两个参数,其控制的好坏直接影响到转炉冶炼的顺行和各项经济技术指标的改善。昆明钢铁股份公司(以下简称昆钢)现有3座20 t LD转炉和3座50 t LD转炉,2000年以来通过溅渣护炉、优化冶炼工艺等技术措施,使炉龄大幅度提高,其重要原因是冶炼终点控制的改善和溅渣护炉质量的提高,这都与终渣∑FeO和MgO有关。目前终渣MgO已得到了较好的控制,但终渣∑FeO含量、碱度仍比较高且波动较大,这将制约炉龄的进一步提高和其它技术经济指标的改善。
针对昆钢转炉终渣的现状,提出终渣∑FeO、碱度的合理控制范围及相关措施,以便进一步优化冶炼操作,这对提高转炉炉龄和改善炼钢各项技术经济指标具有重要的意义。
1 转炉终渣碱度与∑FeO的合理控制
1.1 炉渣碱度和氧化性对脱磷的影响
转炉终渣为CaO-SiO2-Fe2O3-MnO2-MgO-P2O5渣系,其中w(MnO2)约为3 %,w(MgO)约为8 %,w(P2O5)约为2 %～4 %,冶炼终点钢水成分为:w(P)=0.025 %,w(Mn)=0.30 %,设脱磷率为ηp,则:
ηp=w([P]i-[P]f)/w([P]i)
式中,w([P]i)表示初始钢液磷质量分数,%;w([P]f)表示终点钢液磷质量分数,%。根据实验研究[1],炉渣碱度和氧化性(Fe2O3+ MnO2)对脱磷率的影响如图1和图2所示。
1.1.1 氧化性对脱磷率的影响
由图1可以看出,在碱度≥2.5时: (1)当炉渣氧化性w(Fe2O3+ MnO2)≥7 %,即w(Fe2O3)≥4 %时,则ηp>0,即炉渣均处于脱磷状态;(2)当炉渣氧化性w(Fe2O3+MnO2)≥9 %,即w(Fe2O3)≥6 %,就能保证有较高ηp值;(3)当炉渣氧化性w(Fe2O3+ MnO2)≥12 %,即w(Fe2O3)≥9 %,则随着氧化性的增加,炉渣脱磷率增加量很小。反之,在w(Fe2O3+MnO2) <12 %时,增加炉渣氧化性则对脱磷贡献较大。
1.1.2 碱度对脱磷率的影响
由图2可以看出,炉渣氧化性w(Fe2O3+MnO2)>10 %(即w(Fe2O3)>7 %)时: (1)碱度≥2.5时,脱磷率ηp已接近最大值;(2)碱度≥3.0时,则随着碱度的增加ηp增加量很小,即碱度增加对脱磷率ηp的提高贡献不大;(3)碱度<3.0时,随着碱度增加,ηp明显增加,即在碱度<3.0时,增加碱度对脱磷的贡献较大。
上述分析可以看出,既要保证较高脱磷率ηp,又要比较经济地完成冶炼,则碱度和氧化性的最佳控制范围应为:R=2.5～3.0,w(Fe2O3)=6 %～9 %(即w(∑FeO)=15 %～22 %)。
1.2 炉渣碱度与∑FeO的控制下限
据实验研究[1],炉渣脱磷率ηp=0时,终渣的临界碱度(R※)与临界氧化性((Fe2O3+MnO2)※)存在如下关系:
100w(Fe2O3+MnO2)※=18.19-4.08R※
由此可知:
(1)当w(Fe2O3+ MnO2)=9 %,即w(Fe2O3)=6 %时,R※=2.25;
(2)当R=2.5时,w(Fe2O3+ MnO2)※=7.0 %,即w(Fe2O3)※=4.0 %,相当于∑FeO※=10 %。
由于转炉冶炼炉渣氧化性较高,转炉渣样中，绝大多数w(Fe2O3)≥6%,即w(∑FeO)≥15 %,说明碱度下限按2.3,w(∑FeO)下限按10%控制能满足冶炼脱磷要求。
1.3 终渣∑FeO和碱度的合理控制范围
