楊 娜

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博256414）

1 前 言

鋼鐵企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本兩個(gè)方面。高碳鋼是山東某鋼鐵企業(yè)高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品的主要組成部分，而簾線鋼系列又是重中之重。簾線用鋼要求鋼中磷的含量＜0.010%，且磷加硫含量的總和＜0.018%，因此要求轉(zhuǎn)爐出鋼磷含量＜0.006%。對(duì)如此高的磷控制要求，同時(shí)又要采用拉碳操作保證鋼水的純凈度，轉(zhuǎn)爐單渣法脫磷效率最好時(shí)只有90%左右，因此采用單渣法脫磷不能滿(mǎn)足簾線鋼脫磷要求［1-2］。另外，國(guó)際鐵礦石價(jià)格不斷攀升，國(guó)內(nèi)低品位鐵礦石的利用率越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)礦石的雜質(zhì)尤其是磷含量高。隨著鋼鐵市場(chǎng)日益嚴(yán)峻，該廠開(kāi)始使用國(guó)內(nèi)低品位鐵礦石替代進(jìn)口礦來(lái)降低生產(chǎn)成本，但鐵水質(zhì)量受到較大影響，特別是磷含量大幅度上升，已經(jīng)影響到了低磷鋼的開(kāi)發(fā)及常規(guī)鋼種的生產(chǎn)，如何低成本提高煉鋼工序的脫磷率成為該企業(yè)面臨的重要課題。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷理論及該廠的具體條件，分析了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫磷的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算、技術(shù)分析，為提高轉(zhuǎn)爐脫磷的效率，該廠決定采用了“雙渣＋留渣”脫磷工藝以保證高碳鋼吹煉的脫磷效率，并確保轉(zhuǎn)爐的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化的配置。

2 試驗(yàn)方案的制定

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

確保前期脫磷率≥60%；強(qiáng)化一倒倒渣效果，倒渣量≥2/3總渣量；優(yōu)化二次造渣工藝，避免返干、粘槍等不利操作的現(xiàn)象，終點(diǎn)脫磷率≥92%；強(qiáng)化留渣兌鐵操作，杜絕兌鐵噴濺。

2.2 試驗(yàn)工藝要求

1）留渣、墊料。濺渣護(hù)爐后不倒渣，提槍時(shí)進(jìn)行墊料。墊料工藝要求：墊料總量為1/2 石灰總量＋1 t 含鐵物料礦＋1/2 輕燒總量，墊料后需向前大角度搖爐（90°～120°）。

2）兌鐵工藝要求。須確保兌鐵前爐渣溫度降低到1 500 ℃以下，兌鐵前需搖爐對(duì)爐內(nèi)渣況進(jìn)行確認(rèn)，鋼渣必須固化，然后抬爐緩慢兌鐵水。

3）一次造渣。石灰加入量按前期堿度2.0計(jì)算墊料量、留渣有效CaO 含量；輕燒加入量按前期渣中MgO 含量6%～6.5% 計(jì)算墊料量、留渣有效MgO含量；燒結(jié)返礦加入量1.5～2.5 t；燒結(jié)返礦加入方式為開(kāi)吹點(diǎn)火后根據(jù)鐵水Si含量與溫度加入返礦，首批次加入返礦數(shù)量1.5 t 左右，1 min 后根據(jù)化渣情況補(bǔ)加燒結(jié)返礦，批次數(shù)量300～500 kg（多批次加入）。氧壓0.85～0.90 MPa；點(diǎn)火正常后，加入燒結(jié)返礦1.5 t 左右，壓槍槍位1.2～1.3 m，吹煉2～3 min（根據(jù)鐵水Si 含量而定）后提槍調(diào)渣，碳焰初起時(shí)滑槍兩次提槍倒渣。

4）一倒倒渣。一倒倒渣關(guān)鍵參數(shù)要求：鋼水中Si 含量為微量；溫度區(qū)間為1 400～1 430 ℃，目標(biāo)1 405～1 415 ℃；爐渣堿度1.8～2.0；渣中FeO含量控制在15%～20%，目標(biāo)值16%～18%；渣中MgO含量6%～6.5%。倒渣開(kāi)始后立即將爐體傾動(dòng)至75°～80°位置，停留3～5 s后，再緩慢搖爐倒渣，在避免鋼-渣混出的前提下，盡可能倒凈一次渣；測(cè)溫，取渣樣及半鋼樣。

5）二次造渣。終渣堿度3.0～3.5；MgO含量8%～10%；FeO 含量14%～18 %；CaO/FeO 比值2.5～3.0。采用高槍位點(diǎn)火，點(diǎn)火槍位比正常槍位高300～500 mm，點(diǎn)火正常后加入1 500 kg 燒結(jié)返礦，隨后加入石灰500 kg，輕燒500 kg，化渣良好后，補(bǔ)加余下的石灰和輕燒，批次≤300 kg，總供氧10 min前加完，過(guò)程根據(jù)溫度與化渣情況補(bǔ)加燒結(jié)返礦（多批次小批量加入），13 min 后不再加入含鐵礦料。二次造渣的中后期恢復(fù)到常規(guī)的高碳鋼冶煉模式，終點(diǎn)取渣樣與兩個(gè)氧化樣。

