轉爐冶煉終點控制期使用石灰石的工藝實踐

陳騰飛  李  斌  周  華

摘  要：本文闡述了萍安鋼公司湘東煉鋼廠35t氧氣頂吹轉爐終點控制期采用添加石灰石調節轉爐冶煉終點的應用，經生產實踐表明，在轉爐終點控制期添加50～100kg石灰石，鋼水溫度平均下降3.94～7.89℃，且不影響轉爐脫磷率，同時提高終渣堿度，降低鋼水氧性。

關鍵詞：轉爐；石灰石；終點控制期；工藝實踐

1 前言

萍安鋼公司湘東煉鋼廠氧氣頂吹轉爐屬于截錐型爐型，爐容比小，冶煉控制難度大，如控制不當，易出現高溫鋼，不僅影響爐襯壽命，同時影響鋼的質量，為此，煉鋼廠根據以上特點，試驗出異常爐次時在轉爐終點控制期添加適量石灰石調節終點，降低鋼水溫度，同時提高了終渣堿度，降低了鋼水氧性。

2 工藝技術參數

2.1 轉爐工藝

   轉爐的工程容量3×35t氧氣頂吹轉爐，鐵水加入溫度1280～1320C，生鐵比占90%，冶煉鋼種為低碳鋼：HPB300、HRB系列和H08A等鋼種。

所用的石灰石成分和粒度分布的理化指標見表1。

表1 石灰石成分和粒度分布

3 35t氧氣頂吹轉爐冶煉現狀分析

通常轉爐用于平衡富余熱量的方法主要是提高廢鋼比和提高留渣量，當熱量還偏高時在冶煉使用球團礦等來平衡熱量。由于廢鋼質量差加上設備的原因，嚴重制約了我廠廢鋼比的提高，因此造成終點溫度偏高。為消除這些轉爐富余熱量帶來的問題，主要依靠煉鋼工冶煉前期和中期的操作，而在終點控制期一般加入渣輔料進行降溫，有時加入球團礦作為調溫劑，其負面影響如下：

(1) 目前球團礦價格640元/t，使用球團礦調溫成本偏高。

(2) 轉爐熔池中在[c]>0.2％時，也就是轉爐吹煉的中前期加入球團礦，球團礦中的氧化鐵有部分還原進入熔池，對于鋼鐵料的消耗是有益的，在吹煉終點的時候加入轉爐，球團礦降溫熔化以后，基本上以氧化鐵的形式存在于渣中，在倒渣過程中流失了，這無形中增加了煉鋼成本。

(3) 終點加入球團礦，會增加渣中的氧化鐵含量，渣中氧化鐵過高，對爐襯侵蝕速度加快，影響濺渣護爐的工藝效果，并且鋼液中氧含量增高，降低脫氧合金化材料的收得率。

(4) 在部分的爐次，有經驗的煉鋼工采用添加渣料輕燒白云石和石灰，作為降溫的材料，但是增加了爐渣的粘度和堿度，并且成本也很高，降溫效果也不理想。這些負面影響給全廠工藝布局帶來困難。值得一提的是如果加生白云石，一般在冶煉前期低堿度下最易溶解，中期后加入會使爐渣黏度增加，不易倒渣，倒渣過程中容易將鋼水倒入渣罐，如加入量大會使終渣過粘，不利于濺渣護爐。顯然轉爐冶煉終點使用生白云石降溫是不理智的；采用石灰降溫時降溫效果較差，同時會造成終渣黏度過大，且石灰價格稍高。尋找合理的調溫劑是優化目前工藝的關鍵。

4 石灰石調溫劑應用的分析

將石灰石應用于轉爐煉鋼，已經是一項成熟的工藝，它們大多在加料前大部分加入轉爐，或者在轉爐吹煉的中前期加入，在吹煉的后期加入，其效果有待于實踐驗證。在吹煉終點加入石灰石降溫，一方面是物理吸熱降溫，另一方面石灰石分解吸熱也能起到降溫效果。其反應的方程式如下。

CaC0₃→Ca0+C0₂          △H=178.3 kJ/mol

MgCO₃→MgO+CO₂          △H=100.59 KJ/mol

Fe₃0_4(s) →3Fe_(s)+20_2(g)    △H=l103.12kJ/mol

Fe₂0_3(s) →2Fe_(s)+3/20_2(g)   △H=815.02kJ/mol

通過理論計算可知，理論上35t轉爐加入100kg的球團礦可降溫15℃，通過計算可知，57kg的石灰石對35t轉爐的降溫效果相當于30kg球團礦的降溫效果，溫降約4.5℃，即每50kg石灰石大約能降溫3.94℃，除了具有降溫效果以外，采用石灰石在冶煉終點降溫，還具有以下的作用：

