轉爐冶煉高碳鋼工藝

秦永超

（江蘇中天鋼鐵集團三煉鋼， 江蘇 常州 213000）

轉爐煉鋼是指不依靠其他能源，利用鐵水之間產生的化學反應而產生的熱量和本有的物理熱能在轉爐中進行煉鋼。在轉爐中冶煉高碳鋼主要有兩種方法，分別為：高拉補吹法和增碳法。這兩種方法并不是完美的，都或多或少存在著問題，有可能會為接下來的冶煉帶來困難。通過一次又一次的試驗，進行了成功經驗總結和失敗經驗總結，轉爐冶煉高碳鋼工藝得到了很好的改進，并且已應用在實際生產過程中，取得了良好的成效[1]。

1 轉爐冶煉高碳鋼的操作流程

1.1 裝入原料

我們通常將出鋼量計算為80 t/爐，吹損率計算為10%，裝入量計算為90 t。所以鐵水和廢鋼的比例一般為鐵水80～85 t，廢鋼 5～10 t。根據轉爐冶煉高碳鋼的原則，下爐廢鋼加入的數量主要是由前期倒出廢渣的溫度和上爐C—T的協調情況決定的，同時加入適量的提溫劑，和原料一起加入轉爐中，常煉高鋼化學成分見表1。

表1 常煉高鋼化學成分 %

1.2 控制過程

依據鐵水的數量來對石灰的用量進行一定的調整。通常來講，如果鐵水的w（P）在0.3%～0.6%之間時，加入5 t的石灰就可以達到脫磷和去殘渣的目的。如果鐵水的w（P）≥0.7%，需要加入6～8 t的石灰，但是注意不可以使用大量的石灰以達到脫磷的目的。鐵水技術要求見表2，石灰技術要求見表3。

表2 鐵水技術要求

表3 石灰技術要求

具體的加入原料來脫磷、去殘渣的步驟有以下幾步：

1）前期留殘渣 2～3 t，吹煉開始后加入 2 t的石灰，400 kg的礦石，并進行4 min的吹煉。當爐渣開始活躍時便放掉廢渣，對其進行溫度的測量。

2）第二批原料總共加入石灰3 t、礦石400 kg，對過程渣化透，防止其肆意噴濺和返干[2]。

3）最后，依據化渣的實際情況，加入石灰500 kg、礦石200 kg，并且吹煉2 min，依據第一次測量的溫度來決定后續步驟。

1.3 終點控制

終點需要依照高拉補吹法進行相應的控制，主要要求為：w（C）在 0.9%～1.2%之間，w（P）＜0.05%，T為1600～1640℃。在進行高拉補吹之后，點吹的次數不能大于2次。

1.4 脫氧合金化

鋼水需要完全采用全罐內的脫氧合金化，其中脫氧需要采用Si-Al-Ba-Fe 60～90 kg，或者采用Si-Al-Fe 15 kg和Si-Ca-Ba 60 kg。但是因為合金的成分不盡相同，所以需要對此進行折算。并且由于鋼水量不同，所以必須依照其進行相應的調整。

1.5 增碳

增碳劑的使用主要是以終點和目標來確定的。15 kg一包的增碳劑，需要一次性放小于十包的數量，隨后依據火焰的大小，加入一定量的增碳劑。

2 轉爐冶煉高碳鋼存在的問題分析

2.1 轉爐脫磷率較低

當轉爐冶煉進入到中后期的時候，鋼鐵中的碳含量會越來越少，所以脫碳的速度也會呈下降趨勢，且下降幅度較大。爐渣中的氧化亞鐵含量增多，這個時期是進行脫磷的最佳階段。終點碳含量提高后，供氧的時間也會逐漸縮短，相應的，后期的脫磷效率也會提高。

2.2 難以控制噴濺

保證轉爐冶煉的全過程都有較高的氧化亞鐵成渣是提高脫磷率的前提。但是由于碳渣中的氧化亞鐵含量較高，既增加了液相渣量，同時又減小了爐渣表面的張力，提高了泡沫出現的可能性，所以極易引發噴濺，并且很難得到控制[3]。

2.3 爐底的鋼液波動大

高碳出鋼，使得終渣的氧化亞鐵的含量過低，流動性較差，這導致濺渣的時間較短，極大地影響了爐體的維護。碳渣中氧化亞鐵的熔點為1370℃，可以有效地降低熔渣的熔點。相反，如果氧化亞鐵的含量過低，則回到石熔渣的熔點升高，從而使得濺渣的過程中濺渣時間較短，成渣的黏度較低，凝固迅速。

