转炉冶炼终点控制期使用石灰石的工艺实践

转炉冶炼终点控制期使用石灰石的工艺实践

陈腾飞  李  斌  周  华

摘  要：本文阐述了萍安钢公司湘东炼钢厂35t氧气顶吹转炉终点控制期采用添加石灰石调节转炉冶炼终点的应用，经生产实践表明，在转炉终点控制期添加50～100kg石灰石，钢水温度平均下降3.94～7.89℃，且不影响转炉脱磷率，同时提高终渣碱度，降低钢水氧性。

关键词：转炉；石灰石；终点控制期；工艺实践

1 前言

萍安钢公司湘东炼钢厂氧气顶吹转炉属于截锥型炉型，炉容比小，冶炼控制难度大，如控制不当，易出现高温钢，不仅影响炉衬寿命，同时影响钢的质量，为此，炼钢厂根据以上特点，试验出异常炉次时在转炉终点控制期添加适量石灰石调节终点，降低钢水温度，同时提高了终渣碱度，降低了钢水氧性。

2 工艺技术参数

2.1 转炉工艺

   转炉的工程容量3×35t氧气顶吹转炉，铁水加入温度1280～1320C，生铁比占90%，冶炼钢种为低碳钢：HPB300、HRB系列和H08A等钢种。

所用的石灰石成分和粒度分布的理化指标见表1。

表1 石灰石成分和粒度分布

3 35t氧气顶吹转炉冶炼现状分析

通常转炉用于平衡富余热量的方法主要是提高废钢比和提高留渣量，当热量还偏高时在冶炼使用球团矿等来平衡热量。由于废钢质量差加上设备的原因，严重制约了我厂废钢比的提高，因此造成终点温度偏高。为消除这些转炉富余热量带来的问题，主要依靠炼钢工冶炼前期和中期的操作，而在终点控制期一般加入渣辅料进行降温，有时加入球团矿作为调温剂，其负面影响如下：

(1) 目前球团矿价格640元/t，使用球团矿调温成本偏高。

(2) 转炉熔池中在[c]>0.2％时，也就是转炉吹炼的中前期加入球团矿，球团矿中的氧化铁有部分还原进入熔池，对于钢铁料的消耗是有益的，在吹炼终点的时候加入转炉，球团矿降温熔化以后，基本上以氧化铁的形式存在于渣中，在倒渣过程中流失了，这无形中增加了炼钢成本。

(3) 终点加入球团矿，会增加渣中的氧化铁含量，渣中氧化铁过高，对炉衬侵蚀速度加快，影响溅渣护炉的工艺效果，并且钢液中氧含量增高，降低脱氧合金化材料的收得率。

(4) 在部分的炉次，有经验的炼钢工采用添加渣料轻烧白云石和石灰，作为降温的材料，但是增加了炉渣的粘度和碱度，并且成本也很高，降温效果也不理想。这些负面影响给全厂工艺布局带来困难。值得一提的是如果加生白云石，一般在冶炼前期低碱度下最易溶解，中期后加入会使炉渣黏度增加，不易倒渣，倒渣过程中容易将钢水倒入渣罐，如加入量大会使终渣过粘，不利于溅渣护炉。显然转炉冶炼终点使用生白云石降温是不理智的；采用石灰降温时降温效果较差，同时会造成终渣黏度过大，且石灰价格稍高。寻找合理的调温剂是优化目前工艺的关键。

4 石灰石调温剂应用的分析

将石灰石应用于转炉炼钢，已经是一项成熟的工艺，它们大多在加料前大部分加入转炉，或者在转炉吹炼的中前期加入，在吹炼的后期加入，其效果有待于实践验证。在吹炼终点加入石灰石降温，一方面是物理吸热降温，另一方面石灰石分解吸热也能起到降温效果。其反应的方程式如下。

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

通过理论计算可知，理论上35t转炉加入100kg的球团矿可降温15℃，通过计算可知，57kg的石灰石对35t转炉的降温效果相当于30kg球团矿的降温效果，温降约4.5℃，即每50kg石灰石大约能降温3.94℃，除了具有降温效果以外，采用石灰石在冶炼终点降温，还具有以下的作用：

