轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的工藝研究與分析

周    詳    向小龍

摘　要：分析了陜鋼漢鋼公司（以下簡稱漢鋼）轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼存在的問題和難點(diǎn)，探討了轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的操作要點(diǎn)：脫磷、保碳、提溫，控制好碳溫、碳磷協(xié)調(diào)，做好造渣脫磷操作是轉(zhuǎn)爐能夠冶煉出合格的高碳鋼的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：高碳鋼；冶煉；脫磷

1 前言

漢鋼公司轉(zhuǎn)爐現(xiàn)擁有兩座公稱容量120 t的氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，1座雙工位120 噸LF鋼包精煉爐，2臺(tái)R10m連鑄機(jī)（方坯，可生產(chǎn)矩形坯和圓坯），基本形成了一條現(xiàn)代化的冶煉工藝路線。轉(zhuǎn)爐冶煉品種較多，處于同類型行業(yè)領(lǐng)先位置。漢鋼轉(zhuǎn)爐常煉的高碳鋼主要是高碳鋼絞線、硬線系列鋼種，其化學(xué)成分見表1。現(xiàn)根據(jù)漢鋼生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的工藝技術(shù)作進(jìn)一步探討。

表1 常煉高碳鋼化學(xué)成分(w) %

鋼牌號(hào)        C                Si                 Mn               P            S

70     0.67～0.75   0.17～0.37   0.50～0.80  ≤0.035   ≤0.035

77B    0.75～0.80   0.19～0.26   0.70～0.80  ≤0.020   ≤0.020

82B    0.80～0.84   0.19～0.26   0.60～0.80  ≤0.020   ≤0.020

2.1  冶煉難點(diǎn)分析

從表1可知，該系列鋼種都是優(yōu)質(zhì)鋼，磷、硫含量要求較低。目前轉(zhuǎn)爐冶煉的主要困難是:

（1）吹煉終點(diǎn)w(C)高（一般要求w(C)＞0.35%）,且時(shí)間較短,吹煉終點(diǎn)正處于降碳速度較快的階段，不利于化渣、去磷和終點(diǎn)控制。為確保成品磷合格，一般碳含量較低，增碳量大,難以獲得質(zhì)量良好的產(chǎn)品,即“碳磷”不易協(xié)調(diào)，實(shí)際生產(chǎn)中，碳、磷協(xié)調(diào)爐數(shù)占總數(shù)不到50%。

（2）冶煉高碳鋼,拉碳時(shí)間短,終點(diǎn)溫度影響較大。冶煉高碳鋼對(duì)轉(zhuǎn)爐的出站鋼水溫度要求很高,當(dāng)終點(diǎn)碳高時(shí),鋼水溫度不易達(dá)到目標(biāo)值,補(bǔ)吹升溫則保不了碳含量,即“碳溫”不易協(xié)調(diào)。

轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼操作的主要任務(wù)就是做到碳溫、碳磷協(xié)調(diào)，目前條件可采取的主要措施如下：

（1）鐵水預(yù)處理脫磷,將去磷的任務(wù),在鐵水兌入轉(zhuǎn)爐前完成。目前漢鋼無鐵水預(yù)處理工藝設(shè)備,因此采取留渣和二次造渣操作方法可強(qiáng)化去磷。

（2）純鐵冶煉,轉(zhuǎn)爐純鐵冶煉有足夠的物理熱和化學(xué)熱，有利于化渣料的加入，確保終點(diǎn)鋼水溫度、成分合格。漢鋼使用礦石、化渣球做好溫度調(diào)節(jié)和輔助化渣。

（3）終點(diǎn)“高拉補(bǔ)吹”,包內(nèi)增碳。國內(nèi)有的廠家采用高拉碳爐后噴吹碳粉、高拉碳喂線增碳工藝。

（4）合金必須進(jìn)行烘烤，紅包出鋼，做好工序間銜接，不允許出現(xiàn)等包，減少鋼水溫度損失。

2.2.1  裝入控制

裝入量按140 t控制（純鐵）,吹損按3.6%計(jì)算。鐵水的技術(shù)要求如表2所示。原則上是純鐵，實(shí)際中可根據(jù)上爐C—T協(xié)調(diào)、C—P協(xié)調(diào)情況，決定下爐次是否加廢鋼。