据前面分析,转炉终渣碱度控制下限为2.3,最佳范围为2.5～3.0,w(∑FeO)控制下限为10 %。结合昆钢铁水含磷较高、硫波动较大的现实条件,转炉终渣碱度宜控制在2.5～3.5之间,最佳控制范围为2.8～3.2;终渣w(Fe2O3)宜控制在4 %～9 %之间,即w(∑FeO)=10 %～22 %,最佳控制范围为w(Fe2O3)=6 %～8 %,即w(∑FeO)=15 %～20 %。
2 转炉终渣碱度和∑FeO状况分析
2.1 转炉终渣碱度及∑FeO控制
2004年4月～2005年3月昆钢第二炼钢厂20 t LD转炉和第三炼钢厂50 t LD转炉的412炉终渣样抽样统计分析结果见表1。从表1可以看出,20 t LD转炉终渣碱度最高达7.53,最低为2.41,平均值为4.0,标准偏差为0.8;50 t LD转炉终渣碱度最高达7.67,最低为2.67,平均值为4.3,标准偏差为0.9。从终渣分析结果可以看出两个炼钢厂的终渣碱度控制偏高且波动较大。
从表1同样可以看出:20 t LD转炉终渣w(∑FeO)平均值为26.03 %,标准偏差为5.02%,最高达43.04 %,最低为15.62 %;50 tLD转炉终渣w(∑FeO)平均值为24.38 %,标准偏差为4.59 %,最高达41.94 %,最低也为24.38 %,同碱度一样,终渣∑FeO也比较高且波动较大。说明冶炼过程控制还不够稳定,不利于炼钢技术经济指标的进一步改善。
2.2 高碱度时终渣∑FeO与碱度的关系
为了分析高碱度时终渣∑FeO与碱度的关系,我们根据表1数据选取碱度最高月份的终渣样进行∑FeO与碱度关系的回归分析(见图3)。从中可以看出:在高碱度时,∑FeO和碱度存在很强的正相关性,20 t LD转炉、50 t LD转炉相关系数分别为0.86和0.82。
在高碱度时,终渣∑FeO随着碱度的增加而增加。这是由于冶炼过程中,当炉渣碱度过高时,如果∑FeO较低,则不利于石灰熔化,渣中必然含有较多未熔化石灰颗粒或析出高熔点物质,致使炉渣流动性变差,甚至出现“返干”现象。这对脱P、脱S等化学反应不利,为改善炉渣流动性,冶炼中必然要提高氧枪枪位促进化渣,即增加渣中∑FeO,所以炉渣碱度过高必然造成渣中∑FeO过高。
2.3 低碱度时终渣∑FeO与碱度的关系
为了分析低碱度时终渣∑FeO与碱度的关系,我们再对终渣碱度最低月份的终渣样进行∑FeO与碱度关系分析(见图4),从图4可以看出:在低碱度时,终渣∑FeO和碱度相关性较差。20 t LD转炉相关系数为0.40,而50 t LD转炉相关系数仅为0.03,两者几乎没有什么关系。
显然,这是由于碱度较低时,炉渣有利于石灰熔化,较低的∑FeO就能使炉渣具有良好的流动性,碱度的改变不会引起炉渣流动性恶化,这样也就不会导致冶炼操作的改变引起∑FeO的相应改变。这正好从反面说明转炉冶炼中炉渣碱度过高必然导致渣中∑FeO过高。
通过对高、低碱度时终渣∑FeO与碱度的关系分析,可以得出以下结论:(1)碱度较高时,终渣∑FeO与碱度有显著的正相关性,此时终渣碱度升高,则∑FeO也明显升高;(2)碱度较低时,终渣∑FeO与碱度相关性较差甚至无关。
3 分析讨论
3.1 炉渣流动性及其控制
LD转炉冶炼过程中,脱P、脱S等反应都是直接或间接地靠炉渣来进行的,炉渣必须具有很好的乳化性和泡沫化性能,也就是必须具有合适的粘度或良好的流动性,才能促进炉渣与金属间脱P、脱S、等化学反应的进行。如果炉渣过于粘稠或过稀,则不利于炉渣乳化和泡沫化,不仅会减少炉渣与金属间的接触面积,也不利于反应物和产物的均匀扩散,直接影响冶炼效果,甚至导致喷溅。因此,控制好炉渣的流动性就成为转炉冶炼操作的要点所在。
