淺談轉爐提溫劑的選擇及對冶煉工藝的影響

楊竹林

（湖南省華菱湘鋼股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

隨著鋼鐵工業的發展，鋼鐵工業對煉鋼生產率、鋼的成本等方面都提出了越來越高的要求。而目前大多數鋼廠由于其冶煉工藝，轉爐煉鋼鐵水的溫度較低，硫、磷含量偏高，煉鋼時常因熱量不足而多次補吹氧，較多爐次是以終點氧化鐵來達到足夠的出鋼溫度，造成終點鋼水氧活度高，渣中全鐵含量高，對冶煉鋼種和轉爐爐齡造成不利影響，不利于煉鋼經濟性。目前國內在轉爐煉鋼熱補償技術方面較常用的方法，先后使用過焦炭、無煙煤等提溫材料，但均因有較大的缺陷而相繼被淘汰，如使用半鋼增碳劑雖可提高半鋼碳含量，對半鋼煉鋼熱源不足也起到了一定的緩解作用，但其針對性不強，且成本偏高。目前，為實現對煉鋼物流的優化，降低生產成本，可以采用熔化較快、提溫效果好，操作方便的提溫新材料，用以取代現有的焦炭、無煙煤等熱補償材料，以便更好的解決轉爐熱補償技術，以滿足煉鋼短流程生產技術要求，本文對轉爐提溫劑的選擇及對冶煉工藝的影響進行了詳細的分析和介紹。

1 轉爐提溫劑

1.1 轉爐提溫劑概述

轉爐提溫劑在實際中可以選擇的類型較多，如可以選擇石墨化碳素提溫劑。提釩煉鋼工藝中，轉爐煉鋼的主要原料是提釩后的半鋼，由于半鋼的碳含量和溫度都比較低，S、P含量比較高，煉鋼時常因熱量不足造成需要多次補吹。且較多爐次是以終點氧化鐵來達到足夠的出鋼溫度，造成終點鋼水氧活度高，渣中TFE高，對冶煉鋼種和轉爐爐齡及金屬收得率造成不利影響。因此，轉爐煉鋼熱補償技術成為提釩煉鋼關鍵因素。針對轉爐煉鋼熱補償技術方面，經過開展大量的研究工作，先后對焦炭、無煙煤、碳化硅等提溫材料進行研究試用，但其結果均因有較大的缺陷而導致相繼被淘汰，而在提釩工作中使用的半鋼增碳劑雖然可以提高半鋼碳含量[1]，并且對半鋼煉鋼熱源不足的缺陷也起到了一定的緩解作用，但其針對性不強，且成本偏高。為此可采用石墨化碳素提溫劑，煉鋼轉爐采用石墨化碳素提溫劑補充熱源的技術，無需增加設備和改變工藝，具有簡單、方便，效果顯著等優點。同時提溫效果顯著，相同質量的石墨化碳素提溫劑、焦炭、無煙煤和碳化硅，石墨化碳素提溫劑的是高溫度是碳化硅的2倍，無煙煤和焦炭的3～3.5倍，極大地補償了半鋼煉鋼的熱源不足。通過科學的原料配方，使得提釩煉鋼中半鋼溫度和碳含量都得到了顯著的提高，減少了補吹次數，有效地提高了生產效率，并且極大地降低了生產成本，對提高鋼鐵企業綜合經濟效益具有重要作用。

1.2 緩釋型高效提溫劑

緩釋型高效提溫劑也是一種重要的提溫劑，在這種類型的提溫劑生產制造方法中，通過合理選用粘接劑，并通過壓球機進行制備，有效地提升了提溫劑的強度。同時該提溫劑通過提高壓球壓力以及粒度優化，使得提溫劑具有更好的致密度。并且通過添加輕燒鎂粉，有效地延緩了提溫劑在鐵水、半鋼中的溶蝕速度，以及通過增大成型粒度，有效地延長了提溫劑的熔化時間。

