100t 復吹轉爐冶煉優質硬線鋼工藝及質量控制研究

黃文歡

（新余鋼鐵股份有限公司，江西 新余 338001）

0 引言

某硬線鋼生產期間，存在鐵水量不足的情況，廢鋼比達到20.5%，由于成分含量波動大，熱量低，導致轉爐冶煉過程中石灰加入偏少，磷無法被有效去除，鑄坯質量難以保障。廠家為解決硬線鋼生產過程中出現的問題，對生產工藝加以優化，采用底槍布置方式、造渣工藝，完成脫磷、脫氮過程，實現渣－鋼反應優化。因此，研究此項課題，具有十分重要的意義。

1 工藝流程

硬線鋼工藝生產流程分為六個部分，按照工藝流程完善工藝標準流程，實現對100t 復吹轉爐冶煉優化過程。硬線鋼生產工藝流程如圖1 所示。

圖1 硬線鋼生產工藝流程

原料準備階段，生產人員將高品質生鐵與廢鋼混合在一起，確保廢鋼的種類和比例符合生產要求。隨后將廢鋼、鐵水倒入轉爐之中，啟動風機設備和噴槍設備，利用氧氣燃燒鐵水內的硅、碳，同時加入溶劑造渣脫磷，控制冶煉過程中的溫度。在此過程中，嚴格控制氧氣和燃料的流量以及壓力，并調節爐內化學反應速度，按照升溫情況可加入一定量的燒結礦等冷料，需要嚴格控制添加時間和添加量。在轉爐冶煉過程中頂吹攪拌和底吹氬攪拌，確保冶煉反應過程良好。轉爐冶煉完成之后倒爐，確定溫度和成分合格后出鋼。再進行脫氧合金化，在鋼包內添加一定量的碳粉、硅錳，控制鋼水氧性和合金元素含量。完成之后將鋼水吊至LF 爐升溫，加入石灰造白渣，確保脫硫順利。同時軟吹氬使夾雜物更快聚集上浮。確定溫度、成分、夾雜物均合格后吊至連鑄機澆筑。鑄坯經過冷卻處理和切割處理之后，得到優質的硬線鋼方坯[1]。

2 硬線鋼生產工藝優化

2.1 底吹工藝優化

底吹工藝是在爐底位置吹入氬氣，促進鋼液攪拌，提高反應速率，減少氧氣消耗，降低終點氧性，達到最佳的冶煉效果。由于生產過程中復吹轉爐底攪拌強度比較大，底吹6 孔均勻分布在爐底，總流量參數應控制在900L/min。受冷料比和原材料中高磷、高硅的影響，為提高冶煉過程中的脫磷效率，則進一步增加底吹的強度，以確保混合時間最佳。正常煉鋼頂吹氧流量應恒定控制在23000Nm3/h。在工藝優化過程中，應嚴格控制底吹氣體的流量、壓力以及時間，并利用氣體流量計等裝置實時監測底吹氣體的相關參數，結合實際情況調整參數，以達到最佳的底吹效果。為了調節爐渣的成分以及黏度，確保脫磷成功，所使用的造渣料為石灰和白云石，并嚴格控制具體的加入量和加入時間，實現冶煉過程中的鋼渣分離。轉爐煉鋼現場如圖2 所示。

圖2 轉爐煉鋼現場

2.2 脫磷工藝優化

脫磷的目的是降低鋼液中的磷含量，以滿足產品質量要求。考慮到實際冶煉生產過程中冷料的成分波動比較大，且鐵水之中的磷含量比較高，達到0.13%，為了實現脫磷工藝的優化，相關技術人員確保前期材料盡快化渣，并在中期控制爐渣反干過程，在冶煉過程中增加攪拌以實現脫磷的目的。在調整槍位的同時，底吹的流量也進一步調整，提高熔池內材料的攪拌效率，實現快速升溫和快速冷料熔化的目的。基于上述基本工藝理念，在脫磷過程中，使用倒雙渣工藝。該工藝是指在吹煉200s 硅反應結束后倒一次渣，減少渣中硅含量，提高后續渣的堿度，以確保脫磷效果最佳。前期倒渣操作能夠減少鋼液中的溶解磷含量，減少已經脫除的磷重新溶解到鋼液之中。在完成前期倒渣操作之后，選擇石灰作為工藝生產過程中的主要脫磷材料，通過頂吹投入轉爐中[2]。在轉爐冶煉過程中，石灰與鋼液中的磷發生化學反應，生成易于分離的含磷化合物，實現磷物質的脫除。在此過程中，技術人員應嚴格調整爐渣的成分以及溫度，控制爐渣的黏度，確保磷化物與爐渣之間能夠實現有效分離，隨后實施渣液脫水、渣液精煉的操作方法，以確保鋼液的質量符合標準要求。在脫磷工藝之中，脫磷劑的投加量、投加時間和投加位置的控制，是實現脫磷工藝的質量的關鍵。模型參數輸入如表1所示，物料投入預測結果如表2 所示。

