和還原機理，通過優化冶煉操作，提高轉爐終點余Mn含量，達到降低金屬料損失，提高金屬收得率，降低合金化成本的目的。

轉爐冶煉過程中Mn的還原主要取決于鋼渣中Mn的分配比，影響Mn分配比的主要因素包括：爐渣中游離（MnO）的含量、終點溫度、熔渣中FeO含量、爐渣渣量等。在轉爐冶煉過程中加快Mn的還原和提高鋼渣中Mn的分配系數主要通過下列措施進行實現：

1）提高爐溫。提高爐溫有利于（MnO）的還原，從而提高余Mn含量。2）提高堿度。爐渣中堿度的提高，使渣中（CaO）含量能夠一直保持在較高的狀態，可以促使游離（MnO）的含量上升，從而提高鋼水中的余Mn含量。3）降低渣中（FeO）含量。渣中（FeO）含量降低，將促使Mn→MnO的反應逆向進行，提高鋼水中余Mn含量。4）提高終點C。從轉爐吹煉過程Mn的變化趨勢圖中可明顯看出，冶煉高碳鋼時，因終點C含量高，其余Mn含量也明顯偏高。

圖1 成渣過程渣樣的巖相分析

3.1 用氧制度的優化

轉爐冶煉的用氧制度主要是指根據鐵水溫度、鐵水主要成分含量、入爐金屬料等不同，通過控制轉爐冶煉過程不同時期的氧氣流量、壓力和槍位等操作，根據中高Mn鐵水中Mn含量較高特點，對轉爐不同吹煉時期進行優化。

1）冶煉前期。在中高Mn鐵水條件下，冶煉前期易產生大量MnO，造成低溫溢渣，帶走大量金屬。通過控制MnO的生成速度，為終點余Mn提高做好準備。前期主要優化措施為適當降低吹煉槍位，將前期吹煉槍位在原槍位的基礎上降低50～100mm；降低供氧強度，將氧壓確定為0.90～0.95 MPa；同時，由于降低供氧強度，FeO的生成相對減少，使高Mn鐵水下前期爐渣嚴重泡沫化的問題得到解決。

2）冶煉中期。冶煉中期，主要是通過槍位的變化來控制爐渣的稀稠。由于高Mn鐵水前期控制泡沫渣的均勻生成，在吹煉中期，有充足的游離態的（MnO），使得槍位控制由原鐵水條件下的恒槍恒壓模式調整為變槍恒壓模式，且槍位在原槍位的基礎上降低50mm。通過溫度上升的均勻控制，提高了冶煉中期Mn的還原。

3）冶煉后期。為進一步提高終點余Mn含量，主要是控制后期爐渣中的FeO含量、終點C含量，進而提高鋼水中的余Mn量。主要操作是通過早“拉碳”的方式，來提高對終點溫度、終點C的命中率。槍位控制以提高終點“拉碳時間”為目的，較原操作模式早30 s（轉爐的平均吹煉時間在12min左右）進行降槍“拉碳”操作，同時“拉碳時間”由原來的30 s提高到60 s。

3.2 加料制度的優化

為進一步提高中高Mn鐵水條件下的轉爐過程控制水平，減少因鐵水Mn高造成的溢渣、噴濺現象和提高轉爐終點余Mn含量，對轉爐冶煉過程中的加料工藝進行了優化。主要為冶金石灰、礦石加入時機的調整和石灰石的使用

1）冶金石灰加入工藝的調整。在原工藝條件下，石灰的使用主要分兩個階段加入。因原條件下為保證前期化渣效果，在開吹過程中放入總用量3/4左右的石灰，進行前期化渣，剩余部分石灰在前期來渣后分次加入，以確保爐渣有適當流動性（爐渣堿度適當）。使用中高Mn鐵水后，由于MnO，對化渣起到積極作用，其原因在于Mn2+與Fe2+離子半徑相近，具有穿透致密層的能力［2］，前期成渣速度加快，導致爐渣堿度降低及鋼水溫度上升加快，不利于后期操作。因此，調整為開吹過程加入絕大部分石灰（約4/5），剩余石灰根據爐渣情況適時加入，不再嚴格區分石灰加入的兩階段操作。

2）礦石加入工藝的優化。轉爐冶煉使用礦石的目的是控制轉爐過程溫度并通過還原礦石中的FeO來提高金屬收得率，通過控制渣中FeO含量來控制爐渣流動性。由于中高Mn鐵水在冶煉前期爐渣流動性較好，按原來的操作方案將導致前期溢渣嚴重，因此通過不斷實踐，明確了前期礦石的加入量控制在8～15 kg/t之間。為保證冶煉后期爐渣中Mn還原的條件，避免因加入礦石渣中FeO含量過高導致后期Mn的氧化還原條件限制，應在終點前90 s內嚴禁加入礦石。

