彭高獻(xiàn)，蔡雅娟，施軍賢，趙小軍

（江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港 215625）

0 引言

高碳鋼因其硬度高、強(qiáng)度大、耐磨性好和耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。夾雜物是影響鋼質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，既要控制鋼中夾雜物數(shù)量盡量少[1]，又對(duì)鋼中夾雜物的類(lèi)型、尺寸及形態(tài)等有很高的要求。為了減少鋼液中不變形夾雜的產(chǎn)生，電爐冶煉高碳鋼需要控制終渣堿度，但堿度低的爐渣流動(dòng)性差，會(huì)出現(xiàn)爐底上漲的現(xiàn)象，隨著爐底上漲，爐膛空間縮小，限制了電爐標(biāo)準(zhǔn)化操作。

1 爐底上漲的原因及危害

電爐冶煉高碳鋼采用鐵水質(zhì)量配比≥60%配料工藝，電爐熱兌鐵水后，爐內(nèi)配碳量增加。隨著冶煉過(guò)程供氧強(qiáng)度提高，爐內(nèi)碳氧反應(yīng)更加劇烈，爐內(nèi)熔池渣相傳氧速率小于碳氧反應(yīng)耗氧[2]，由于渣中FeO快速消耗，從而出現(xiàn)返干現(xiàn)象。電爐長(zhǎng)時(shí)間采用高鐵水比模式冶煉高碳鋼，爐渣易沉積并滯留在爐底，從而造成爐渣黏結(jié)成塊，致使?fàn)t底積渣逐漸加厚，爐膛縮小，嚴(yán)重時(shí)妨礙正常的冶煉操作。在氧槍吹氧強(qiáng)度不變的情況下，爐膛縮小會(huì)加劇爐內(nèi)碳氧反應(yīng)，造成脫碳速度快。在總裝入量不變的情況下，漲爐導(dǎo)致熔池深度減少，爐門(mén)口就會(huì)夾雜有大量鋼水隨著鋼渣排出，嚴(yán)重影響鋼水收得率，無(wú)法保證出鋼量。因此，連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中需要定期洗爐。

2 洗爐對(duì)燒結(jié)礦的要求

采用燒結(jié)礦作為洗爐料，通過(guò)電爐加料系統(tǒng)入爐。一般采用粒度為5～10 mm 的成品燒結(jié)礦，將成品燒結(jié)礦溫度冷卻至50 ℃以下，再運(yùn)輸至煉鋼廠(chǎng)，通過(guò)地下料倉(cāng)上料皮帶進(jìn)入高位料倉(cāng)，保證進(jìn)入上料皮帶前燒結(jié)礦不結(jié)塊、表面不發(fā)紅，防止高溫?zé)Y(jié)礦對(duì)上料皮帶造成影響。從表1 燒結(jié)礦主要成分含量數(shù)據(jù)可以看出，燒結(jié)礦中的硫、磷含量高，最高的分別能達(dá)到1%、1.2%。因此，洗爐冶煉過(guò)程中要合理控制加入量。

3 燒結(jié)礦洗爐原理

電爐洗爐是通過(guò)調(diào)低爐渣熔點(diǎn)，降低爐渣黏度，提高爐渣流動(dòng)性，盡可能將爐底積結(jié)的渣鐵熔化，恢復(fù)爐膛的正?？臻g。通常，在堿性爐渣中加入酸性氧化物可使黏度降低，加入堿性氧化物則會(huì)使黏度提高，而酸性爐渣的情況則與此相反。但也有例外，F(xiàn)eO雖屬堿性氧化物，卻可使堿性爐渣的黏度降低，這是因?yàn)镕eO 本身的熔點(diǎn)低，F(xiàn)eO 能大大降低爐渣熔化溫度和黏度，起到稀釋爐渣的作用。而燒結(jié)礦主要成分為鐵的氧化物，主要為Fe2O3、FeO、CaO 和SiO2等，w（TFe）＞55%，加入燒結(jié)礦就是直接向爐渣中提供FeO，能有效緩解氧化過(guò)程中由于碳氧反應(yīng)劇烈而產(chǎn)生的返干現(xiàn)象，抑制爐底上漲。通過(guò)2～3 爐鋼連續(xù)加入的反應(yīng)，清除爐內(nèi)積渣，恢復(fù)爐膛正常，其反應(yīng)機(jī)理為：C+FeO＝Fe（液）+CO（氣）。

4 洗爐操作要點(diǎn)

某電爐煉鋼廠(chǎng)100 t 電爐冶煉高碳鋼加燒結(jié)礦洗爐，采用鐵水質(zhì)量配比≥60%的配料工藝，洗爐情況見(jiàn)表2。

表2 加燒結(jié)礦洗爐情況

在總裝入量不變的情況下，當(dāng)出現(xiàn)出鋼量明顯降低波動(dòng)時(shí)，說(shuō)明爐底已經(jīng)明顯上漲，由于爐底上漲導(dǎo)致?tīng)t門(mén)跑鋼水多，鋼水收得率下降。一般情況下，熱裝鐵水工藝電爐冶煉鋼水收得率不能低于91%[3]。當(dāng)鋼水收得率低于91%時(shí)，如表2 中1-5652 爐，應(yīng)從其次爐（如表2 中1-5653）開(kāi)始加燒結(jié)礦進(jìn)行洗爐。

