萊鋼60t轉爐單渣留渣操作實踐

王小璞（山東鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，山東　濟南　　250101）

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萊鋼60t轉爐單渣留渣操作實踐

王小璞
（山東鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，山東濟南250101）

摘要：留渣操作主要是利用前爐鋼冶煉終點的高堿度、高氧化性和高溫爐渣，促進本爐冶煉前期快速化渣，提高脫磷效率并降低渣料消耗。本文根據萊鋼60t轉爐單渣留渣操作實踐，系統分析了留渣操作存在的危害原理并提出了預防措施，介紹了萊鋼單渣留渣操作模式，并針對單渣留渣法和單渣法的冶煉前期和終點渣樣，對單渣留渣法的益處進行了對比分析。

關鍵詞：留渣；兌鐵噴濺；操作模式

0. 前言

留渣操作是近幾年各鋼廠轉爐工序操作重點研究攻關的技術，主要是利用前爐鋼冶煉終點的高堿度、高氧化性和高溫爐渣，促進本爐冶煉前期快速化渣，提高脫磷效率并降低渣料消耗。留渣操作又根據是否冶煉過程倒渣分為雙渣留渣法和單渣留渣法。萊鋼60t轉爐工序脫磷壓力不大，為降低渣料消耗并促進前期快速成渣以減少前期噴濺，選擇了單渣留渣操作進行攻關，形成了穩定的單渣留渣操作模型，并研究解決了留渣操作的兌鐵噴濺和開吹打不著火生產事故，實現了可觀的生產效益。

1. 單渣留渣操作存在危害的原理及預防

轉爐留渣操作在20世紀80年代既已被提出，但由于沒有掌握留渣后操作安全規律，因此一直沒有得到大范圍推廣應用。但氧氣轉爐留渣操作能夠充分利用前爐鋼終點爐渣的熱量、堿度和氧化性，大幅降低渣料消耗，在轉爐吹煉初期可以快速造就高堿度氧化渣，有利于提高生產效率，并具有顯著的經濟效益，特別在鐵水資源不足的鋼廠效益更加突出。因此各鋼廠一直在進行生產試驗，以求實現留渣操作的穩定。

留渣操作主要有兩方面的危害：一是兌鐵時碳氧劇烈反應發生大噴；二是轉爐開吹打不著火，轉爐煙道內氧氣和一氧化碳達到爆炸極限，產生煙道爆炸事故。

1.1兌鐵大噴的原因及預防

萊鋼煉鋼廠鐵水成分見表1。冶煉終渣成分基本保持在：CaO47%～51%； MgO8%～11%；SiO214%～17%；FeO 11%～17%。

表1萊鋼煉鋼廠鐵水成分范圍

兌鐵水時產生噴濺的原因是在兌鐵的瞬間，鐵水中的碳與鋼渣中的FeO發生激烈的脫碳反應，生成的CO氣泡在近似自由空間迅速膨脹，把鐵水和鋼渣推出爐口所致。只有解決兌鐵時的碳氧激烈反應，才能避免噴濺。當鐵水兌入留有上一爐終渣的轉爐時，金屬與爐渣發生下列反應：

由式（2）×2-式（1）得出式（3）：

此反應式的自由能變化為：

式中：

fi——溶質組元的活度系數。

取PCO=1.01×104Pa，則：

式中：eij——指鋼液中溶質i對j的相互作用系數，即當元素i在鋼液內百分濃度不變時，每加入1%元素j引起元素i活度系數改變的對數值。

根據萊鋼煉鋼廠轉爐冶煉終渣成分，R=3.0，FeO含量為15%，查表得a（SiO2）=0.0001，故

要限制鐵水中碳元素的氧化，必須使△G≥0，即滿足：

即溫度低于1507℃時，鐵水和上一爐的爐渣接觸，首先是硅的氧化（但也不排除有碳的氧化，因為鐵水中含碳量較高），也就限制了碳的激烈氧化。

另外，也可根據不同溫度下各種純氧化物的分解壓力找出碳和硅優先氧化的溫度。由氧化物標準生成自由焓的變化與溫度的關系可知：SiO2分解壓力曲線與CO分解壓力曲線相交的對應溫度為1530℃。當t小于1530℃時，［Si］先于［C］被氧化；當t大于1530℃時則［C］先于［Si］被氧化。既便是在熱力學滿足式（3）的情況下，反應也不一定進行或進行的很緩慢而不會造成噴濺，這是由復雜的動力學因素決定的。從動力學的觀點分析，化學反應速度常數與絕對溫度之間符合Arrhenius關系式：