3）冷卻劑—石灰石的使用。中高Mn鐵水條件下，轉爐冶煉前期由于Mn的大量氧化，爐內熱量聚集，鋼水溫度上升及成渣速率加快。為防止溫度上升過快影響前期脫磷效果以及成渣過快使爐渣嚴重泡沫化引起的溢渣、噴濺，采取在冶煉前期適當時機加入部分小顆粒石灰石作為冷卻劑，以控制冶煉前期鋼水溫度及溢渣等現象。小顆粒石灰石的加入也提高了爐渣的堿度，為提高自由態（MnO）的濃度提供了良好條件。

3.3 優化效果

1）轉爐過程溢渣和噴濺等現象得到明顯控制。轉爐用鐵水Mn含量自2011年4月份開始逐步上升，對操作工藝逐步采取一系列優化措施后，轉爐冶煉過程中的溢渣、噴濺等得到控制，鋼鐵料消耗出現了明顯的下降趨勢（見圖2）。

圖2 不同時期鋼鐵料消耗趨勢

2）轉爐終點余Mn含量得到明顯提高。2012年前8個月，對常規鋼種Q235B和HRB400鋼終點余Mn連續進行抽檢和跟蹤，期間的平均余Mn見表2。根據采集的終點余Mn數據，繪制終點余Mn變化趨勢圖見圖3。從圖3看出，自對中高Mn鐵水冶煉技術采取優化措施以來，2012年3—5月份終點余Mn含量穩步提升，余Mn含量自6月份有了明顯的提升，終點余Mn含量由1、2月份平均0.125%提高到6—8月份的0.196%。

表2 2012年1—8月份鋼種終點余Mn情況

圖3 常規鋼種冶煉終點余Mn含量

4 結語

通過對中高Mn鐵水冶煉技術的分析，重點對中高Mn鐵水冶煉過程中轉爐用氧技術和布料工藝進行優化，轉爐過程溢渣和噴濺等現象得到明顯控制，鋼鐵料消耗逐步降低，轉爐終點余Mn含量得到明顯提高，平均提高0.071%，提升了鐵水中Mn的利用率，減少后期合金化操作成本。通過穩定轉爐操作、提高職工操作水平，使得轉爐終點C含量及一次命中率提高，轉爐終點C由原來的平均0.067%提高到0.083%，終點C含量平均提高1.6個百分點，轉爐終點C含量一次命中率提高10%。

［1］曲英.煉鋼學原理［M］.北京：冶金工業出版社，1980.

［2］黃希祜.鋼鐵冶金原理［M］.2版.北京：冶金工業出版社，1990.

Abstract:Themicrostructure of low yieldtensile ratio steel requires for dual-phase which is difficultto control.Though giving full role of pre-leveler with heavy reduction and adjusting Muplic cooling parameters,plate shape is greatly improved;steel properties and yieldtensile ratio are better by optimizingthetempering process and controllingthe ratio of hard-soft phase.The low yield ratio of oil storagetank steelthat uses online quenching+offlinetempering process is belowto 0.90,andthe performance conformity ratio ismorethan 90%.

Key words:oil storagetank steel;low yieldtensile ratio;online quenching;offlinetempering;dual-phasemicrostructure

Study on Smelting Technology of Mediumand High Mn Molten Iron

JIN Lishan
（The Production Department of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

Some problems included hotmetal splash,low residual Mn content at smelting end point,difficult control of smelting operation and etc,were existed in BOF smelting used of high Mnmolten iron as rawmaterial.Through fully usingthe relationship characteristics of end point Mn with basicity in slag and iron oxide,optimizing smelting operation,the aim of enhancing residual Mn content in smelting and stabilizing smelting operation was achieved.The residual Mn content at end point was raised from 0.125%to 0.196%,andthe utilization factor of Mn inmolten iron was increased andthe alloying cost inthe late was reduced.

highmanganesemolten iron;smeltingtechnology;end point Mn

表2 不同規格的12MnNiVR性能統計情況

Optimization on Production Processof Oil StorageTank Steel with Low Yield TensileRatio

ZHANG Yingjie
（The Heavy Plate Plant of Jinan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

TF703

B

1004-4620（2014）02-0011-03

2014-01-14

靳立山，男，1971年生，2010年畢業于江蘇大學，工商管理碩士。現為濟鋼生產部工程師，從事計劃管理工作。