轉(zhuǎn)爐過程TFe含量控制與低磷鋼冶煉

張建師　秦登平　危尚好　魏銳　張俊飛

摘 要 本文集中探討了中厚板生產(chǎn)中轉(zhuǎn)爐過程TFe含量控制與低磷鋼冶煉的應(yīng)用研究。結(jié)果表明：對(duì)脫磷渣中TFe含量影響因素進(jìn)行了分析研究，得出半鋼渣中TFe含量主要受脫磷期槍位控制和脫磷時(shí)間的影響；轉(zhuǎn)爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應(yīng)的關(guān)鍵是：渣中（FeO）含量達(dá)到7.19%以上時(shí)可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學(xué)前提條件，同時(shí)低槍位強(qiáng)攪拌同時(shí)加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量可提高脫磷效果；對(duì)影響終渣TFe含量因素進(jìn)行了分析，分析表明影響轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)TFe含量的主要因素是轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量和終點(diǎn)溫度。對(duì)中碳鋼而言，中碳鋼終點(diǎn)C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化，而終點(diǎn)溫度在1640～1670℃之間為最佳。通過技術(shù)優(yōu)化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在高磷鐵水條件進(jìn)行低磷鋼的生產(chǎn)，同時(shí)渣中TFe含量控制較好。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)爐冶煉 過程控制 TFe含量 低磷鋼

0引言

近年來，由于鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能過剩和鋼鐵形勢日趨嚴(yán)峻，鋼鐵企業(yè)利潤逐漸減少，甚至出現(xiàn)逐年虧損的局面，同時(shí)隨著新品種鋼研發(fā)的進(jìn)行，對(duì)于鋼中P含量的控制要求越來越高，而隨著鐵水中P含量的不斷增加，轉(zhuǎn)爐脫磷成為難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。終渣TFe含量是反應(yīng)冶煉控制水平高低的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。降低終渣TFe含量，有利于減少鐵損、降低鋼鐵料消耗，同時(shí)確保濺渣質(zhì)量和冶煉穩(wěn)定順行。因此，優(yōu)化冶煉工藝、降低終渣TFe含量是鋼鐵企業(yè)加強(qiáng)和完善管理，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和提高效益長抓不懈的一項(xiàng)重要工作。轉(zhuǎn)爐冶煉TFe 含量的高低，決定著石灰溶解速度、化渣程度、脫P(yáng)和脫S程度、爐渣的噴濺程度與“返干”量、鋼水收得率、終點(diǎn)鋼水氧含量、爐襯侵蝕程度、合金吸收率等的高低[1-5]。吹煉各期爐渣都應(yīng)具有合適的氧化性，原則上在吹煉初期應(yīng)把渣中TFe含量控制得高些，以利于化渣，同時(shí)減輕渣中酸性氧化物對(duì)爐襯的侵蝕；在吹煉終點(diǎn)應(yīng)降低 TFe 含量，以利于脫硫。本文就100 t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行轉(zhuǎn)爐過程中TFe含量的控制和低磷鋼冶煉進(jìn)行深入理論分析和研究。

1工藝條件

目前轉(zhuǎn)爐鋼渣主要分兩種，一種是半鋼渣，主要是SGRS工藝要求的前期脫磷渣，下文稱之為“轉(zhuǎn)爐半鋼渣”；另外一種是轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣。每爐鋼水再冶煉當(dāng)中基本都要倒一定量的半鋼渣和終點(diǎn)渣，渣中TFe含量高低將直接影響著轉(zhuǎn)爐金屬料收得率。采用優(yōu)化工藝前某廠100t轉(zhuǎn)爐終渣TFe含量控制現(xiàn)狀為，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均TFe水平為18.49%，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)平均TFe較高，嚴(yán)重影響著金屬料收得率，同時(shí)由于TFe控制能力較差使得冶煉低磷鋼時(shí)P控制不穩(wěn)定，存在較大波動(dòng)。轉(zhuǎn)爐SGRS工藝脫磷階段兌鐵之前爐內(nèi)含有大量轉(zhuǎn)爐終渣，并且渣中含有的組元P2O5含量在1.5%以上。為了使?fàn)t渣具有較好的流動(dòng)性，需要保證爐渣堿度控制在在1.3-1.5左右，較低的堿度加大了脫磷的難度。