2.4 終點的判斷較為困難

根據相關文獻研究得知，鋼水在轉爐冶煉的中后期，鋼水中的C含量會存在一個臨界拐點。這時，大部分情況下碳質量分數會低于0.2%。如果碳質量分數低于臨界拐點，那么由于碳的擴散速度減慢，則會導致其變為控制脫碳反應，同時碳氧反應的速度也會下降，一氧化碳的含量也會大大減少。通常情況下可以通過爐口火焰的大小來判斷冶煉的終點。但是，如果高碳出鋼后終點碳質量分數大于0.3%，碳氧反應劇烈并且低于臨界拐點，若沒有相關的專業設備，就無法通過觀察火焰的大小來判斷終點。

3 轉爐冶煉高碳鋼的工藝優化措施

3.1 控制留渣數量

因為轉爐冶煉高碳鋼的方法較多采用拉碳槍位，這對于留碳有極大的優勢。但是由于爐渣有較慢流動性和較差的氧化性，導致脫磷的結果不容樂觀，從而影響了轉爐冶煉高碳鋼的工作效率和生產效率。所以若想確保終點控制的高碳鋼成品的低含磷量，減少轉爐冶煉的工序，必須要在轉爐冶煉高碳鋼的初期形成流動性好的爐渣。同時，留渣數量的多少要根據上爐產出的鋼碳含量和過氧化情況來確定，通過長期的實際操作獲得的相關經驗證明留渣數量在2 t是最好的，但是如果是過氧化的留渣，必須舍棄，不能留用。

3.2 對供氧和底吹氣體的強度進行調整

在進行轉爐冶煉高碳鋼的時候，通常會加入大量的石灰幫助磷進行化學反應，從而實現脫磷的目標。但是這種脫磷方法會產生大量的游離氧化鈣，從而形成新的廢渣，阻礙了化渣的進行。這時需要氧化鐵來防止這一現象的發生。在長時間的實際操作中得出經驗總結：提高供氧的強度可以改變氧氣的噴濺，降低其對熔池表面的沖擊力度，提高氧化鐵的含量，從而實現脫磷的目的。同時，底吹氣體可以通過傳熱使廢渣的合金含量、質量得到提高，所以這也是提高高碳鋼冶煉質量的一個重要方法。所以，通過提高供氧強度和底吹氣體強度可以實現脫磷的目標[4]。

3.3 控制回磷

在冶煉高碳鋼的過程中，由于碳高，爐渣不易氧化，流動性較差，如果采用正常的拉碳槍位，則不利于脫磷。因為拉碳磷高，所以在冶煉高碳鋼的過程中經常會遇到終點處理磷難度較大和出鋼過程回磷兩個問題，這也是造成磷高改鋼的原因。對于這個現象的控制方法如下：

1）控制吹煉過程和終點的溫度，在吹煉前期加入大部分的降溫劑。

2）拉碳槍位要相比于低碳鋼提高100～200 mm，提高終渣的氧化性。

3）確保石灰加入量，保證終渣的堿度達到3.0～3.3。

4）采取正確的留渣方法和二次造渣方法，或加入適量的化渣劑混料，比例為錳礦質量∶礦石質量=3∶1。

5）通過控制出鋼時間（2.5～3.0 min）和擋渣出鋼來防止回磷現象的產生。

3.4 終點控制

在冶煉的每個工序中，原料的量總會或多或少的有些變化，所以這將會為終點的溫度留下一定的處理空間。高碳鋼在進行冶煉時通常會在1～2 min之間對其進行點吹來對高碳鋼進行一次性的補吹，從而對碳進行更好的掌控。另外還可以根據終渣的流動性進行分析來控制點吹的速度。根據實際操作的經驗可知，若終渣的黏性越強，那么點吹的速度就要更快，并且要把握好槍位的方向。最后，需要對樣品進行深入的取用，加強脫磷的每個步驟與操作，在熔池的深處進行取樣操作，并且要加大取樣量來保證脫磷的順利進行。

4 結語

轉爐冶煉高碳鋼工藝從控制留渣量、對供氧和底吹氣體的強度進行調整、控制回磷和終點控制這四方面進行優化，確保了留渣的數量，杜絕了過氧化渣的存在，從而實現了既留碳又脫磷的雙重目標，及時把控了化渣現象和回磷現象，有效防止了化渣不良現象的產生。這極大地提高了轉爐冶煉高碳鋼的合格率和通過率，推動了轉爐冶煉高碳鋼工藝的進步，有利于高碳鋼工業今后的平穩、高速發展。

[1]魯欣武，陳德榮.喂線增碳技術在轉爐冶煉中高碳鋼方面的應用[J].煉鋼，2014（8）：10-23.

[2]杜建良.轉爐煉鋼模型脫碳系數的研究[J].河北冶金，2012（2）：13-14.

[3]夏頂忠.復吹轉爐冶煉中高碳鋼[J].鞍鋼技術，2013（4）：12-16.

[4]馬玉平.轉爐增碳法連鑄生產45鋼高線工藝的冶煉參數研究[J].鋼鐵，2013（1）：15-19.