燒結(jié)礦的還原反應(yīng)要直接消耗鋼水中大量的碳[4]，燒結(jié)礦洗爐配碳量要保證碳平衡，采用鐵水比≥60%的配料工藝，適當(dāng)提高入爐鐵水比，鐵水含碳量能滿(mǎn)足要求，在原料中不另外增加配碳，冶煉過(guò)程中根據(jù)泡沫渣情況向爐內(nèi)適量噴碳粉即可滿(mǎn)足碳平衡需要。為保證洗爐效果，洗爐期間鋼水溫度控制要比正常冶煉高30～50 ℃，一般洗爐期間電爐出鋼終點(diǎn)溫度為1 650～1 680 ℃為宜，終點(diǎn)w（C）≥0.06%。

一般來(lái)說(shuō)，電爐渣中w（MgO）應(yīng)控制在6%～9%較為適宜，過(guò)高會(huì)造成爐底上漲、脫磷效率下降。加入燒結(jié)礦會(huì)造成渣中w（MgO）下降，而渣中w（MgO）過(guò)低會(huì)造成爐襯侵蝕加劇。從表3 可以看出，使用燒結(jié)礦的爐渣中w（MgO）最低降至5.41%，燒結(jié)礦的用量不宜再增加。洗爐冶煉的爐渣堿度約2.60 為宜，堿度過(guò)高，不利于有效去除鋼水中雜質(zhì)。

表3 電爐爐渣成分

燒結(jié)礦的熔化和分解是吸熱反應(yīng)，必須在熔池達(dá)到一定高的溫度時(shí)，再分批次適量加入。否則，加入過(guò)早或加入越多，熔池溫度溫降越大，會(huì)抑制脫碳反應(yīng)速度。重新升溫后，反應(yīng)速度急劇上升，會(huì)引起沸騰，爐門(mén)易出現(xiàn)跑鋼水問(wèn)題。因此，一般入爐燒結(jié)礦總量控制在1.3～1.5 kg/t，一般在兌鐵后爐底區(qū)域形成熔池后開(kāi)始加第一批燒結(jié)礦，每爐分成3 個(gè)批次或4 個(gè)批次間斷或連續(xù)加入，如表4 所示，每個(gè)批次加入量不宜超過(guò)400 kg。

表4 燒結(jié)礦分批加入情況 單位：kg

5 結(jié)論

1）電爐加燒結(jié)礦洗爐是解決爐底上漲的一個(gè)有效手段，由于洗爐冶煉時(shí)鋼液溫度偏高，會(huì)縮短爐襯壽命。黏度低、流動(dòng)性好的爐渣對(duì)爐襯的直接侵蝕和沖涮作用也很強(qiáng)烈，要防止因爐渣外溢而造成耐材燒穿事故。因此，一般要在冶煉2～3 爐之間完成洗爐。

2）由于燒結(jié)礦自身密度小，易漂浮于熔池之上，不能完全進(jìn)入鋼液，電爐爐渣的強(qiáng)氧化性使得燒結(jié)礦中的金屬鐵無(wú)法得到充分利用，部分氧化于爐渣中，隨爐渣裹挾流失，燒結(jié)礦本身含鐵量對(duì)提高鋼水收得率不會(huì)有明顯影響。

3）鐵水比≥60%是進(jìn)行燒結(jié)礦洗爐的必要條件之一，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行洗爐操作，能達(dá)到較為理想的效果。對(duì)燒結(jié)礦的加入批次、加入量和加入時(shí)機(jī)的把握尤為重要，是洗爐操作中最重要的環(huán)節(jié)，尤其是兌完鐵水后，爐內(nèi)碳氧反應(yīng)劇烈，溫度不斷升高，燒結(jié)礦加入量過(guò)大可能會(huì)造成爐內(nèi)沸騰。

4）燒結(jié)礦洗爐對(duì)冶煉電耗、物料消耗、冶煉時(shí)間和出鋼成分等會(huì)有一定程度影響，這些因素應(yīng)在洗爐前充分考慮，并采取應(yīng)對(duì)措施。如具備條件，將洗爐的鋼水用于生產(chǎn)低牌號(hào)鋼種，可規(guī)避洗爐鋼水帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

5）電爐加燒結(jié)礦可以實(shí)現(xiàn)安全、快速、高效洗爐，對(duì)于解決電爐高鐵水比生產(chǎn)高碳鋼出現(xiàn)的爐底上漲問(wèn)題具有顯著效果，有助于改善連續(xù)生產(chǎn)的電爐標(biāo)準(zhǔn)化操作。