表2　鐵水技術(shù)要求

成　　份(w)/%

Si             Mn                P            S           渣             溫度/℃

0.30～0.40   0.10～0.30  ≤0.100   ≤0.045      <50    1300＜溫度℃＜1360

2.2.2  造渣控制和供氧制度

根據(jù)鐵水硅、鐵水溫度，調(diào)整渣料結(jié)構(gòu)，堿度要求3.0-3.2，不宜以加大石灰量去磷。具體加料化渣控制如下:

（1）適當(dāng)留渣，一批料開吹加入石灰2 t左右,輕燒白云石、化渣球一次性加入，礦石1t。

（2）二批料分多批次、小批量，10min之前加完，化好化透過程渣，做到不噴濺，不返干。

（3）全過程采用恒壓變槍，通過減小供氧壓力來調(diào)整供氧強(qiáng)度，終點(diǎn)前兩分鐘嚴(yán)禁加任何物料，視化渣情況確定倒?fàn)t時(shí)機(jī)。

2.2.3  終點(diǎn)控制

終點(diǎn)按“高拉補(bǔ)吹”控制, 冶煉高碳鋼時(shí)，為了進(jìn)一步促進(jìn)中后期脫磷反應(yīng)的有效進(jìn)行，一般采取降低供氧強(qiáng)度或者提高操作槍位，使渣中聚集一定數(shù)量的氧化鐵，改善終渣流動(dòng)性，確保終點(diǎn)成分、溫度均勻，終點(diǎn)成分要求:w(C)≥0.40%、w(P)<0.020%、w(T)為1 590～1610℃，高拉補(bǔ)吹次數(shù)≯2次。嚴(yán)格執(zhí)行一、二次擋渣工作，嚴(yán)禁下渣或者大爐口下渣。

2.2.4  脫氧合金化

鋼水脫氧方式采用硅鈣合金、硅錳合金，加入順序按先強(qiáng)后弱，促進(jìn)夾雜物充分上浮，,此外，其加入時(shí)還必須根據(jù)鋼水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2.5  增碳

根據(jù)終點(diǎn)[C]和目標(biāo)[C]適當(dāng)用增碳劑增碳，增碳劑一律在過程出鋼過程對(duì)準(zhǔn)鋼流加入，不允許提前加入包底，防止成分不均勻。

3  工藝探討

高碳鋼不能和低碳鋼那樣根據(jù)爐口火焰形狀拉碳，一般只能根據(jù)吹氧時(shí)間結(jié)合氧氣耗量進(jìn)行拉碳，勺樣很難準(zhǔn)確判斷碳含量，因此必須取光譜樣并等樣點(diǎn)吹和等樣出鋼，碳的控制關(guān)鍵是掌握好拉碳時(shí)間和點(diǎn)吹降碳速度。

3.1.1  拉碳時(shí)間

實(shí)踐表明,中高碳鋼的拉碳時(shí)間比條件相近的低碳鋼吹氧耗時(shí)少2.5 min左右。冶煉硬線鋼時(shí),可根據(jù)鋼種碳含量以及中高碳鋼點(diǎn)吹時(shí)降碳速度確定拉碳時(shí)間。

3.1.2  點(diǎn)吹降碳速度

根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)結(jié)果，中高碳鋼點(diǎn)吹平均降碳速度為0.2～0.25%/min。在操作中，應(yīng)穩(wěn)定造渣和供氧制度，使終渣有適當(dāng)流動(dòng)性，點(diǎn)吹用正常槍位，降碳速度按平均值考慮。如終渣過粘，點(diǎn)吹槍位高，降碳速度按低于平均值考慮；終渣稀發(fā)泡，點(diǎn)吹槍位低，降碳速度按高于平均值考慮。

3.1.3  出鋼碳的控制

因爐型問題、降提槍速度、開關(guān)氧的時(shí)間、爐渣流動(dòng)性等外界情況的不同，使降碳量波動(dòng)很大，出鋼時(shí)按25 kg增碳量為0.015%配加增碳劑至爐前控制要求，若終點(diǎn)磷成分不合適，需要下槍處理，一定要再次倒?fàn)t取樣，等樣出鋼。