(1) 氧氣頂吹轉爐在倒爐前，由于熔池中的C—O反應沒有完全達到平衡，部分爐次渣溫較高，爐渣的泡沫化程度較高，會造成爐渣大量從爐口溢出，影響渣車的安全運行。在這種情況下加入石灰石，一是降溫，二是增加了爐渣的粘度。石灰石分解出的氣體有助于渣中小氣泡的合并長大破碎，有助于消除爐渣泡沫化。

(2) 在轉爐終點渣中氧化鐵含量較高的時候，石灰石在終點加入受熱分解以后，爐渣中間由于溫度的差異，會引起爐渣本身的運動，增加鋼渣界面的反應能力，同時渣料的增加，會降低渣中的氧化鐵，有利于脫磷。

(3) 石灰石價格40元/t，從經濟上來說也可以起到降低成本的作用。

5 生產實踐結果

在35t氧氣頂吹轉爐上試用石灰石作為終點冷卻劑，主要對象是冶煉終點≥1660℃的爐次，爐鋼加入量控制在50、100kg二個檔。將試驗數據進行篩選、處理，分別從以下幾個方面來評估石灰石作為轉爐冶煉終點冷卻劑的使用效果。

5.1 石灰石的降溫效果

為驗證石灰石在實際使用中的降溫效果，按照不同的加入前溫度區間、不同加入量對石灰石的降溫效果進行了跟蹤記錄，結果見表2。

表2石灰石降溫效果

由表2中的數據可以看出，在不同的初始溫度區間加入不同量的石灰石降溫的效果不完全相同，但考慮到試驗的誤差性，其效果與理論計算值3.94℃/kg基本吻合。并且可以看出隨著加入前溫度的升高，石灰石的降溫效果也在提高。可見，在轉爐吹煉終點用石灰石作冷卻劑的降溫效果是不錯的。

球團礦在冶煉終點加入不但能有效降低鋼水溫度，同時能增加渣中有效氧化鐵的含量，起到終點脫磷的效果。為探究終點加入石灰石是否也能起到脫磷效果，整理了加入球團礦與加入石灰石的脫磷率進行對比分析，具體數據見表3。

表3 石灰石與球團礦脫磷效果對比/％

表3可知，在接近冶煉終點時加入石灰石不會影響脫磷效果，只比加入球團礦的效果稍差一些，完全可以替代使用。

5.3 石灰石對終點渣樣的影響

為驗證石灰石在冶煉過程中對轉爐終點渣樣成分的影響，特整理了加入石灰石爐次、加入球團礦爐次與兩者均未加入爐次的轉爐終渣數據，如表4所示。

表4 石灰石與球團礦對終渣成分和堿度的影響

由表4中數據可見，加入石灰石與兩者都不加時的渣樣成分幾乎沒有變化加入石灰石時終渣中氧化鈣含量有所增加，堿度相應提高，但變化值不大；而加入球團礦爐次氧化鐵有所升高，其它變化不大。

6 結論

(1) 接近轉爐吹煉終點時加入石灰石與球團礦的降溫效果基本一樣，隨著鋼液溫度的升高，石灰石的降溫效果有所提高，渣中氧化鐵的含量有所下降，有利于減少鋼中的氧含量。

(2) 加入石灰石降溫與加入球團礦的脫磷效果相差不大。

(3) 加入石灰石并未對轉爐的終渣堿度帶來顯著變化，渣中僅CaO含量有所增加，相應的堿度有小范圍升高。

(4) 石灰石試用期間，轉爐的噴濺次數和濺渣效果并未明顯變化，爐渣泡沫化程度降低，同時起到了壓渣的作用。

(5) 遇終點溫度高和終點磷高爐次，補吹加入石灰石也能達到降溫和脫磷的效果。

參考文獻

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[2] 劉宇，王文科，王鵬，等．轉爐采用石灰石部分替代石灰的冶煉實踐[J]．鞍鋼技術，201l

[3] 黃希祜．鋼鐵冶金學原理[M]．北京：冶金工業出版社，2004