2 轉爐提溫劑的選擇

2.1 轉爐提溫劑的應用現狀

在實際的提溫劑選擇中，應遵循基本的選擇方法，保證提溫劑的選擇對于冶煉具有積極的促進作用。當前，提高廢鋼比、降低鐵水單耗是國內轉爐煉鋼廠提產降本增效的主要措施之一，而隨著廢鋼比例的提高，轉爐原料輸入的物理熱和化學熱降低，不能滿足冶煉的需要，額外使用提溫劑補充熱量成為必要的手段。當前轉爐使用的提溫劑的主要發熱成分有C、Si、SiC、Al，或是由以上元素的組合，形式以塊狀或壓球形式為主[2]。但是其都存在熱效率低、成本高的問題。如使用煤塊、焦炭、型煤等碳素提溫劑，因密度小、強度低、使用方法不合理等，其主要在渣中或鋼渣界面處燃燒，燃燒快，生成的熱量主要煙氣帶走或被爐渣吸收，熔池吸收的熱量極低，如使用焦炭熱量率不到20%，使用型煤熱效率不到30%。使用Si、SiC、Al質合金、壓球作為提溫劑，需要增加石灰的使用量平衡堿度，增加了爐渣量，爐渣帶走的熱量和鐵元素增，提高了成本；熱效率較低，一般低于40%；同時，Si、Al等合金價格高，與我們儲量巨大煤相比，沒有成本優勢。為此，可以采用緩釋型高效提溫劑用以解決上述問題的存在。

2.2 緩釋型高效提溫劑的應用

在緩釋型高效碳基轉爐提溫劑及其制備方法中，采用提溫劑主要由以下重量份的原料制成：煤粉70%～85%、輕燒鎂粉10%～20%和鋁灰10%～15%，以及提溫劑成型所必要的粘接劑。提溫劑的粒度為30mm～60mm，提溫劑為球狀或橢球狀。采用這種方法所生產制造出來的提溫劑，通過添加輕燒鎂粉以及選用合適粘接劑，并使用壓球機進行制備，使得提溫劑的強度大大提高，并且提高了其致密度，解決了現有提溫劑強度和密度較低，導致使用中效果較差的問題[3]。同時采用這種方法所生產制造出來的提溫劑中輕燒鎂粉的添加，有效地延緩了提溫劑在鐵水、半鋼中的溶蝕速度。

2.3 高效提溫劑的制造步驟

高效提溫劑在具體的制造過程中，一般可以按照以下的步驟進行制備：首先是原料制備：按重量份取煤粉、輕燒鎂粉、鋁灰和粘接劑一同投入粉碎機進行粉碎處理，從而得到混合物A。二是組分拌料：將混合物A投入一級攪拌機進行攪拌處理，從而得到混合物B。三是組分檢測：將混合物B取樣進行組分檢測，不合格即重復步驟二，合格即完成組分監測，得到合格的混合物B。四是粒度拌料：將合格的混合物B投入二級攪拌機進行攪拌處理，從而得到混合物C。五是粒度檢測：將混合物C取樣進行粒度檢測，不合格即重復步驟四，合格即完成粒度檢測，得到合格的混合物C。六是蒸汽拌料：將合格的混合物C投入蒸汽攪拌機進行蒸汽攪拌處理，從而得到混合物D。七是壓球成型：將混合物D投入壓力機進行擠壓成型，從而的到球狀的混合物E。八是物料烘烤：將球狀的混合物E投入烘干爐進行烘烤，烘干爐溫度為100～200℃，烘干后水分低于1.5%，從而得到混合物F。九是烘干檢測：將混合物F取樣進行烘干溫度檢測，不合格即重復步驟八，合格即完成烘干溫度檢測，得到合格的混合物F。十是強度、水分檢測：將合格的混合物F取樣進行強度和水分檢測，不合格即得到普通提溫劑，合格即得到本文所分析的提溫劑。

3 轉爐提溫劑選擇對冶煉工藝的影響

3.1 轉爐提溫劑選擇的背景

本文以湘鋼五米板廠120噸轉爐使用提溫劑石墨球和硅鐵的升溫情況，以及對冶金渣堿度、去磷、噴濺等方面的影響為例進行分析，并得出具體的加料比例和加料時機等內容，以下分別進行較為詳細的分析。在湘鋼五米板廠120噸轉爐中，爐后整體密閉，設置移動門，上方設置抽風管道，有效保證了轉爐倒鐵水的除塵效果，同時解決爐后環境問題。同時湘鋼五米板廠120噸轉爐在控制系統方面，也存在著較為明顯的特點：一是可靠性高；二是操作簡單：友好的人機界面，方便用戶操作；三是調整修改方便：現場調試時，根據現場情況，修改控制算法與控制參數時，只需更改軟件，硬件不需調整[4]，可以很方便地實現復雜的控制算法及高速控制；四是方便的組網與通訊功能，電腦控制設備既可作為下位機，實現過程控制，又可作為上位機使用。