2.3 試驗(yàn)實(shí)施條件

試驗(yàn)鐵水條件如表1 所示。一次造渣系組元如表2 所示，倒渣時(shí)間、溫度、渣量、用時(shí)如表3 所示。二次造渣渣系組元如表4所示。

表1 鐵水成分及溫度

表2 一次造渣渣系組元

表3 倒渣時(shí)間、溫度、渣量、用時(shí)

表4 二次造渣渣系組元

3 試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)方案

3.1 試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題

一次造渣結(jié)束時(shí)鋼-渣不容易分離，倒渣時(shí)容易夾帶鋼水；一次造渣脫磷效率低，脫磷率在50%～60% 出現(xiàn)頻率為34%；脫磷率在60%～70% 出現(xiàn)頻率為62%；脫磷率在＞70% 出現(xiàn)頻率為4%。；二次造渣過(guò)程易出現(xiàn)粘槍、返干等不利過(guò)程操作的現(xiàn)象；部分爐次吹煉中后期脫磷困難，終點(diǎn)P 含量偏高達(dá)0.03%～0.04%，且處理比較困難；轉(zhuǎn)爐冶煉周期延長(zhǎng)，一般在5～13 min；下渣量控制穩(wěn)定性差，回磷量波動(dòng)大。

3.2 改進(jìn)方案

1）原輔料。簾線鋼生產(chǎn)時(shí)鐵水Si 含量0.35%～0.55%，磷含量≤0.10%，鐵水溫度1 300～1 350℃；石灰適量滿(mǎn)足使用標(biāo)準(zhǔn)要求；含鐵物料只使用燒結(jié)返礦，粒度1～3 mm。

2）留渣工藝。當(dāng)出現(xiàn)上一爐鐵水Si＞0.60%，終點(diǎn)最高溫度＞1 680 ℃，終點(diǎn)碳含量＜0.04%，終渣R＞4.0，二次造渣過(guò)程出現(xiàn)嚴(yán)重返干、粘槍等異常情況中一項(xiàng)或多項(xiàng)不留渣。

3）留渣預(yù)噴。出鋼結(jié)束后立即開(kāi)始濺渣護(hù)爐操作，濺渣結(jié)束后根據(jù)渣況向爐內(nèi)加入500～100 kg石灰與輕燒白云石，確保爐渣完全固化。

4）兌鐵操作。墊料總量：1/2 石灰石或石灰總量＋1 t 含燒結(jié)返礦＋1/2 輕燒總量，兌鐵前需搖爐對(duì)爐內(nèi)渣況進(jìn)行確認(rèn)，鋼渣必須固化；然后執(zhí)行常規(guī)兌鐵工藝。

5）一次造渣。輔料加入工藝要求使用石灰石代替石灰，當(dāng)鐵水溫度≤1 300 ℃或鐵水Si 含量≤0.25% 時(shí)，使用石灰。石灰石或石灰加入量參考模型計(jì)算結(jié)果。輕燒加入量按前期渣中MgO 含量6%～6.5%；加入量參考模型計(jì)算結(jié)果。燒結(jié)返礦加入量參考模型計(jì)算結(jié)果。燒結(jié)返礦加入方式為開(kāi)吹點(diǎn)火后根據(jù)鐵水Si 含量與溫度加入返礦，首批次加入返礦數(shù)量1.5 t 左右，1 min 后根據(jù)化渣情況補(bǔ)加燒結(jié)返礦，批次數(shù)量300～500 kg（多批次加入）。

6）供氧制度底吹運(yùn)行良好，采用弱頂吹和強(qiáng)底吹的復(fù)合吹煉模式，氧壓0.80～0.85 MPa，槍位1.5～2.0 m，底吹強(qiáng)度0.8 MPa；底吹運(yùn)行不良，槍位采用分階段控制，化渣階段1～2.5 min，槍位1.2～1.3 m；脫磷階段1.0～2.0 min，槍位1.4～1.7 m；倒渣前期0～1.0 min，槍位1.2～1.3 m，氧壓0.80～0.90 MPa。

7）一倒倒渣。鋼水中Si含量為微量；溫度區(qū)間為1 400～1 430 ℃，目標(biāo)1 405～1 415 ℃；爐渣堿度1.8～2.0 左右；（FeO）含量控制在15%～20%，目標(biāo)值16%～18%；（MgO）含量6%～6.5%。倒渣前根據(jù)爐渣泡沫化程度，使用氮?dú)鈱?duì)爐渣吹掃0～2 min；倒渣時(shí)，爐口見(jiàn)渣后停留3～5 s 后，再緩慢搖爐倒渣。倒渣過(guò)程發(fā)現(xiàn)渣中帶鐵花明顯或爐內(nèi)劇烈翻騰時(shí)暫緩倒渣，在避免鋼-渣混出的前提下，盡可能倒凈一次渣；測(cè)溫，取渣樣及半鋼樣。