转炉冶炼中控制炉渣流动性的主要手段是:一靠加石灰即提高碱度稠化炉渣,提高炉渣粘度;二靠提高氧枪枪位增加渣中∑FeO含量或加萤石降低粘度来稀化炉渣。因此,由于控制炉渣流动性的需要,就把渣中碱度和∑FeO含量联系到了一起:当石灰加入过多时,要提高氧枪枪位化渣,炉渣必然是高碱度伴随高∑FeO含量;反之,当枪位控制不当,渣中∑FeO含量过高,炉渣过稀,又要加石灰稠化炉渣,这时炉渣又必然是高∑FeO含量伴随高碱度。
3.2 ∑FeO过高的危害及其降低途径
昆钢两个炼钢厂终渣碱度、∑FeO都比较高,根据表1数据,R>4和w(∑FeO)>25%的终渣占了一半左右。这种∑FeO过高、高碱度的炉渣对转炉冶炼存在如下危害:
(1)过高的∑FeO在冶炼过程中严重侵蚀炉衬,降低炉龄;
(2)渣中CaO、∑FeO过高,使渣量增大,过程渣中MgO降低,将加速炉衬(MgO-C砖)的蚀损;
(3)造成铁损增加,石灰消耗上升,增加冶炼成本。
因此,要进一步提高炉龄,降低生产成本,就必须降低过高的渣中∑FeO,并控制MgO合适。目前,渣中MgO控制较好,达到了w(MgO)=8 %～12 %的合适范围,因此,现在关键就是要降低∑FeO。要降低终渣∑FeO,关键在于提高冶炼操作水平,控制好合适的终点温度并提高终点碳,但在目前的操作条件下,分析表明终渣∑FeO与碱度的关系存在炉渣碱度过高必然导致渣中∑FeO过高的现象。因此,要降低渣中过高的∑FeO,还应从降低过高的终渣碱度入手。根据表1数据,两个钢厂R>4的终渣比R<4的终渣w(∑FeO)平均值高4%左右。换而言之,降低过高碱度是可以降低∑FeO的。
3.3 降低终渣碱度的途径
要降低终渣碱度,还要保持合适的∑FeO,操作中就必须注意以下几个方面:
(1)必须针对不同的铁水含硅量,按目标碱度3.0控制好合适的石灰和轻烧白云石加入量,避免渣料加入过多因高碱度导致渣中∑FeO过高;(2)控制好氧枪枪位,吹炼全过程化好渣,保持合适的渣中∑FeO使炉渣具有良好的流动性,既有利于脱P、脱S等化学反应有效进行,又可避免∑FeO过高而加石灰稠渣,造成炉渣高∑FeO、高碱度;
(3)掌握好各批渣料的加入时机和加入量,避免因加料不当引起炉温波动过大,造成渣中∑FeO过高,甚至引发喷溅;
(4)控制好废钢、矿石等冷却剂的加入量,避免炉温过高加渣料降温导致渣碱度过高或炉温过低后吹而造成∑FeO过高的现象。
4 结 论
(1)昆钢转炉终渣碱度适宜的控制范围为2.5～3.5,最佳控制范围为2.8～3.2;w(∑FeO)适宜的控制范围为10 %～22 %,最佳控制范围为15 %～20 %;;
(2)高碱度时,转炉终渣∑FeO与碱度存在明显的正相关性;过高的终渣碱度必然导致∑FeO过高,降低终渣∑FeO应从降低过高的终渣碱度入手;
(3)目前转炉终渣碱度和∑FeO偏高,且波动范围较大,降低并稳定控制终渣碱度和∑FeO,才有利于炼钢技术经济指标的进一步提高。
[参 考 文 献]
[1]郭上型,陈二保. CaO-SiO2-Fe2O3-MnO2-MgO-P2O5系熔剂对钢液脱磷、回磷的实验研究[J].钢铁, 2000,(3):19-21.
[2]王建新.影响八钢转炉终渣氧化性因素的分析[J].新疆钢铁, 1999, (3):4-7.
[3]程常桂.上钢一厂溅渣护炉渣物性的研究[J].炼钢, 1999,(5):33-36.
[4]戴云阁,李文秀,龙腾春.现代转炉炼钢[M].沈阳:东北大学出版社,1998.
