分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

劉文憑

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鋼廠，山東 萊蕪271104）

1 前 言

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)繁多，主要品種鋼低、中、高端均有，其生產(chǎn)工藝流程均為：鐵水預(yù)脫硫—復(fù)吹轉(zhuǎn)爐—LF精煉—連鑄。主要冶煉品種為窄帶（鋸片鋼 J50、J65Mn、50H、ST57，彈簧鋼 T50、T65Mn，鏈條鋼 40Mn、50Mn，工具鋼 45、50等）及中型H型鋼（石油平臺(tái)用鋼Q345E、S355NL，門架槽鋼 Q420C、Q440C，耐火耐候鋼 LWR345、LWR490、LG510、LG710、Q355NHD，船體結(jié)構(gòu)用鋼 B級(jí)、D級(jí)、DH36級(jí)，F(xiàn)型磁懸浮軌排等）。因工藝裝備條件相對(duì)落后，鋼中夾雜物控制穩(wěn)定性較差，主要體現(xiàn)在LF精煉渣系組成不夠合理，渣系組分波動(dòng)范圍大，沒有起到良好的去除夾雜效果。為此，分析LF精煉成渣機(jī)理，并結(jié)合不同品種鋼生產(chǎn)工藝，確定不同類的目標(biāo)渣系標(biāo)準(zhǔn)［1］，進(jìn)一步改善進(jìn)精煉鋼水條件，快速形成低熔點(diǎn)三元渣系，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)渣系的窄成分控制，更有針對(duì)性地去除夾雜，提升品種鋼質(zhì)量。

2 生產(chǎn)線存在的問題分析

2.1 生產(chǎn)線概況

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠老區(qū)現(xiàn)有3座50 t頂吹轉(zhuǎn)爐，1座60 t頂吹轉(zhuǎn)爐，2座50 t LF精煉爐，1座60 t LF精煉爐，1臺(tái)帶鋼坯連鑄機(jī)，2臺(tái)小方坯連鑄機(jī)，1臺(tái)矩形坯連鑄機(jī)。生產(chǎn)線主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 生產(chǎn)線主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.2 工藝路線

1）窄帶線工藝流程：鐵水預(yù)處理→600 t混鐵爐→50 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→50 t LF精煉→4機(jī)4流全弧形二點(diǎn)矯直帶鋼坯連鑄機(jī)。

2）中型線工藝流程：鐵水預(yù)處理→600 t混鐵爐→60 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐→60 t LF精煉→3機(jī)3流全弧形多點(diǎn)（3點(diǎn)）矯直矩形坯連鑄機(jī)。

2.3 存在問題

1）缺少不同品種鋼科學(xué)合理的目標(biāo)渣系。LF精煉操作大多靠爐長經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)整，缺少精細(xì)化的不同階段冶煉模式，隨意性較大，爐次間頂渣冶金效果波動(dòng)大，渣系目標(biāo)細(xì)化程度不夠，頂渣組分波動(dòng)范圍大，煉鋼老區(qū)冶煉的鋼種繁多，不同的鋼種轉(zhuǎn)爐冶煉模式不同，脫氧制度不同，用戶的要求也不同，同一個(gè)目標(biāo)渣系不能滿足不同品種鋼冶煉要求。目前所有品種鋼均參照同一個(gè)目標(biāo)渣系，針對(duì)性不強(qiáng)。

2）精煉過程成渣速度慢，渣系組分波動(dòng)大。由于進(jìn)站條件不穩(wěn)定，前期化渣難，精煉過程黃白渣形成速度慢，基本在通電15 min以上才能形成流動(dòng)性良好的黃白渣，各類鋼種的精煉渣系組分波動(dòng)較大，精煉窄成分渣系合格率不足80%。

3 改進(jìn)措施

3.1 分鋼種確定精煉窄成分渣系

1）目前渣系存在的問題。當(dāng)前渣系實(shí)際生產(chǎn)過程中，表現(xiàn)的主要問題是爐渣熔點(diǎn)高，黏度大，造成爐渣吸附夾雜物能力較差；另外成分波動(dòng)較大（見表2）不能穩(wěn)定處于CaO-SiO2-Al2O3三元渣系的低熔點(diǎn)位置（見圖1）［2］，個(gè)別爐次難以保證完全液態(tài)夾雜物狀態(tài)；同時(shí)由于不同鋼種冶煉特點(diǎn)、成分設(shè)計(jì)、脫氧制度以及對(duì)夾雜物的要求不盡相同，對(duì)精煉渣系的要求也不同。因此需要通過調(diào)整爐渣成分配比來優(yōu)化精煉渣性能。合理確定LF渣的成分，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長爐襯壽命。