式中：

k——化學反應速度常數；

e——化學反應的活化能；

k0——頻率因子。

上式表明，化學反應速度隨溫度升高而加快，也就是說溫度越高發生噴濺的概率越大。反之，化學反應速度降低，發生噴濺的概率越小。

圖1單渣留渣法操作示意圖

從熱力學和動力學的分析都可以看出，降低爐渣溫度是避免出現兌鐵大噴的關鍵因素，目前轉爐大部分實現了濺渣護爐，濺渣后爐渣溫度均低于1500℃。可以說留渣操作的條件已經具備。同時在濺渣操作時，通過濺干爐渣，防止有液態爐渣，濺渣終點由爐長親自查看爐渣狀態，濺渣時加入一部分石灰等渣料等措施，可以確保兌鐵時不出現大噴危害。

圖2單渣留渣法操作模式

1.2開吹打不著火的原因及預防

開吹打不著火主要是由于留渣操作爐渣、加入的廢鋼帶入的渣鋼以及鐵水帶入的鐵水渣量大，漂浮在表面，導致氧氣流股不能夠直接穿透渣層，發生反應。開吹打火時間超過40s，則前期氧氣流股一部分沖擊爐渣表面，造成（FeO）聚集，一部分進入煙道內，造成煙道內氧氣含量大于2%。一旦打著火后，因爐渣中（FeO）聚集量大，很容易發生爆發性噴濺事故，噴濺出的紅熱鋼渣進入煙道系統后，若不能夠及時滅火降溫，則煙道內一氧化碳和氧氣含量在爆炸范圍內，再加上紅熱鋼渣這一點火源，極易發生煙道內爆炸事故，炸壞煙道系統。因此，預防開吹打不著火的關鍵在于不能勉強打火，超過40秒打不著火后應立即提槍停止吹煉。

表2預熱料及頭批礦石加入參考表

表3前期渣樣原始數據表

2. 單渣留渣操作模式

2.1單渣留渣操作流程

圖1為單渣留渣法操作示意圖，其主要是將前一爐冶煉終點的爐渣，濺渣后留在爐內，作為本爐冶煉渣料的一部分，促進本爐冶煉快速成渣，并減少本爐石灰等渣料消耗，其主要流程及過程注意事項如下：

（1）濺渣護爐階段根據終渣狀況，可以加入石灰或白云石調整渣況，確保終渣濺干，防止液態渣。

（2）濺渣完畢需爐長觀察濺渣狀況，若爐渣較稀，流動性良好，可重新抬爐指揮一助手重新濺渣，或者將爐渣倒掉，避免因爐渣過稀，發生兌鐵大噴或開吹打不著火事故。

（3）加入廢鋼應盡量減少廢鋼中攜帶的泥土或粒鋼，減少帶入爐內的碎渣子，防止開吹打不著火事故。

（4）兌鐵開始階段應小流慢兌，指揮人員站位在側面5m外，防范兌鐵大噴。確認冒火小時，再快速兌入。

圖3單渣留渣法同單渣法前期渣樣TFe和MnO含量對比

圖4單渣留渣法同單渣法前期渣樣堿度對比

（5）轉爐冶煉階段開吹一助手應認真觀察打火情況，打不著火超過40s應立即提槍停止打火，按打不著火應急處理程序處理。冶煉前應確保爐口積渣小于10cm，不影響觀察打火情況，打著火前一助手禁止加料。前期采用高槍位，高氧壓，促進前期快速提溫，快速成渣，過程返干期降低氧壓，采取低氧壓吹煉，同時加入礦石調節溫度和渣況。

（6）拉碳和出鋼爐口不能搖的過低，防止爐渣大量淌出，致使留渣量不穩定，影響下爐操作穩定。

2.2單渣留渣操作參數控制

圖2為萊鋼煉鋼廠60T轉爐單渣留渣法冶煉具體操作模式。

（1）渣料加入：預熱石灰600kg～800kg，開吹加1/3礦石，鎂塊100kg，2分鐘左右加入400kg石灰，以后根據溢渣情況分小批次加入剩余石灰。礦石在石灰加入完畢后分批加入。預熱石灰及一批礦石量參考表2，礦石加入量需要參考鐵水溫度，綜合確定。

目的：安全兌鐵，平穩打火，迅速化渣，平衡溫度，控制噴濺。

（2）槍位控制：開吹槍位1200mm，2分30秒左右視溢渣情況適當提槍，溢渣結束槍位回歸，過程恒槍操作，8分左右視“返干”情況適當調槍，原則少動槍，通過加料控制，拉碳前1分鐘左右開始降槍至1.05m，壓槍時間保證1分鐘左右。

目的：有力攪拌，適當FeO，確保脫磷，均衡升溫，控制“返干”。

（3）氧壓控制：試行階段性控制，開吹氧壓1.0MPa；1分40秒～2分后氧壓降至0.7MPa～0.75MPa；4分后將氧壓提至0.75MPa～0.83MPa至終點。

