100t轉(zhuǎn)爐低碳低磷鋼冶煉工藝研究

危尚好¹  秦登平¹  呂延春²

（1首秦金屬材料有限公司  秦皇島 066326，

2首鋼技術(shù)研究院 北京 100041）

摘  要: 本文以首秦公司100t轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，研究了低碳低磷鋼的終點(diǎn)控制工藝，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C控制在0.025%以下，同時(shí)保證鋼水合適的氧化性，碳氧積控制在0.0025左右。P控制方面，在鐵水P含量從0.080%增至0.150%的惡劣條件下，通過研究轉(zhuǎn)爐各時(shí)期爐渣的物相分析等方法，優(yōu)化操作，使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P穩(wěn)定在0.005-0.006%之間，脫磷率達(dá)到96.7%，且單爐白灰平均消耗下降2000kg左右。

關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)爐；脫碳；脫磷；碳氧積

Research on Process of Low Carbon and Low Phosphorus Steel Grade in 100t Converter

Wei Shanghao¹, Qin Dengping¹, Lv Yanchun²

(1 Shouqin Metal Materials Co.Ltd, Qinhuangdao, 066326, 2 Technical Research Institute,Shougang Group,Beijing,100041)

Abstract：This paper takes the production of 100t converter at Shouqin as an example. The blowing end-point controlling process of low carbon and low phosphorus steel grade is researched. When Carbon content of steel is down to 0.025% at blowing end-point, the oxygen content of steel is limited in a suitable interval. The product of carbon content and oxygen content is 0.0025 or so. As for the dephosphorization, on the bad condition that phosphor content of hot metal is up to 0.150% from 0.080%, phosphor content of steel at blowing end-point is stable in 0.005-0.006% through studying the theory of slag phase and optimizing operation. The ratio of dephosphorization is up to 96.7%. And consumption of lime is reduced by 2000kg or so each heat.  

Key words：converter,  decarburization,  dephosphorization,  product of carbon content and oxygen content

1 前言

高附加值鋼一直是各鋼企致力于研發(fā)的產(chǎn)品，高附加值鋼一般是雜質(zhì)元素較低的高純凈鋼，如高級(jí)別管線鋼、抗酸鋼等，都有較低的C、P含量及夾雜物要求，生產(chǎn)過程中需要盡可能的脫除這些雜質(zhì)元素^[1]。首秦公司目前具備了批量生產(chǎn)X80級(jí)別管線鋼及X65級(jí)別抗酸管線的能力，成品C能控制在0.05%以下，成品P在0.007%以下。

雜質(zhì)元素C、P的脫除主要在轉(zhuǎn)爐工序完成，首秦公司擁有100t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐3座，要滿足上述鋼種成品要求，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C必須控制在0.025%以下，同時(shí)為了減少鋼水夾雜物，需要控制鋼水氧含量，避免鋼水過氧化。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P必須控制在0.005%左右，而2016年之前首秦鐵水P含量平均在0.080-0.090%左右，隨著降本措施的開展，鐵水P含量明顯升高，達(dá)到0.150%以上，給高級(jí)別品種鋼冶煉帶來困難。通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，在高磷鐵水條件下，也滿足了低磷低碳鋼的C、P含量的控制要求。

2 C含量控制

2.1 工藝方法

碳元素能增強(qiáng)鋼材的硬度，但對(duì)鋼的韌性、塑性和焊接性有負(fù)面影響，且隨著碳含量增加，雜質(zhì)元素在鋼中的偏析程度會(huì)增加^[2]。

根據(jù)C、Fe選擇氧化的理論計(jì)算分析，當(dāng)鋼水溫度1640℃時(shí)，C含量低于0.04%后，Fe元素被優(yōu)先氧化，容易造成鋼水過氧化^[3]。此外，首秦轉(zhuǎn)爐為100t轉(zhuǎn)爐，底吹4孔，新爐底吹流量強(qiáng)度為0.02-0.03Nm3/（min*t），2000-3000爐之后底吹由于堵塞等情況，流量強(qiáng)度減半甚至沒有。動(dòng)力學(xué)條件較差，對(duì)轉(zhuǎn)爐脫低碳造成一定影響，低碳管線鋼終點(diǎn)鋼水碳氧積達(dá)到0.0030甚至以上。為控制低碳鋼終點(diǎn)鋼水氧含量，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)拉碳采用如下方法：

Ø 終點(diǎn)前采用低槍位高流量加強(qiáng)攪拌；

Ø 低溫拉碳，控制溫度1580-1600℃，碳含量0.04-0.05%，倒渣均勻成分后，補(bǔ)吹一次至目標(biāo)C、T。

2.2 控制效果

通過改善拉碳控制方法，在保證終點(diǎn)C含量的要求下，低碳鋼轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳氧積有效控制在0.0025左右，終點(diǎn)碳氧曲線及碳氧積如下圖1，優(yōu)化前后終點(diǎn)鋼水O%對(duì)比如下圖2。

3 P含量控制

3.1 脫磷渣相研究

隨著首秦鐵廠降本措施的開展，鐵水P含量有明顯增加，為了保證轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P滿足要求，同時(shí)控制轉(zhuǎn)爐原輔料消耗不增加，首秦公司與技術(shù)研究院合作，從爐渣角度進(jìn)一步研究了轉(zhuǎn)爐脫磷的機(jī)理。通過分析轉(zhuǎn)爐爐渣各時(shí)期的成分及構(gòu)成，提出了爐渣去磷相及固磷相的概念^[4]。

將轉(zhuǎn)爐爐渣取出后，迅速置于液氮中冷卻，保存其物相構(gòu)成，再將冷凝后的爐渣進(jìn)行物相分析，代表性終渣的分析結(jié)果如下圖3，表1。

