北滿特鋼100t轉爐高拉碳工藝的生產實踐

吳全明， 龐洪亮， 劉廣君

(北滿特殊鋼有限責任公司， 黑龍江 齊齊哈爾 161041)

北滿特鋼100t轉爐冶煉高碳鋼有兩種方法,爐后增碳法和高拉碳法。北滿特鋼轉爐冶煉高碳鋼一直采用爐后增碳法，其缺點是鋼中氧含量高，脫氧劑，增碳劑消耗量大，夾雜物增加，為了保證碳成分均勻和脫氧效果，不得不增大鋼水攪拌強度和攪拌時間，這不僅延長了冶煉時間，增大了溫降，也給后道工序帶來了麻煩，使煉鋼成本增加[1-3]。北滿特鋼轉爐主要生產高碳低磷高合金鋼，為了提高質量，降低成本，結合北滿特鋼的實際情況，開展了轉爐高拉碳工藝的生產實踐，取得了良好的效果。

1 北滿特鋼轉爐的現狀

1.1 轉爐造渣原料種類少，質量較差，轉爐僅使用三級石灰，輕燒白云石和氧化鐵皮造渣，三級石灰的有效氧化鈣含量只有80%左右。

1.2 鐵水是有兩座450m3的高爐提供的，鐵水成分波動大，具體鐵水成分情況見表1。

表1 鐵水條件

1.3 鐵水的帶渣量比較大，尤其是二次鐵水，而北滿特鋼沒有鐵水預處理裝置，對鐵水的硅，磷，帶渣量是無法控制的。

2 轉爐高拉碳的工藝分析

2.1 轉爐冶煉高碳鋼的工藝特點

轉爐冶煉高碳鋼的特殊性在于在短時間內完成脫磷，保碳，升溫的操作過程，這對操作者來說難度很大，經常出現多次倒爐以及低碳出鋼的現象。轉爐冶煉高碳鋼，在吹煉終點時碳含量高,吹煉時間較短,吹煉終點正處于降碳速度較快的階段,很容易造成爐渣返干，不利于化渣、去磷和終點控制。

2.2 轉爐脫磷的基本原理

轉爐脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行的，其化學反應式為:

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]+Q(放熱)

該公式的平衡常數(Kp)表達式為：

Kp=W(4CaO·P2O5)/W2[P]W5(FeO)W4(CaO)

根據平衡移動原理，從脫磷反應式可以看出，提高(FeO)和(CaO)的濃度，降低(4CaO·P2O5)的濃度，反應向正反應方向進行，有利于脫磷。另外脫磷反應是強放熱反應，終點溫度高時，反應則向逆反應方向進行，易產生回磷。

所以轉爐高拉碳需要滿足脫磷條件: 高堿度，高氧化性，熔渣流動性良好，適當低溫和合適的渣量，才能做到保碳脫磷保溫度的工藝要求。

2.3 脫磷與高拉碳的關系

脫磷與脫碳各有特點。脫磷，溫度高時不利于脫磷，冶煉后期還容易回磷；脫碳，冶煉中期溫度升高時，由于存在碳與磷的競爭氧化反應，脫磷受到抑制，而脫碳反應激烈，速度快；冶煉后期，脫碳速度趨緩，在高氧化鐵、高堿度條件下，脫磷又趨活躍。相比較而言,在轉爐冶煉較短的供氧時間內，脫碳比脫磷更容易些，因為吹煉終點正處于降碳速度較快的階段，不利于化渣、去磷和終點控制。所以，終點有效高拉碳的前提是把磷脫到較低水平，即脫磷是關鍵，保碳是重點。

3 轉爐高拉碳工藝優化

3.1 造渣模式的優化

由于北滿特鋼轉爐原料很不穩定，針對高爐鐵水來料情況，為便于轉爐的過程控制，特制定了適合北興轉爐的兩種造渣模式。

(1)當鐵水Si<0.40%，P<0.080%，轉爐采用單渣法冶煉。

(2)當鐵水Si≥0.40%，P≥0.080%，或者鐵水帶渣量大(包括二次兌鐵的爐次)，轉爐采用雙渣法冶煉，即冶煉前期5min左右倒次前渣，達到少渣冶煉的目的。

通過造渣模式的優化，對于硅數高，磷高或者帶渣量大的鐵水，有利于轉爐通過前期倒渣，減少轉爐內酸性渣的量，降低氧化渣中的(SiO2)的含量，在相同石灰用量的情況下，提高爐渣的堿度，促進脫磷，達到少渣高效冶煉的目的。

3.2 前期化渣脫磷的工藝試驗及優化

由于轉爐冶煉高碳鋼吹氧時間短，所以在高拉碳操作時，快速成渣和過程化渣是關鍵，只有提早形成活躍性的堿性爐渣，才能使脫磷過程提前。根據前一爐出鋼時碳含量及氧化程度,掌握好留渣量的多少,一般將上一爐的留渣量控制在2到3t左右，如果上一爐的爐渣過氧化，則不留渣。這時采用北滿轉爐的造渣新工藝，在加廢鋼時料槽內配入1～1.5t的白渣球，兌鐵后，立即加入1～1.5t的氧化鐵皮，開吹后，改變傳統的習慣操作法(從吹煉開始，直接使用低槍位，快速升溫，以升溫來促進化渣操作)，而是采用緩慢降低槍位，控制到達低槍位的時間，前期以化渣脫磷為重點，并控制升溫速度，通過加氧化鐵皮將前期溫度控制在1 350℃到1 400℃之間。