2結(jié)果與討論

2.1半鋼渣TFe含量控制及理論分析

脫磷階段低FetO控制對(duì)脫磷與降低冶煉成本其重要作用，為此研究脫磷階段去磷機(jī)理以及計(jì)算合適的頂渣FetO含量，對(duì)于控制脫磷具有重要意義。

半鋼渣TFe含量控制理論基礎(chǔ)如下計(jì)算所示，去磷反應(yīng)可以表示為：

5=6.0310-15，因此得，半鋼[P]含量為0.025%時(shí)，鐵液中因脫磷而需要存在的[O]含量為0.039%，由于SGRS脫磷階段鐵水中[C]含量為（2.8%～3.8%），鐵液中溶解氧活度受[C]含量控制，由公式給出的[C][O]反應(yīng)平衡常數(shù)計(jì)算與活度相互作用系數(shù)計(jì)算，在1330℃～1380℃范圍內(nèi)計(jì)算鐵液中氧活度為0.0008～0.0015左右，因此，脫磷反應(yīng)不能在熔池內(nèi)部進(jìn)行。

由以上分析與計(jì)算可知，轉(zhuǎn)爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應(yīng)的關(guān)鍵是：

（1）渣中（FeO）含量達(dá)到7.19%以上時(shí)可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學(xué)前提條件；

（2）為了提高脫磷效果，可以在低槍位強(qiáng)攪拌同時(shí)加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量。

2.2 雙渣前冶煉控制對(duì)半鋼渣中TFe含量影響

2.2.1槍位對(duì)半鋼渣中TFe含量的影響

如下圖所示，在實(shí)際冶煉過程中，脫磷階段脫的硅期結(jié)束至脫磷階段結(jié)束氧槍槍位分別控制在1.2m-1.5m條件下，對(duì)應(yīng)渣中TFe含量分別控制在7%～10%、6%～13%、14%～17%、16%～23%之間，如圖1所示。

如圖1所示，隨著脫磷階段后期槍位的提高，渣中TFe含量逐漸增加，槍位越低則轉(zhuǎn)爐熔攪拌強(qiáng)度越強(qiáng)，渣中TFe含量間接反映了轉(zhuǎn)爐熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度。

2.2.2 脫磷階段結(jié)束（TFe）對(duì)[P]含量的影響

如上圖2所示，脫磷期結(jié)束鐵水[P]含量與脫磷渣（TFe）含量的關(guān)系，隨著脫磷渣中（TFe）含量的降低，脫磷期結(jié)束鐵水磷含量降低。該關(guān)系間接反映了爐內(nèi)動(dòng)力學(xué)條件對(duì)脫磷的影響，即在（TFe）含量降低的條件下，通過鋼液的充分?jǐn)嚢?，依然可以獲得較好的脫磷效果。在充分滿足動(dòng)力學(xué)條件的狀況下，低槍位強(qiáng)攪拌，（TFe）含量控制在10%以下，可以獲得脫磷期鐵水磷含量低于0.025%左右的脫磷效果。

2.3 終渣TFe控制

2.3.1 終渣TFe含量控制理論基礎(chǔ)

式中：PFEMN為終渣中MnO與終渣TFe含量關(guān)系系數(shù)（0.382～0.392）；PFEBAS為終渣堿度與終渣TFe含量關(guān)系系數(shù)（0.485～0.535）；P為渣中磷含量，0.84%；Beff為終渣堿度；[Mn]為鋼中Mn含量。（MnO）為渣中MnO含量。

