陳達(dá)雙 陳偉 文玉兵 陳愛(ài)林

（武昆股份制造管理部）

1 前言

2020 后受新冠疫情和國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)企業(yè)發(fā)展放緩等因素的影響，各鋼廠生存壓力普遍上升，壓產(chǎn)、降本成為各鋼廠應(yīng)對(duì)市場(chǎng)環(huán)境變化的主要措施。煉鋼作為鋼鐵企業(yè)的重要工序，其加工成本對(duì)企業(yè)的影響不言而喻，而合金成本又占煉鋼成本的50 %-65 %左右。目前各鋼廠降低合金成本的主要方法是提高終點(diǎn)碳含量降低終點(diǎn)氧含量以提高合金收得率、通過(guò)操作水平的提高來(lái)提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)余錳的含量、降低出鋼溫度提高合金收得率等。目前，昆鋼高爐鐵水帶入的Mn 含量為0.3 %-0.4 %，平均0.36 %。轉(zhuǎn)爐冶煉后終點(diǎn)余Mn 含量0.07 %-0.18 %，平均0.14 %，終點(diǎn)殘余率38.9 %。為進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)余Mn 含量，降低轉(zhuǎn)爐脫氧合金化過(guò)程中Mn 系合金的消耗量，在高鐵鋼比（≥930 kg/t）生產(chǎn)組織模式下組織了在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中加入錳礦提高終點(diǎn)殘余Mn 含量的生產(chǎn)實(shí)踐。

2 錳礦用于轉(zhuǎn)爐冶煉提高終點(diǎn)余Mn含量

2.1 轉(zhuǎn)爐內(nèi)Mn 的氧化與還原反應(yīng)

冶煉初期Mn 的氧化反應(yīng)：

冶煉中期Mn 的還原反應(yīng)：

冶煉后期Mn 的氧化反應(yīng)

轉(zhuǎn)爐冶煉初期，熔池溫度較低，在C—O 反應(yīng)來(lái)臨前，鐵水中的[Mn]處于處于氧化階段，鐵水中絕大部分Mn 被氧化進(jìn)入爐渣中；吹煉中期，隨著熔池溫度升高，鋼水脫碳反應(yīng)加速，前期被氧化進(jìn)入渣中的MnO 部分被還原重新返回鋼液；吹煉后期，隨著鋼水碳含量和爐渣的氧化性增加，鋼水中的錳被重新氧化進(jìn)入爐渣[3]-[5]。

式（2）在轉(zhuǎn)爐冶煉中期CO 不斷通過(guò)轉(zhuǎn)爐爐口排除，爐內(nèi)CO 分壓可近似看作恒定，當(dāng)△Gθ＜0（即熔池溫度＞1 690 K 或＞1 417 ℃）時(shí)，反應(yīng)將向右進(jìn)行。若將該反應(yīng)看作可逆反應(yīng)，要使反應(yīng)持續(xù)向右發(fā)展的條件有：增加渣中MnO 含量、增加鋼水中C 含量、溫度＞1 417 ℃的基礎(chǔ)上持續(xù)升高。

2.2 高鐵鋼比條件下使用錳礦提高終點(diǎn)余錳的可行性

Mn 在轉(zhuǎn)爐內(nèi)經(jīng)歷了氧化、還原、氧化的過(guò)程，在轉(zhuǎn)爐冶煉溫度下，前后期Mn 的氧化為放熱反應(yīng)、中期Mn 的還原為吸熱反應(yīng)，從化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)原理上看，前后期低溫有利于Mn 的氧化，中期高溫有利于Mn 的還原[1]、[2]。因此，前后期要抑制Mn 的氧化需要適當(dāng)高的溫度，中期Mn的還原也需要較高的溫度，轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程要提高終點(diǎn)Mn 含量，全程需要較高的溫度?，F(xiàn)階段轉(zhuǎn)爐鐵鋼比從原來(lái)的870 kg/t 上升至912 kg/t、廢鋼比降低46 kg/t 左右，冶煉過(guò)程熱量呈現(xiàn)富余情況，為抑制轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程熱量富余后造成的噴濺主要有兩種方式：一是增加轉(zhuǎn)爐渣料消耗來(lái)適當(dāng)緩解，但造渣材料的增加加大了爐渣帶鐵量，噴濺現(xiàn)象雖有所緩解但仍未得到較好解決；二是冶煉過(guò)程發(fā)現(xiàn)過(guò)程溫度高時(shí)使用燒結(jié)礦或球團(tuán)礦進(jìn)行調(diào)節(jié)，但常因使用不當(dāng)造成過(guò)程溫降大、噴濺、終渣FeO 含量升高的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)合Mn 在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的氧化與還原行為，若在轉(zhuǎn)爐冶煉熱量富余的條件下使用錳礦進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步規(guī)范錳礦加入的時(shí)機(jī)、數(shù)量等，理論上可達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐冶煉操作的同時(shí)增加轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)余Mn 含量的目的。