8）二次造渣。終渣要求終渣堿度3.5～4.0；（MgO）含 量8%～10%；（FeO）含 量14%～18%；（CaO）/（FeO）比值2.5～3.0。造渣輔料加入總量參考模型計(jì)算結(jié)果，加入制度根據(jù)過(guò)程化渣情況靈活掌控，主要參考火焰穩(wěn)定情況，爐內(nèi)發(fā)出化渣響聲，13 min后不再加入含鐵礦料。配加石英砂，一倒倒渣后，石英砂由廢鋼斗加入，配加量300～500 kg，主要根據(jù)一倒脫磷率與倒渣量靈活控制，石英砂與石灰配加比例1∶4.3。根據(jù)過(guò)程化渣情況采取高、低槍位靈活交替操作的模式，高槍位（1.7～2.5 m）爐渣達(dá)到爐口又不溢出；低槍位（1.2～1.5 m）渣中FeO 不低于10%，杜絕返干；二次造渣的中后期恢復(fù)到常規(guī)的高碳鋼冶煉模式。

9）下渣量控制。確保擋渣帽塞緊塞實(shí)，搖爐放鋼時(shí)，前期渣流入渣盆后，鋼水方可進(jìn)入鋼包。采用40爐以?xún)?nèi)的出鋼口，強(qiáng)化擋渣效果，在擋住渣的前提下，收流抬爐，避免下渣。在擋渣效果較差情況下，采用留鋼操作，避免下渣導(dǎo)致回磷。

10）控制模型使用要求。需按照要求認(rèn)真填寫(xiě)原始數(shù)據(jù)及關(guān)鍵物料使用情況，測(cè)溫，取渣樣及氧化樣。

3.3 實(shí)施效果

1）一次造渣脫磷率的分布。脫磷率在50%～60% 出現(xiàn)頻率為7%；脫磷率在60%～70% 出現(xiàn)頻率為85%；脫磷率在＞70%出現(xiàn)頻率為8%；一次造渣脫磷效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原工藝一次脫磷率。

2）二次造渣脫磷率分布。脫磷率＜92% 出現(xiàn)頻率為2%；脫磷率在92%～95% 出現(xiàn)頻率為83%；脫磷率在＞95%出現(xiàn)頻率為15%；二次造渣過(guò)程未見(jiàn)粘槍、返干等不利過(guò)程操作的現(xiàn)象，下渣量控制穩(wěn)定，回磷量波動(dòng)小。

3）在無(wú)鐵水預(yù)處理脫磷的工藝條件下，冶煉簾線鋼采用“雙渣＋留渣”脫磷工藝并結(jié)合控制模型指導(dǎo)過(guò)程控制，滿(mǎn)足簾線鋼終點(diǎn)“脫磷保碳”的目的，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)脫磷率可確保＞92%，磷含量＜0.06%，終點(diǎn)碳含量控制范圍0.10%～0.25%。結(jié)合簾線鋼采用“雙渣＋留渣”脫磷工藝取得的工藝進(jìn)步與實(shí)施效果，以低成本為控制目標(biāo)，對(duì)原有冶煉高磷鐵水（磷＞0.18%）的“雙渣+留渣”脫磷工藝進(jìn)行優(yōu)化，確保終點(diǎn)脫磷率≥89%，終點(diǎn)碳含量控制范圍0.08%～0.15%。

4 結(jié) 論

4.1 結(jié)合試驗(yàn)初期出現(xiàn)的主要問(wèn)題，通過(guò)一系列的技術(shù)改進(jìn)，確?！半p渣+留渣”脫磷工藝達(dá)到最優(yōu)效果。目前行業(yè)“雙渣＋留渣”脫磷工藝總體脫磷率控制在92%～95%，一次造渣脫磷率控制在50%～70%，綜上數(shù)據(jù)分析，采用此工藝冶煉簾線鋼已達(dá)行業(yè)總體控制水平，個(gè)別爐次已達(dá)行業(yè)領(lǐng)先水平。

4.2 開(kāi)發(fā)的“雙渣＋留渣”脫磷工藝，減少了物料消耗和爐渣排放量，確保初始鋼水內(nèi)部質(zhì)量，轉(zhuǎn)爐的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化的配置，為研發(fā)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品打下良好基礎(chǔ)。

4.3 “雙渣＋留渣”脫磷工藝實(shí)施后，避免了轉(zhuǎn)爐出鋼因磷含量超標(biāo)導(dǎo)致降級(jí)改判或判廢事故的發(fā)生。

4.4 高品質(zhì)高碳品種鋼實(shí)施“雙渣＋留渣”脫磷工藝后，噸鋼冶煉成本降低34.87 元，磷含量＞0.18%普碳鋼實(shí)施“雙渣+留渣”脫磷工藝噸鋼成本降低29.43 元，預(yù)計(jì)年產(chǎn)高品質(zhì)高碳鋼18 萬(wàn)t，高磷鐵水冶煉普碳鋼12萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到980萬(wàn)元。