(1) 氧气顶吹转炉在倒炉前，由于熔池中的C—O反应没有完全达到平衡，部分炉次渣温较高，炉渣的泡沫化程度较高，会造成炉渣大量从炉口溢出，影响渣车的安全运行。在这种情况下加入石灰石，一是降温，二是增加了炉渣的粘度。石灰石分解出的气体有助于渣中小气泡的合并长大破碎，有助于消除炉渣泡沫化。

(2) 在转炉终点渣中氧化铁含量较高的时候，石灰石在终点加入受热分解以后，炉渣中间由于温度的差异，会引起炉渣本身的运动，增加钢渣界面的反应能力，同时渣料的增加，会降低渣中的氧化铁，有利于脱磷。

(3) 石灰石价格40元/t，从经济上来说也可以起到降低成本的作用。

5 生产实践结果

在35t氧气顶吹转炉上试用石灰石作为终点冷却剂，主要对象是冶炼终点≥1660℃的炉次，炉钢加入量控制在50、100kg二个档。将试验数据进行筛选、处理，分别从以下几个方面来评估石灰石作为转炉冶炼终点冷却剂的使用效果。

5.1 石灰石的降温效果

为验证石灰石在实际使用中的降温效果，按照不同的加入前温度区间、不同加入量对石灰石的降温效果进行了跟踪记录，结果见表2。

表2石灰石降温效果

由表2中的数据可以看出，在不同的初始温度区间加入不同量的石灰石降温的效果不完全相同，但考虑到试验的误差性，其效果与理论计算值3.94℃/kg基本吻合。并且可以看出随着加入前温度的升高，石灰石的降温效果也在提高。可见，在转炉吹炼终点用石灰石作冷却剂的降温效果是不错的。

球团矿在冶炼终点加入不但能有效降低钢水温度，同时能增加渣中有效氧化铁的含量，起到终点脱磷的效果。为探究终点加入石灰石是否也能起到脱磷效果，整理了加入球团矿与加入石灰石的脱磷率进行对比分析，具体数据见表3。

表3 石灰石与球团矿脱磷效果对比/％

表3可知，在接近冶炼终点时加入石灰石不会影响脱磷效果，只比加入球团矿的效果稍差一些，完全可以替代使用。

5.3 石灰石对终点渣样的影响

为验证石灰石在冶炼过程中对转炉终点渣样成分的影响，特整理了加入石灰石炉次、加入球团矿炉次与两者均未加入炉次的转炉终渣数据，如表4所示。

表4 石灰石与球团矿对终渣成分和碱度的影响

由表4中数据可见，加入石灰石与两者都不加时的渣样成分几乎没有变化加入石灰石时终渣中氧化钙含量有所增加，碱度相应提高，但变化值不大；而加入球团矿炉次氧化铁有所升高，其它变化不大。

6 结论

(1) 接近转炉吹炼终点时加入石灰石与球团矿的降温效果基本一样，随着钢液温度的升高，石灰石的降温效果有所提高，渣中氧化铁的含量有所下降，有利于减少钢中的氧含量。

(2) 加入石灰石降温与加入球团矿的脱磷效果相差不大。

(3) 加入石灰石并未对转炉的终渣碱度带来显著变化，渣中仅CaO含量有所增加，相应的碱度有小范围升高。

(4) 石灰石试用期间，转炉的喷溅次数和溅渣效果并未明显变化，炉渣泡沫化程度降低，同时起到了压渣的作用。

(5) 遇终点温度高和终点磷高炉次，补吹加入石灰石也能达到降温和脱磷的效果。

参考文献

[1] 李自权，李宏，郭洛方，等．石灰石加入转炉造渣的行为初探[J]．炼钢，2011

[2] 刘宇，王文科，王鹏，等．转炉采用石灰石部分替代石灰的冶炼实践[J]．鞍钢技术，201l

[3] 黄希祜．钢铁冶金学原理[M]．北京：冶金工业出版社，2004