轉爐少渣冶煉一倒的相關研究

李章勇 武志杰 石 磊 孟凡雷 溫 靜

(河鋼集團邯鋼公司)

轉爐少渣冶煉一倒的相關研究

李章勇 武志杰 石 磊 孟凡雷 溫 靜

(河鋼集團邯鋼公司)

針對邯寶煉鋼廠實際生產情況，通過理論分析和計算對少渣冶煉的一倒溫度、熔渣堿度以及熱平衡和物料平衡進行了討論，確定了一倒的合理溫度區間，以及熔渣堿度控制參數，并以此為基礎進行工業生產實踐，取得了良好的效果，有效的降低了冶煉成本，簡化了爐渣處理過程，降低了環境壓力。

轉爐 少渣冶煉 一倒

0 前言

高效、低成本、低排放清潔生產是煉鋼技術發展的重要方向之一[1]。近年來，國內鋼鐵企業和科研機構積極探索轉爐少渣冶煉方法，其中首遷5座210 t頂底復吹轉爐、首秦3座100 t頂底復吹轉爐和沙鋼三座180 t頂底復吹轉爐均對少渣冶煉工藝展開了試驗研究，并取得了較好的成效[2]。

由于少渣冶煉工藝在經濟效益和環境保護上的優勢，河鋼邯鋼要求對少渣冶煉工藝展開攻關，為公司降本提質做貢獻。筆者通過理論分析計算，對少渣冶煉的一倒溫度、渣堿度進行了討論，為少渣冶煉一倒時機的確定提供理論基礎，從而達到前期高效脫磷的目的。

1 少渣冶煉工藝概述

少渣冶煉工藝的基本流程如圖1所示：

圖1 少渣冶煉工藝的基本流程

少渣冶煉工藝流程：利用前期低溫優勢進行脫磷，之后倒出脫磷渣，進入脫碳反應階段，出鋼后不倒渣，利用上一爐脫碳渣循環冶煉。

該工藝優點為：

(1)脫碳渣其本身具有較高堿度，所以降低了石灰的使用量，降低鋼鐵料消耗減少了污染物的排放。

(2)渣量少，所以提高了氧氣的利用率。

(3)出鋼后不倒渣，從而提高了鋼水的收得率。

(4)外排爐渣為低堿度渣，可以簡化爐渣處理過程。

盡管少渣冶煉工藝具有諸多優點，但是實際操作中也存在著很多難點，最突出的問題就是對一倒時間的確定，在確定一倒時間的過程中需要綜合考慮前期脫磷狀況；考慮爐渣堿度、流動性。因此，需要進行理論分析和計算為實際生產提供理論指導。

2 少渣冶煉一倒時機的理論分析

2.1 碳大量反應溫度

轉爐冶煉開始階段，磷、硅和錳的氧化抑制碳氧反應的進行，之后隨著溫度的升高碳氧開始劇烈反應，磷、硅和錳的氧化被碳氧反應所抑制，甚至不反應。該規律，可由鐵液元素的氧勢圖看出[3]。因此確定碳氧劇烈反應的溫度，對少渣冶煉一倒溫度有指導性作用。

由氧勢圖可以看出，碳大量氧化時的溫度即是碳硅反應的轉折溫度。根據熱力學原理可知：

SiO2+2[C]=[Si]+2CO

(1)

(2)

生產中鐵水成分和爐渣成分見表1，表2：

表1 鐵水成分

表2 渣成分

分別求出asi,asio2和ac，其中PCO取標準大氣壓。

asio2=γsio2·xsio2將渣成分進行換算得出x(SiO2)=0.16，x(CaO)=0.53，

x(FeO)=31 通過相圖查詢得出lgγSiO2=-1.1, 所以asio2=1.02×10-2

ΔG=540 870-305.153 T 當ΔG=0時，即T=1 772k=1 489 ℃為碳氧大量反應溫度。

該溫度為CO大量生成期，一倒溫度應為1 489 ℃之內。

綜上所述，一倒溫度應為小于1 489 ℃為佳。經過實際生產摸索，確定一倒溫度為 1 400 ℃較為合適。

2.2 一倒熔渣堿度對流動性的影響

爐渣流動性好壞直接影響一倒成功率，如果流動性太好渣子太泡，會導致噴濺；如果渣子流動性差、粘稠將會導致倒渣困難。1 400 ℃時，CaO-SiO2-FeO渣系中粘度變化規律如圖2所示。

圖2 CaO-SiO2-FeO渣系粘度

由圖可以看出當FeO含量一定且堿度大于1時，堿度升高將導致爐渣粘度上升，當堿度升至1.5時出現粘度密集區，即粘度會隨著堿度的升高急劇上升。因此一倒堿度應取在1.5左右。

2.3 留渣量確定

留渣量是少渣冶煉工藝中的重要環節，留渣量少無法達到去磷的效果，造成產品質量事故；留渣量多容易造成兌鐵冒煙，下槍無法點火造成泄爆，吹煉過程惡性噴濺等不良效果，不僅影響產線正常生產，同時嚴重污染環境，因此需要確定一倒合理的留渣量，保證生產順利進行。

通過對大量實際生產的跟蹤，當留渣量在15 t時，冶煉效果最佳。因此，確定一倒留渣量應控制在15 t左右。

2.4 動力學分析

少渣冶煉工藝一倒為脫磷階段，磷元素在煉鋼過程中主要是渣液之間的反應，可以用雙膜理論模型來研究其反應的動力學。從反應原理可知，脫磷反應主要是高溫下的電化學反應，擴散是脫磷反應的限制性環節，在一倒脫磷反應期，主要的限制性環節為鋼液中的磷向渣中的擴散，因此加強攪拌增大渣液的接觸面積有利于脫磷。

在實際生產中，由于少渣冶煉前期渣堿度的限制以及上一爐脫碳渣中本身還有殘留磷元素，因此，為了保證前期脫磷效果，應該保證前期化渣和底吹效果。

3 結論

通過理論分析可以得到以下三個結論：

(1) 一倒溫度應為小于1 489 ℃為佳。經過實際生產摸索，確定一倒溫度為1 400 ℃較為合適。

(2)一倒渣堿度應控制在1.5左右。

(3)一倒留渣量應控制在15 t左右。

(4)為保證良好的一倒化渣效果，應確保熔池攪拌效果良好。

[1] 劉瀏.建設高效低成本潔凈鋼平臺的關鍵技術[J].山東冶金，2011，33(2)：1-2

[2] 王新華，朱國森，李海波，等.氧氣轉爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術研究[J].中國冶金，2013，23(4)：41-42

[3] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業出版社，1990：370-373

RESEARCH ON CONVERTER FIRST SLAG PROCESS DURING LESS SLAG SMELTING

Li Zhangyong Wu Zhijie Shi lei Meng fanlei Wen Jing

(Hansteel Group of HBIS)

Based on the actual production situation of Hanbao steelmaking plant, a reasonable temperature range of first slag process and the basicity of slag control parameters were determined through theoretical analysis and calculation and discussing the less slag smelting pouring temperature, slag basicity and heat balance and material balance. The practice of industrial production achieved good results and effectively reduced the cost and environmental pressure.

converter less slag smelting first slag process

2016-10-14

*聯系人：李章勇, 河北.邯鄲(056009)，邯鄲市邯鋼公司邯寶煉鋼廠轉爐車間；