通過冶煉前期的脫磷試驗(5min左右取渣樣)，前期爐渣的氧化鐵含量有原來的平均9.91%提高到平均14.26%(如圖1)，前期脫磷率有原來的24.81%提高到現在的35.93%(如圖2)。同時，總結出適合北滿轉爐冶煉前期脫磷的有利條件為：溫度在1 350℃到1 400℃之間，渣中氧化鐵含量控制在15%左右，堿度在1.3左右。

圖1 工藝調整前后轉爐冶煉前期爐渣氧化鐵含量(%)的變化

圖2 工藝調整前后轉爐冶煉前期脫磷率的變化

3.3 氧槍槍位控制的優化

北滿特鋼轉爐冶煉槍位原來一直采用“低一高一低”的模式(如圖3)，冶煉前期升溫快，渣中氧化鐵含量低，脫磷慢，脫碳期爐渣容易“返干”引起噴濺，轉爐的點吹率基本穩定在50%左右，而且大部分都是低碳高磷點吹，對爐襯的維護和鋼鐵料的消耗影響很大。現在槍位優化為“高一低一高一低”的模式，具體的槍位曲線如圖4和圖5。通過槍位的優化，轉爐的噴濺，點吹率得到了有效的控制，而且高拉碳比率，鋼鐵料消耗等各項指標都有了大幅度的提高。

圖3 優化前的槍位模式

圖4 優化后的單渣操作槍位模式

圖5 優化后的雙渣操作槍位模式

3.4 終點碳和終點溫度的優化

北滿特鋼轉爐冶煉高碳鋼，原來工藝要求碳含量大于0.15%，終點溫度要求大于1 640℃，但在實際生產中，終點控制很難達到這個要求。現在將高碳鋼高拉碳操作的終點碳含量定為大于0.20%，終點溫度定為大于1 590℃，在磷含量滿足工藝要求的前提下，即統計為高拉碳比率。雖然終點溫度降低了，但終點碳質量分數提高了，鋼水氧含量降低了，脫氧劑消耗減少了，合金的收得率提高了，到位成分命中率提高了，減少了由于增碳而開大氬氣攪拌所引起的溫降，經生產實踐檢驗，到精煉位溫度幾乎沒有大的變化，反而有利于提高鋼水質量和快節奏生產。

4 工藝優化后的效果

自從2014年5月份北滿特鋼轉爐開展高拉碳工藝攻關以來，轉爐高拉碳比率逐月提高(如圖6)，有優化工藝前的不足20%，現在已經穩定的提高到58.37%；而且高碳鋼的平均碳質量分數有優化前的0.119%提高到現在的0.236%(如圖7)；轉爐的點吹率有優化前的40%降低到現在的19.62%。

圖6 工藝優化前后轉爐高拉碳比率的變化

5 結論

5.1 結合轉爐高拉碳的工藝分析，以及冶煉前期化渣脫磷的試驗，總結出適合北滿轉爐冶煉前期脫磷的有利條件為：溫度在1350℃到1400℃之間，渣中氧化鐵質量分數控制在15%左右，堿度在1.5左右。

圖7 工藝優化前后終點碳含量(%)的變化

5.2 根據北滿特鋼轉爐原料的現狀，制定了適合北滿轉爐的兩種造渣供氧模式，經生產實踐檢驗，有利于提高高拉碳比例，有利于轉爐的穩定操作。

5.3 將轉爐高拉碳的工藝條件改為終點碳質量分數大于0.20%，終點溫度大于1590℃，經生產實踐檢驗，有利于整條生產線的經濟運行。

5.4 工藝優化后，高拉碳比例平均提高了38.37%，轉爐終點碳質量分數平均提高了0.123%，轉爐點吹率平均降低了20.38%。

5.5 采用高拉碳工藝后，降低了鋼水氧質量分數，減少了增碳劑和脫氧劑的消耗，降低了煉鋼成本，提高了鋼水質量。

[1]王雅貞等. 轉爐煉鋼問答[M]. 北京：冶金工業出版社，2003.

[2]武郁璞，程官江，王三忠，劉海強. 轉爐冶煉中高碳鋼磷的控制[J]. 鋼鐵研究，2005，(6)：34-36.

[3]田志紅,李永東,王海寶等.高拉碳法冶煉高碳鋼的生產技術.第十五屆全國煉鋼學術會議文集:180-183.

[4]黃希估.《鋼鐵冶金原理》(第三版)北京:冶金工業出版社2002.

[5]馮捷.張紅文.《轉爐煉鋼生產》北京:冶金工業出版社2009.