表2 原渣系組分要求及實(shí)際控制范圍

2）分鋼種精煉窄成分渣系目標(biāo)的確定。鋼包精煉的基本渣系為CaO－SiO2－A12O3，渣系相圖見圖1。要求精煉渣具有適當(dāng)高的堿度和還原性，以實(shí)現(xiàn)脫氧、脫硫的目的；要求渣鋼之間有較大的界面張力，渣與夾雜物之間有較小的界面張力，以具有較高的吸附夾雜物能力，特別是吸收A12O3夾雜的能力；低的熔點(diǎn)和良好的發(fā)泡性能，以實(shí)現(xiàn)快速成渣埋弧加熱、減少熱損失、保護(hù)爐襯的目的［3］。

圖1 CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相圖

Ⅰ類（中低碳硅鋁鎮(zhèn)靜鋼渣系）：原渣系組分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相圖中處于熔點(diǎn)在1 500～1 600℃的位置，熔點(diǎn)高，爐渣流動(dòng)性不好，脫硫率低，影響夾雜的上浮和吸附。此類鋼種對(duì)鋁含量沒有明確要求，轉(zhuǎn)爐采用部分鋁脫氧，渣中Al2O3含量偏低，爐渣堿度偏高，表現(xiàn)為流動(dòng)性差，需要降低CaO含量來穩(wěn)定爐渣堿度。為了更好促進(jìn)泡沫黃白渣的形成，適當(dāng)穩(wěn)定CaO含量在50%～55%范圍內(nèi)，進(jìn)一步穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量，控制下渣量；穩(wěn)定SiO2含量在15%～20%范圍內(nèi)，以穩(wěn)定爐渣流動(dòng)性和堿度。

Ⅱ類（中高碳鋁鎮(zhèn)靜鋼渣系）：原渣系組分在CaO－SiO2－Al2O3三元渣系相圖中的位置可以看出，熔點(diǎn)高、黏度大，爐渣流動(dòng)性差。此類鋼種轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)全部采用鋁錳鐵脫氧，Al2O3含量整體偏低，主要原因是轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧化性波動(dòng)大，鋼中Al的回收率不穩(wěn)定，特別是過氧化、下渣等異常爐次。當(dāng)渣中CaO含量過高時(shí)，渣中有固相質(zhì)點(diǎn)析出，熔渣中出現(xiàn)非均相，導(dǎo)致了爐渣黏度上升、流動(dòng)性變差［4］。因此穩(wěn)定高渣中的CaO含量在55%～60%范圍內(nèi)，既能促進(jìn)泡沫渣的形成又不影響爐渣堿度、黏度。

Ⅲ類（低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼渣系）：此類鋼種冶煉時(shí)表現(xiàn)為爐渣較稀，吸附夾雜能力較弱，特別是精煉后期頂渣稀，個(gè)別爐次甚至出現(xiàn)玻璃渣。由于轉(zhuǎn)爐全部采用鋁錳鐵脫氧，渣中Al2O3含量較高，調(diào)整了爐渣熔點(diǎn)，表現(xiàn)為頂渣較稀，為了加強(qiáng)頂渣的吸附能力，適當(dāng)穩(wěn)定CaO含量在55%～60%范圍內(nèi)，以更好地促進(jìn)泡沫渣的形成。

Ⅳ類（硅鎮(zhèn)靜鋼渣系）：此類鋼種轉(zhuǎn)爐冶煉全部加入硅質(zhì)脫氧劑，渣中SiO2主要來源于原料和脫氧產(chǎn)物，SiO2含量較高，爐渣堿度偏低，泡沫化程度不高，脫硫效果不好。為了更好地促進(jìn)泡沫渣的形成，提高脫硫率，適當(dāng)提高了CaO含量并穩(wěn)定在50%～55%范圍內(nèi)，以穩(wěn)定爐渣堿度在2.8以上滿足脫硫要求。

綜合確定各類窄成分渣系組成見表3。

表3 各類窄成分渣系組成

3.2 穩(wěn)定進(jìn)LF精煉鋼水氧化性

1）優(yōu)化改進(jìn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)動(dòng)態(tài)脫氧制度。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧化性與C含量有密切關(guān)系，根據(jù)碳氧平衡圖（見圖2）可知，當(dāng)C含量低于0.10%時(shí)，鋼水氧化性急劇增強(qiáng)。

圖2 碳—氧平衡關(guān)系

根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量制定的動(dòng)態(tài)脫氧制度如表4所示。轉(zhuǎn)爐放鋼過程中難免會(huì)有下渣現(xiàn)象，轉(zhuǎn)爐渣是氧化性渣，對(duì)于要造堿性渣的LF精煉爐來說是百害無一利，轉(zhuǎn)爐渣的氧化性直接影響LF精煉爐前期黃白渣的形成時(shí)間。對(duì)此，轉(zhuǎn)爐有下渣情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加脫氧劑來快速脫除渣中的氧，以減輕LF精煉爐的前期脫氧壓力。對(duì)于鋼包頂渣的處理，為LF精煉爐前期造渣奠定了良好的基礎(chǔ)。對(duì)于不同的下渣量也細(xì)化了補(bǔ)加脫氧劑的量（見表5），以確保頂渣氧化性處理效果。