3 錳礦用于轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 錳礦理化檢驗(yàn)情況

錳礦理化檢驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1 所示。

表1 錳礦理化檢驗(yàn)指標(biāo)

3.2 錳礦轉(zhuǎn)爐使用方法研究

（1）加入量的控制：錳礦的冷卻效應(yīng)理論為廢鋼的3.0 倍，為適當(dāng)提高冶煉過(guò)程溫度為Mn的還原創(chuàng)造條件，使用過(guò)程中冷卻效應(yīng)按3.5-4.0倍控制。廢鋼比降低46 kg/t，錳礦加入量按11.0-14.0 kg/t 控制；

（2）加入時(shí)機(jī)的控制：為提高冶煉中期爐渣MnO 含量以利于中期Mn 的還原，錳礦應(yīng)在冶煉前期加入。同時(shí)，冶煉后期在C 含量降低后爐渣中FeO含量升高將影響Mn 的還原，加大轉(zhuǎn)爐內(nèi)Mn 的氧化。綜合以上情況，錳礦在冶煉前期加入時(shí)機(jī)最佳；

（3）轉(zhuǎn)爐供氧制度的調(diào)整：轉(zhuǎn)爐冶煉后期，為減少FeO 的產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐氧槍控制以適當(dāng)?shù)偷臉屛贿M(jìn)行控制，應(yīng)盡量避免高低槍位滑槍操作；

（4）轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制：提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C 含量和溫度，有助于減少渣中FeO 的生成，控制冶煉后期Mn 的氧化。

3.3 錳礦轉(zhuǎn)爐冶煉實(shí)際應(yīng)用情況

3.3.1 錳礦加入前后轉(zhuǎn)爐造渣材料的變化情況

錳礦使用過(guò)程中直接取消原造渣料中冷卻系數(shù)較高的生白云石的加入量，增加了錳礦和輕燒白云石的用量（見(jiàn)表2），轉(zhuǎn)爐非含鐵渣料加入總量減少6.5 kg/t。

表2 造渣材料使用情況

3.3.2 使用錳礦前后轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)變化情況

使用11.4 kg/t 的錳礦參與冶煉后，相同鐵水Mn 含量的條件下轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)Mn 含量提高0.08 %、Mn 的還原率為23.4 %；終點(diǎn)溫度、終點(diǎn)C 含量、終點(diǎn)P 含量均有不同程度的改善(見(jiàn)表3)。

表3 轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)情況

3.3.3 使用錳礦前后轉(zhuǎn)爐冶煉終渣情況

從轉(zhuǎn)爐終渣情況(見(jiàn)表4)看TFe 含量無(wú)明顯變化，未出現(xiàn)因錳礦的加入造成轉(zhuǎn)爐終渣TFe升高的現(xiàn)象，錳礦帶入的含鐵氧化物未對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣TFe 含量產(chǎn)生較大影響。轉(zhuǎn)爐終渣變化較為明顯的為MnO 含量增加4.38 %，未還原的錳礦進(jìn)入爐渣中。

表4 轉(zhuǎn)爐冶煉終渣情況

3.3.4 錳礦使用對(duì)成本的影響

（1）轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)Mn 含量提高0.08 %，降低錳鐵（單價(jià)：7 500 元/噸）合金消耗1.11 kg/t，降低生產(chǎn)成本8.33 元/噸；

（2）加入錳礦11.4 kg/t 后，帶入金屬鐵2.5 kg/t 即彌補(bǔ)冶煉過(guò)程鐵損，降低鐵損2.5 k/t，降低生產(chǎn)成本約7.50 元/噸（鐵水單價(jià)約3 000 元/噸）；

（3）加入錳礦11.4 kg/t，增加成本約9.12 元/噸（錳礦單價(jià)約800 元/噸）；

合計(jì)加入11.4 kg/t 的錳礦可降低生產(chǎn)成本約6.71 元/噸。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）高鐵鋼比條件下可使用錳礦提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)余錳；

（2）高鐵鋼比條件下使用錳礦參與造渣可有效降低轉(zhuǎn)爐渣料消耗量，提高轉(zhuǎn)爐造渣材料的有效利用率，改善轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制水平；

（3）錳礦加入后帶入部分金屬Fe，可減少或彌補(bǔ)轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程的鐵損；

（4）高鐵鋼比下加入一定量的錳礦可降低鋼廠生產(chǎn)成本約6.71 元/噸。