3.1.4  取樣過程的控制

實(shí)踐表明，由于高碳鋼終點(diǎn)碳含量較高，爐內(nèi)存在成分不均、取樣沒有代表性的現(xiàn)象,這是造成爐前碳含量控制偏高的主要原因。因?yàn)橐睙捀咛间摃r(shí),為了有利于去磷、拉碳和點(diǎn)吹，往往采用較高槍位，氧氣攪拌能力差,倒?fàn)t后熔池中靠近于爐渣交界面的碳含量接近渣中氧化鐵相平衡值,隨著熔池深度增加碳含量逐漸增加,當(dāng)取樣深度不夠時(shí),碳含量就會(huì)低于爐內(nèi)平均值,按這個(gè)樣出鋼或加增碳劑,成品碳就會(huì)比預(yù)想的高,甚至高出規(guī)格上限。為此,可采取以下措施。

(1)   全過程化渣，避免采用過高槍位點(diǎn)吹。

(2)  過程化渣差，用高槍吊吹后要低槍攪拌再進(jìn)行倒?fàn)t。

(3)  取樣樣勺樣，盡量取至熔池中心較深處，樣勺取滿。

冶煉高碳鋼時(shí)，如采用正常拉碳槍位,由于碳高,爐渣氧化性低,流動(dòng)性差,不利于去磷。拉碳磷高,終點(diǎn)脫磷比較困難和出鋼過程回磷是冶煉高碳鋼經(jīng)常遇到的問題,也是造成磷高廢品的根本原因。

用脫磷的經(jīng)驗(yàn)公式，來分析脫磷的影響因素和限制環(huán)節(jié)，如下：

熔池反應(yīng)：2【P】+5【O】=（P2O5）

鋼渣反應(yīng)：（P2O5）+3（CaO）=（3CaO. P2O5）

2【P】+5（FeO）+4（CaO）=（4CaO. P2O5）+5【Fe】 （放熱）

2【P】+5（FeO）+3（CaO）=（3CaO. P2O5）+5【Fe】  （放熱）

由上反應(yīng)式，可以得知：

①、ω（FeO）、ω（CaO）是脫磷的必要條件，冶煉中后期ω（FeO）處于相對(duì)較低的數(shù)量，影響脫磷效果且容易回磷，增加渣中（FeO）（如圖1），可以加速石灰渣化和改善熔渣流動(dòng)性，有利于脫磷反應(yīng)。提高渣中（CaO）的有效濃度，也有利于脫磷，但并不是堿度越高越好（如圖2）。

圖1 ω（FeO）對(duì)磷分配比的影響             圖2 ω（CaO）對(duì)磷分配比的影響

② 脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此熔池溫度過高，會(huì)抑制脫磷的進(jìn)行，鋼中磷含量不僅不能降低，反而會(huì)回磷；熔池溫度過低，不利于石灰的成渣，并影響溶質(zhì)的流動(dòng)性，阻礙脫磷的進(jìn)行。

③ 控制適當(dāng)?shù)脑�量，降低�?/span>4CaO. P2O5）（或（3CaO. P2O5））濃度，有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。

此外，脫磷反應(yīng)是在鋼-渣界面反應(yīng)，良好的熔渣流動(dòng)性和充分的熔池?cái)嚢枰彩谴龠M(jìn)脫磷反應(yīng)進(jìn)行的關(guān)鍵。

控制要點(diǎn)如下。

（1）吹煉過程和終點(diǎn)溫度不要過高,冷卻劑和化渣料主要在吹煉過程加入。

（2）拉碳槍位比低碳鋼提高100～200 mm,使終渣有一定氧化性。

（3）保證爐渣高堿度，終渣堿度達(dá)到3.0～3.2。

（4） 座包前余渣倒凈，出鋼嚴(yán)格執(zhí)行擋渣作業(yè)，杜絕下渣，防止脫氧不當(dāng)鋼水回磷。

冶煉高碳鋼溫度控制原則前期不過低，中后期不過高，由于高碳鋼終點(diǎn)w(C)高，磷含量很低，因此溫度控制也是冶煉高碳鋼保碳、去磷環(huán)節(jié)的關(guān)鍵性限制因素，圖3表示吹煉終點(diǎn)溫度與鋼中磷含量的關(guān)系，終點(diǎn)溫度越低鋼中磷含量越低。

圖3 吹煉終點(diǎn)溫度對(duì)鋼中磷含量的影響

控制好各環(huán)節(jié)對(duì)溫度的損失，確保前期低溫環(huán)境脫磷效率和中后期溫度不過高的的前提下，是滿足保碳、脫磷的良好條件。一般采用紅包出鋼、合金必須進(jìn)行烘烤、減少過程熱損失等。

參考文獻(xiàn)

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