2）制定轉(zhuǎn)爐出鋼頂渣動(dòng)態(tài)處理工藝。對(duì)于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)情況的判斷除了C含量、耗氧量等，還有一項(xiàng)重要依據(jù)就是終點(diǎn)渣況，終點(diǎn)渣況也能反應(yīng)出轉(zhuǎn)爐氧化性及過程控制情況。因此針對(duì)不同的鋼包頂渣動(dòng)態(tài)調(diào)整全預(yù)熔渣的加入量，穩(wěn)定精煉進(jìn)站渣況。頂渣渣況及對(duì)應(yīng)的預(yù)熔渣加入量：過氧化、下渣等導(dǎo)致頂渣氧化性強(qiáng)，200 kg預(yù)熔渣；頂渣偏黏，150 kg預(yù)熔渣+50 kg改質(zhì)劑；頂渣偏稀，150 kg預(yù)熔渣+50 kg合成渣。

在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)實(shí)施動(dòng)態(tài)脫氧和頂渣處理工藝，進(jìn)LF精煉鋼水氧化性較穩(wěn)定，精煉爐長可以快速、準(zhǔn)確對(duì)鋼水氧化性進(jìn)行預(yù)判，在精煉通電3～5 min內(nèi)即徹底完成鋼水溶解氧的固氧任務(wù)，通電10～12 min能形成黃白渣。

表4 不同C含量對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)爐脫氧制度

表5 不同下渣量補(bǔ)加脫氧劑量

表6 分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術(shù)應(yīng)用前后軋材夾雜物對(duì)比 級(jí)

3.3 硅平衡法穩(wěn)定控制爐渣組分

LF精煉爐冶煉時(shí)，由于石灰加入量靠人工判斷加入，導(dǎo)致精煉爐渣堿度偏差大，爐渣冶金效果差，吸附夾雜的能力不穩(wěn)定，鋼水夾雜物含量會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)情況，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

針對(duì)上述問題，制定了一種通過測(cè)量鋼包內(nèi)爐渣高度、分析鋼水初煉硅含量的方法，根據(jù)硅元素平衡法確定精煉爐石灰加入量，實(shí)現(xiàn)精煉爐爐渣堿度精準(zhǔn)控制，提高精煉冶煉效果。采用該控制爐渣堿度的方法很好地解決了LF爐爐渣堿度波動(dòng)大的問題，同時(shí)降低了部分原料的消耗，石灰消耗平均降低3 kg/t，螢石消耗平均降低1 kg/t。

4 實(shí)施效果

采取上述措施后，進(jìn)LF精煉鋼水游離氧含量穩(wěn)定在10×10-6以下，同時(shí)精煉過程黃白渣形成時(shí)間較之前提前3～5 min，上下爐次精煉渣堿度波動(dòng)穩(wěn)定在0.5以內(nèi)。精煉渣實(shí)現(xiàn)了窄成分控制，提高了鋼水的潔凈度，夾雜物總級(jí)別≤2.0合格率達(dá)到95%以上，同時(shí)穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量［4］。

對(duì)應(yīng)用分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術(shù)的S355NL-B、J65Mn鋼種軋材取樣分析夾雜物情況，統(tǒng)計(jì)6爐次均取平均值并與該工藝技術(shù)實(shí)施前軋材夾雜物情況進(jìn)行對(duì)比，見表6。

由表6可以看出，以J65Mn鋼種為例，分鋼種精煉窄成分渣系工藝技術(shù)應(yīng)用后，A類夾雜物0～1.0級(jí)，B類夾雜物0～1.5級(jí)，C類夾雜物0級(jí)，D類夾雜物級(jí)別為0級(jí)，夾雜物級(jí)別保持穩(wěn)定，滿足質(zhì)量要求。

5 結(jié) 論

通過在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)實(shí)施動(dòng)態(tài)脫氧和頂渣處理工藝，可以穩(wěn)定進(jìn)LF精煉鋼水氧化性，為精煉過程成渣提供有利條件。根據(jù)鋼種成分設(shè)計(jì)特點(diǎn)、脫氧制度以及質(zhì)量要求不同，細(xì)化不同精煉渣系組分窄成分范圍，采取一系列工藝措施，減小上下爐次頂渣組分波動(dòng)，提高了夾雜物控制水平。

參考文獻(xiàn)：

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