表1 硬線鋼轉爐物料-熱平衡靜態模型參數輸入

表2 硬線鋼靜態模型計算預測結果輸出 單位：m3/t

2.3 工藝生產效果

在工藝優化的基礎上，開展生產試驗，以確保工藝生產效果良好。原材料鐵水中的Si 含量為0.45%，Mn含量為0.32%，P 含量為0.139%，S 含量為0.0179，鐵水溫度為1320℃。生鐵塊中的Si 含量為0.98%，P 含量為0.175%。生產過程中，波動比較大，但磷相對而言比較穩定，生鐵之中的磷含量比較多，對整個生產工藝提出了更高的要求。技術人員設置的具體硬線鋼冶煉工藝參數如表3 所示。

表3 冶煉工藝操作控制

硬線鋼生產過程中，控制總裝入量為121t，出鋼量則為113t/爐，控制生產過程中的鐵水比例，平均值為860kg/t。在前期一次倒爐之后，吹煉終點C 含量為0.1%，P 含量為0.011%，Mn 含量為0.13%，T.Fe 含量為12.55%。復吹轉爐工藝優化之后，使得終點控制水平得到了進一步的提升，脫磷效果大幅改善。

3 硬線鋼生產工藝要點

3.1 一倒磷控制

在生產過程中，雙渣倒爐磷含量的控制是核心關鍵，由于生產過程中所使用的原材料中冷料比較高，且磷含量較大，在終點控制上需要重點解決的問題就是脫磷問題。雙渣倒爐磷波動范圍在0.08%～0.12%，控制一倒時間能有效將磷控制在0.08%以下，為后續脫磷創造良好條件，才能確保達到終點命中率的基本要求。技術人員在冶煉生產過程中，需要考慮一倒磷含量波動較大問題的原因，原料成分波動，是導致磷含量波動較大的原因，如果原料中的磷含量波動較大，會直接影響到鋼液中的磷含量。石灰投加不均勻也是導致磷含量出現波動的因素之一，脫磷劑投加量、投加時間和投加位置的不準確或不一致，會導致脫磷劑與鋼液中的磷反應不均勻。同時倒渣時間也是一重要原因，倒渣過早硅未反應完全，磷與石灰未得到反應，脫磷效果差。因此，針對生產過程中的一倒磷含量波動較大的問題，應重點把握工藝要點，明確工藝具體參數。在原料選擇上，對原料做化驗分析，及時調整原料配比，以減少原料中的磷含量波動，脫磷劑施加過程中，使用自動控制系統監測和調節脫磷劑的投加參數，保證脫磷劑均勻分布在鋼液中。在放鋼階段，渣液中的磷化物和爐渣的分離不徹底，或者渣液的脫水處理不完善，渣放入鋼水中均會導致磷化物重新溶解到鋼液中，增加鋼液中的磷含量。應采用合適的渣液脫水和擋渣工藝，提高渣液的質量[3]。

3.2 終點氧含量控制

轉爐過程中，脫碳屬于升溫過程，但由于受脫磷的影響，轉爐終點通常會采用拉低碳的方案。該過程中，終點碳越少，則氧含量越高，用于脫氧過程中所需要添加的合金含量越大，同時氧化夾雜物增加。在吹煉階段，提高鋼水純凈度尤為重要。終點氧控制是指在轉爐冶煉過程中，通過控制氧槍的供氧量，使熔池中的氧化性氣氛達到一定的水平，以實現對鋼水成分和溫度的控制。在此過程中，應預先確定好目標的成分以及溫度，設置氧槍的參數，并實時監控熔池的狀態，控制冶煉過程中氧化性氣氛。在優質硬線鋼生產過程中，需要控制鋼水中碳、硅、錳等元素的含量有一定的范圍，同時要求鋼水的溫度在一定的范圍內。在氧槍參數控制方面，則需要嚴格控制氧槍的參數，氧槍參數的設定需要考慮轉爐內的氣氛、鋼水溫度、氧化性氣氛的擴散速度等因素。當鋼水成分和溫度達到目標值，且氧化性氣氛達到預期水平時，結束吹氧控制。此時，轉爐內的鋼水可以進行下一步的處理，如合金化、脫氧等[4]。