將煉鋼實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，鋼中Mn含量均值0.05%，終渣堿度均值3.2，渣中P含量均值1.92%，渣中MnO均值1.92%代入終渣TFe理論計(jì)算模型，可以得出終渣TFe理論含量在17.4～18.034%。

2.4冶煉控制對(duì)終渣TFe的影響

2.4.1終點(diǎn)C含量對(duì)終渣TFe的影響

根據(jù)碳氧平衡原理，當(dāng)鋼水中碳含量小于0.04%后，鋼水終點(diǎn)氧含量隨碳含量的降低而急劇上升，從實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)看出，終點(diǎn)C含量>0.06%的爐次.其終渣TFe含量平均為16.9%，C含量在0.04%～0.06%的爐次，其終渣TFe含量平均為20.8%，終點(diǎn)C含量<0.04%的爐次。其終渣TFe含量平均為21.3%，說明轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，加強(qiáng)終點(diǎn)碳含量控制，能有效控制終渣TFe含量。生產(chǎn)實(shí)踐表明，中碳鋼終點(diǎn)C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化。

2.4.2出鋼溫度對(duì)終渣TFe的影響

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量與終點(diǎn)碳含量存在一定平衡，其含量積在一定溫度壓力下是定值。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的碳氧積隨著轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的增加而不斷增加。這種規(guī)律可以用熱力學(xué)的原理來解釋。轉(zhuǎn)爐煉鋼中主要的脫碳反應(yīng)為：

當(dāng)終點(diǎn)C含量為0.05%，溫度為1700℃時(shí)，按照上表計(jì)算鋼中平衡氧含量約為436ppm。而當(dāng)終點(diǎn)C含量提高至0.07%，溫度降為1600℃左右時(shí)，鋼水中平衡氧含量約為286ppm，兩者相差150ppm。而實(shí)際轉(zhuǎn)爐煉鋼熔池中的[O]含量要高于相應(yīng)的平衡含量，且鋼水C含量越低，必須維持鋼水中[O]含量越高，所以實(shí)際生產(chǎn)中上述兩種條件下的終點(diǎn)鋼水氧含量相差要較150ppm高。

因此在實(shí)際生產(chǎn)中，在滿足其他條件的基礎(chǔ)上，要盡可能的降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度，以便降低終點(diǎn)的碳氧積，以進(jìn)一步降低鋼水氧含量，實(shí)現(xiàn)鋼渣中TFe含量得到有效的降低。

從圖4可以看出當(dāng)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量為0.06%時(shí)，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度降低39℃，渣中TFe含量降低1.01%。通過技術(shù)優(yōu)化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在高磷鐵水條件進(jìn)行低磷鋼的生產(chǎn)，同時(shí)渣中TFe含量控制較好。

3總結(jié)

（1）對(duì)脫磷渣中TFe含量影響因素進(jìn)行了分析研究，得出半鋼渣中TFe含量主要受脫磷

期槍位控制和脫磷時(shí)間的影響。

（2）轉(zhuǎn)爐SGRS工藝脫磷階段去磷反應(yīng)的關(guān)鍵是：渣中（FeO）含量達(dá)到7.19%以上時(shí)可滿足脫磷階段鐵水去磷至0.025%的熱力學(xué)前提條件，同時(shí)低槍位強(qiáng)攪拌同時(shí)加入鐵礦石控制渣中（FeO）含量可提高脫磷效果。

（3）對(duì)影響終渣TFe含量因素進(jìn)行了分析，分析表明影響轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)TFe含量的主要因素是轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C含量和終點(diǎn)溫度。對(duì)中碳鋼而言，中碳鋼終點(diǎn)C含量控制在0.075%～0.085%間，既能保證鋼種要求成分范圍，又能降低鋼水過氧化，而終點(diǎn)溫度在1640～1670℃之間為最佳。

（4）通過技術(shù)優(yōu)化，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在高磷鐵水條件進(jìn)行低磷鋼的生產(chǎn)，同時(shí)渣中TFe含量控制較好。

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