渣中相A代表的是硅酸二鈣，磷含量在3.44%左右，B代表的是鐵酸鈣，C代表的是FeO，D代表的是FeO與鐵酸鈣互熔相。C2S相所占比率為36.7%左右，Ca-Fe氧化物相所占比率52.0%左右，Fe氧化物相所占比率為12.3%左右。磷元素僅存在于硅酸二鈣相中。此外，通過對(duì)爐渣進(jìn)行X射線衍射分析，前期半鋼渣以中低熔點(diǎn)的鎂鈣橄欖石、鈣鐵橄欖石等為主，后期終渣以硅鈣相組成，其次為鐵酸鈣類，與背散射結(jié)果基本一致。

根據(jù)爐渣的分析來看，轉(zhuǎn)爐渣可以分為初渣、脫磷渣與固磷渣三種爐渣，初渣以化渣能力強(qiáng)為主，由鐵酸鈣、硅酸鐵、RO相等渣相組成，該渣相存在時(shí)間在冶煉初期1-3min以內(nèi)為主；脫磷渣主要作用是脫磷，以高堿度、高氧化鐵渣組成，主要相是高的FeO、CaO等渣相組成，其特點(diǎn)是爐渣氧化性強(qiáng)，堿度高，該渣相存在時(shí)間在冶煉過程存在。固磷渣的主要組成是C2S相以及少量C3S、CS相，該渣相得特點(diǎn)是熔解在其中的磷含量非常高，渣中FeO含量較低使得鋼渣具有較高的磷分配比，該爐渣主要存在與冶煉末期、收渣時(shí)。

因此要有效脫除鋼水中的P元素，不僅需要過程高堿度、高FeO的爐渣，還需要促進(jìn)終渣中硅酸二鈣的生成。通過以上爐渣物相的分析，控制終渣較低FeO、合適的爐渣堿度，以及降低終點(diǎn)鋼水溫度，都可以促進(jìn)終渣中固磷的硅酸二鈣有效生成。

3.2 工藝方法

首秦公司不具備鐵水預(yù)脫磷的條件，鐵水脫磷只能完全依靠轉(zhuǎn)爐工序。首秦轉(zhuǎn)爐脫磷采用雙渣法工藝，高級(jí)別管線鋼則增加一次拉碳倒渣。鐵水P含量增加后，為有效去P，通過以上研究，對(duì)吹煉工藝進(jìn)行了優(yōu)化，主要有如下幾點(diǎn)。

1）增加留渣量，促進(jìn)前期化渣，保證前期渣堿度。

2）增加吹煉前期及過程的含鐵氧化物輔料，從而增加前期及過程的爐渣FeO含量，保證脫磷效果。

4）低溫拉碳，控制溫度1580-1600℃，倒渣后補(bǔ)吹一次，終點(diǎn)溫度控制在1610-1630℃。

5）控制白灰用量，調(diào)整終渣堿度3.5-4.0之間，出鋼時(shí)帶鋼抬爐嚴(yán)格控制下渣，使用低磷合金及潔凈鋼包，減少回磷。

<p Indent" style="margin-top:7.8000pt;margin-bottom:7.8000pt;;;text-indent:0.0000pt;;line-height:16.0000pt">3.3 控制效果

1）從近幾年高級(jí)別管線冶煉鐵水P含量來看，從平均0.080%增至0.150%，鐵水P大大提高。通過改善操作，終點(diǎn)P穩(wěn)定在0.005-0.006%之間，脫磷率達(dá)到96.7%，且單爐白灰消耗下降約2000kg，有效的提高了白灰去磷效果，如下圖6。

Fig6 Average of the P content in hotmetal and steel at blowing end-point, consumption of lime each heat

2）通過上述控制方法，低磷鋼轉(zhuǎn)爐出鋼平均P為0.0055%，成品P平均為0.0064%，出鋼至成品增P約為0.0009%。

4 小結(jié)

首秦公司100t轉(zhuǎn)爐為冶煉高級(jí)別低碳低磷鋼，通過工藝優(yōu)化，有效提高了終點(diǎn)控制水平，取得了顯著的效果，具體如下：

1）碳控制方面，在保證轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C達(dá)到0.025%以下的同時(shí)，有效的控制了鋼水氧含量，終點(diǎn)碳氧積達(dá)到0.0025左右。

2）磷控制方面，在鐵水P平均0.080%增至0.150%條件下，通過改善操作，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)P穩(wěn)定在0.005-0.006%之間，脫磷率達(dá)到96.7%，且單爐白灰消耗下降約2000kg。

3）通過轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的優(yōu)化控制，滿足了高級(jí)別低碳低磷鋼的成分要求，使得鋼水成品成分C達(dá)到0.05%以下，P達(dá)到0.007%以下。

參考文獻(xiàn)

[1] 張彩軍,蔡開科,袁偉霞,余志祥:管線鋼的性能要求與煉鋼生產(chǎn)特點(diǎn),煉鋼,18(2002),No.5:40－46

[2] 萬谷志郎,李宏譯,鋼鐵冶煉[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001,124

[3] R. J. Fruehan, The Making, Shaping and Treating of Steel, Steelmaking and Refining Volume, AISE Steel Foundation, Pittsburgh, Pa, USA, 11th edition, 1998：489-496.

[4] 呂延春,低磷鐵水轉(zhuǎn)爐煉鋼渣相的磷富集規(guī)律,全國煉鋼大會(huì).2016

[5] 秦登平,首秦轉(zhuǎn)爐冶煉低磷鋼工藝研究與實(shí)踐,全國煉鋼-連鑄生產(chǎn)技術(shù)會(huì),2012