4 硬線鋼生產工藝質量控制措施

4.1 嚴格控制原材料

由上文可知，影響硬線鋼生產工藝和生產質量的核心因素為原材料。優質鋼生產過程中所需要投入的材料包括鐵水、廢鋼、造渣劑、石灰等。原材料中的鐵水應為優質鐵水，含有較低的雜質和含氧物質，其Si 含量應控制在0.30%～0.60%，Mn 含量應控制在0.30%～0.50%，P 含量應控制在0.13%以下，S 含量應控制在0.03%以內，C 含量應控制在3.50%～4.50%，鐵水溫度應控制在1250～1350℃。廢鋼應為優質廢鋼，預先經過分類和清潔處理，去除大部分雜質。其參數應滿足Si 含量小于0.30%，Mn 含量小于0.30%，P 含量小于0.04%，S含量小于0.03%，C 含量在0.10%～0.30%的基本要求。選擇使用的造渣劑應具有良好的脫硫和吸收雜質的能力。造渣劑中的CaO 含量應超過50%，SiO2含量應在5%以內，Al2O3含量控制在5%以下，MgO 含量在5%以內，FeO 含量在5%以內[5]。

4.2 加強生產過程監測

為了確保硬線鋼生產過程中的各項參數良好，應做好生產過程中各項指標的檢測，以確保產品的生產質量和生產效率。在該過程中可引入自動化技術，實現對溫度的科學監測。例如，技術人員使用煙氣分析儀器實時測定煙氣CO 含量，確定反應狀態好速度。使用紅外線測溫儀實時監測轉爐內部和鋼液的溫度變化，并利用自動化控制系統，將溫度數據反饋給操作人員，實時了解溫度變化。同時在接近吹煉終點時進行投彈副槍操作，準確測定鋼水溫度和碳含量，越來越更精確控制終點時機。生產人員也要注重對氧含量、渣液處理過程、倒爐過程中相關參數的監測，安裝倒爐過程監測系統，通過傳感器實時監測倒爐過程中的溫度、氧含量、氣體流量等參數。例如，在生產過程中，技術人員通過取樣分析，實時檢測爐渣的堿度、氧化性等相關參數，并對其進行檢驗，根據爐渣檢測結果，及時調整造渣劑的加入量和時機，優化爐渣的性能。在冶煉過程中，技術人員定期從轉爐中取樣，對鋼水成分、溫度、氣體含量等參數進行分析，結合分析結果調整工藝。同時在放鋼過程使用下渣檢測系統，避免鋼渣進入鋼水中回磷。

4.3 優化轉爐操作過程

在復吹轉爐冶煉操作過程中，轉爐操作對硬線鋼的質量影響較大。相關技術人員應明確轉爐操作過程中的關鍵環節，以確保整個工藝質量符合標準要求，滿足優質硬線鋼生產的需要。例如，在吹煉控制過程中，技術人員需要嚴格控制吹煉槍位、流量、時間，控制吹煉反應速度和反應終點。吹煉速度過快，可能導致鋼水溫度降低，影響鋼水質量；吹煉時間過長可能導致氣體含量增加，影響鋼水成分。在造渣過程中，適時加入造渣劑，如石灰、白云石等。同時，在轉爐操作過程中，技術人員需要嚴格控制鋼水溫度。溫度過高可能導致鋼水氧化性氣氛增加，影響脫磷效果，影響鋼水質量；溫度過低可能導致鋼水中的雜質難以去除，同時鋼渣分離效果變差。因此，相關技術人員應嚴格控制轉爐操作過程，以確保生產質量符合要求。

5 結語

綜上所述，本文闡述復吹轉爐硬線鋼生產的基本工藝流程，結合實際案例分析了冶煉過程中應注意的問題。冶煉過程中雙渣倒磷和終點氧控制問題應高度重視，為了達到優質硬線鋼的生產要求，也應做好原材料控制、轉爐過程控制，并引進自動化技術，實現對硬線鋼冶煉過程中，質量最佳。