3.2 轉爐提溫劑選擇對冶金渣堿度的影響

轉爐提溫劑在實際的應用過程中，選擇了不同的轉爐提溫劑，對于具體的冶煉工藝也帶來一定的影響。對冶金渣堿度產生的影響比較大，冶金渣堿度是在冶煉工藝中的一項重要的評判指標。煉鋼爐外精煉工藝鋼水脫S脫P要求精煉渣堿度高、熔化速度快，通常采用加入石灰來提高精煉渣堿度，但石灰熔點高(2600℃)，精煉渣的熔點隨石灰加入量的增加而增加。由于石灰粉易水化通常以石灰塊加入，高堿度精煉渣在煉鋼爐外精煉溫度范圍內熔化速度慢，影響精煉效果，在煉鋼爐外精煉周期內，不能充分發揮精煉渣的作用。利用50% CaO和50% Al2O3化合物熔點在1400℃左右的特點，采用將石灰和鋁礬土(Al2O3為主)混煉預熔，形成Ca050%左右、Al20340%左右的鋁酸鈣預熔精煉渣，用于煉鋼爐外精煉工藝。雖然鋁酸鈣預熔精煉渣熔點低熔化速度快，但其CaO含量偏低滿足不了高堿度的要求，還需要加入石灰塊來提高精煉渣堿度，相應延長精煉渣的熔化速度，同時鋁酸鈣預熔精煉渣成本偏高。如果能采用石灰粉劑與熔劑粉劑混合可加快石灰在煉鋼爐外精煉過程的熔化速度。為此，在實際的生產過程中，可以采用高堿度煉鋼精煉渣的生產方法。

3.3 轉爐提溫劑選擇對去磷的影響

去磷也是會因為轉爐提溫劑的選擇而產生一定的影響，對此應加以重視。去磷在冶煉工藝中具有重要的作用，隨著現代工業的發展，用于制造煤化工容器鋼、石油天然氣儲運鋼、極地船舶等各種裝置需要的低溫、高壓力容器用鋼的需求越來越大。由于其特殊的環境條件，這些行業用鋼對鋼的耐低溫沖擊韌性、抗層狀撕裂性能、高強度、可焊接性、優良疲勞強度等性能有著嚴格的要求[5]。采用降低脆性元素p煉鋼的方法，可使一些鋼種獲得良好的低溫韌性。由于大厚度、大單重鋼的力學性能，如板厚1/2處負溫沖擊功低，尤其是z向沖擊性能不佳，而且生產的成本較高。通過對優化化學成分、冶煉和軋制工藝精心設計，采用低p、s含量。通過轉爐+lf+vd/rh精煉深脫p、s工藝、控軋控冷工藝，能滿足使大厚度、大單重低溫鋼、容器用鋼具有良好的強度和低溫韌性。低溫壓力容器用鋼等均采用降低脆性元素p、s含量成分設計，來達到良好的強度和低溫韌性。目前冶煉方法比較容易實現深脫s獲得低s鋼；對于低磷（≤0.008%）要求的鋼，常規轉爐冶煉脫磷均不夠理想，在實際中應采用高效的轉爐爐后脫磷方法。

3.4 轉爐提溫劑選擇對噴濺的影響

目前對環境保護的要求越來越高，煉鋼廠轉爐冶煉高硅鐵水容易產生金屬噴濺，而前期的金屬噴濺夾帶著鐵水、爐渣、一氧化碳氣體以及氧化鐵粉塵，形成濃厚的黃煙并對環境造成較大的污染，嚴重時噴濺物會燒壞設備使得生產難以進行。現有技術中已經出現了一些克服轉爐冶煉鐵水時金屬噴濺的方法，例如在吹煉過程中，全程根據一氧化碳濃度的波動，結合火焰變化有節奏的調整槍位，可做到爐渣不返干、不噴濺。然而，在實踐研究中發現，轉爐冶煉高硅鐵水的過程中，僅僅采用以上方法，并不能很好地控制鐵水噴濺，需要研發出專門針對轉爐冶煉高硅鐵水的冶煉控制方法。如在實際轉爐冶煉高硅鐵水的過程中，在冶煉前期硅元素氧化后形成的低堿度爐渣粘度很高，這樣，當轉爐熔池溫度達到碳氧反應所需溫度時，碳氧反應生成的大量一氧化碳氣體在排出時會受到高粘度爐渣的阻礙，進而導致發生噴濺。

4 結論

隨著轉爐提溫劑在冶煉工藝中重要程度的增加，需要對轉爐提溫劑進行合理的選擇，保證冶煉產品的生產質量。本文所分析的轉爐提溫劑的選擇及生產制造方法，以及對冶煉工藝的具體影響，在實際的轉爐提溫劑選擇中可以加以參考。