目的：控制供氧強度，保障為化渣脫磷，控制脫碳速度，減少噴濺、返干，終點保碳。

表4終點渣樣原始數據表

表5單渣留渣法推進脫磷效果對應表

3. 單渣留渣法同單渣法比較分析

轉爐爐渣成分代表了爐渣熔化程度以及爐渣性能，因此，為探究單渣留渣法的價值，我們分別對比分析了單渣留渣法和單渣法的前期和終點渣樣成分。并對操作一段時間的脫磷率進行了對比驗證。

3.1單渣留渣法同原單渣法前期渣樣比較分析

表3為分別采取單渣留渣法和單渣法的前期渣樣原始數據，其中前期渣樣指轉爐冶煉3分鐘時爐前倒爐取的渣樣。為確保數據具有可對比性，選擇原料條件相同的相近爐次取前期渣樣。

如圖3所示，單渣留渣法相比單渣法前期渣樣的TFe和MnO含量均較高（圖3），主要是由于留渣時，上爐終渣中含有一定的TFe和MnO含量，且溫度較高，有利于前期渣熔化。

從圖4可以看出，單渣留渣法前期渣樣堿度要比單渣法高，且相對穩定，說明前期化渣效果要好于單渣法。且前期堿度高，有利于提高轉爐前期脫磷效率。

3.2單渣留渣法同原單渣法終點渣樣比較分析

表4為單渣法和單渣留渣法終點渣樣原始數據，終點渣樣指轉爐冶煉終點一次拉碳時取的渣樣。為確保數據具有可對比性，選擇原料條件相近的連續爐次取終點渣樣數據。

圖5單渣留渣法同單渣法終點渣樣TFe含量對比圖

從圖5可以看出，單渣留渣法相比單渣法終點渣樣全鐵均有降低，因此對于降低鋼鐵料消耗有利，也說明留渣操作時終渣較好，終點壓槍時間相對有所提高。且通過表4單渣法同留渣法的渣樣平均值對比可以看出，留渣法渣中的CaO和MgO含量及R等都相比單渣法有所降低，說明留渣法的渣量相比單渣法有降低，這也有利于降低渣中的金屬料損失。

3.3單渣留渣法同單渣法磷成分控制效果比較

通過在轉爐操作中試驗單渣留渣法，提高了冶煉前期化渣效果，使全程操作穩定，返干和噴濺等操作問題得到大幅減少，終點爐渣熔化均勻，終點壓槍時間提高到1min以上，脫磷效率也得到大幅提高。相比單渣法和單渣留渣法的脫磷效果，轉爐脫磷率成品磷小于0.025%的比率大幅提高。磷高化廢爐數和平均終點磷含量也有明顯的降低，見表5。

結語

（1）降低上爐終點爐渣溫度是避免出現兌鐵大噴的關鍵因素，目前轉爐大部分實現了濺渣護爐，濺渣后爐渣溫度均低于1500℃。同時在濺渣操作時，通過濺干爐渣，防止有液態爐渣，濺渣終點由爐長親自查看爐渣狀態，濺渣時加入一部分石灰等渣料等措施，可以確保兌鐵時不出現大噴危害。

（2）開吹打不著火主要是轉爐內渣層過厚，爐渣內（FeO）聚集。預防的關鍵在于不能勉強打火，超過40s打不著火后應立即提槍停止吹煉。

（3）單渣留渣操作時，應根據原料條件，及時調整入爐渣料及冷料量，確保全程均勻升溫，爐渣快速熔化。

（4）單渣留渣法相比單渣法前期渣樣的TFe和MnO含量均較高，主要是由于留渣時，上爐終渣中含有一定的TFe和MnO含量，且溫度較高，有利于前期渣熔化。同時，單渣留渣法前期渣樣堿度要比單渣法高，且相對穩定。

（5）單渣留渣法相比單渣法終點渣樣全鐵、CaO和MgO含量及R等均有降低，充分說明單渣留渣法全程爐渣熔化均勻，平穩，對于提高轉爐脫磷率降低鋼鐵料消耗均有好處。

參考文獻

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［3］牛興明，劉文飛，李超，等.260t轉爐留渣操作實踐［J］.鞍鋼技術，2012（2）：42-45.

中圖分類號：TF713

文獻標識碼：A

Abstract:Theremainingslagoperationistheuseofhighbasicityandhighoxidationresistanceandhightemperatureslagbefore theendofthesteelsmeltingfurnace，thesmeltingfurnacetopromoteearlyrapidslagging.Toimprovetheefficiencyandreduce theconsumptionofslagdephosphorization.Inthispaper，accordingtotheLaiwuSteel60tconvertersingleslagremainingslag operationpractice，systematicanalysisoftheremainingslagoperationinthepresenceoftheharmprincipleandtheprevention measuresareputforward.Thispaperpresentsthesingleslagremainingslagoperationmodeofoperation.Andinviewoftheearly stageandtheendslagsampleofsingleslagslagmethodandsingleslagmethod，thebenefitofslagresiduemethodwascomparedand analyzed.

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