转炉冶炼低碳钢脱氧工艺的改进.pdf

第十六届全国炼钢学术会议论文集转炉冶炼低碳钢脱氧工艺的改进张洪刚张梦瑜嵇延军(通化钢铁股份公司炼轧厂，通化1 3 4 0 0 3)摘要：转炉在冶炼低碳钢种(S P H C、S P 皿等系列)时，采用传统的转炉吹炼、出钢脱氧方法，要求转炉吹炼终点的碳含量较低(曼O 0 5)，对转炉炉衬的侵蚀较严重，同时，钢中氧含量较高，脱氧合金消耗量较大，合金元素的收得率偏低：改进后的转炉吹炼、出钢脱氧方法(转炉终点碳含鼍按生产普碳钢控制，转炉出钢过程中不加任何合金，在吹氩站加入脱氧合金，在L F 炉进行合金化操作)生产低碳钢后，可以适当放宽转炉终点碳含量的要求，降低钢中氧含量，延长转炉寿命的同时，降低脱氰合金消耗量，提高合金元素的收得率。关键词：低碳钢工艺改进铝消耗炉衬寿命收得率P r o c e s sI m p r o v e m e n to fL o wC a r b o nS t e e lG r a d ef o rC o n v e r t o rZ h a n gH o n g g a n gZ h o n gM e n g y uJ iY a n j u n(T o n g h u aI r o n&S t e e lC o，L T D，T o n g h u a13 4 0 0 3)A b s t r a c t：P r o d u c t i o no fl o wc a r b o ns t e e lg r a d e(S P H C，S P H Ds e r i e s，e t c)a d o p t st h et r a d i t i o n a lp r o c e s st h a tr e q u i r e sv e r yl o wc o n t e n to f c a r b o n(_ O 0 5)a te n d-p o i n to f b l o w i n g，S Ot h el i n i n go f c o n v e r t o ri se r o d e ds e r i o u s l y,t h eo x y g e nc o n t e n ti nl i q u i ds t e e li sh i g h,t h ec o n s u m p t i o no fd e o x i d a t i o na l l o yi sh i 曲a n dt h ea l l o yy i e l di sl o w T h ei m p r o v e dp r o c e s si n c l u d e st h a te n h a n c i n gt h ec o n t e n to f c a r b o ni nl i q u i ds t e e la te n d-p o i n to f b l o w i n g,n oa l l o yi sa d d e dd u r i n gs t e e lt a p p i n g，d e o x i d a t i o na l l o yi sa d d e da ta r g o nb l o w i n gs t a t i o n,a n dt h ea l l o y i n gi sd o n ea tL F T h ei m p r o v e dp r o c e s sr e l a x e st h er e s t r i c t i o n sf o rc o n t e n to fc a r b o ni nl i q u i ds t e e l，r e d u c e st h eo x y g e nc o n t e n ti nl i q u i ds t e e l，p r o l o n g st h el i f et i m eo f c o n v e r t o rl i n i n g，r e d u c et h ec o n s u m p t i o no f d e o x i d a t i o na l l o y,a n de n h a n c et h ea l l o yy i e l d,K e yw o r d s：l o wc a r b o ns t e e lg r a d e，p r o c e s s i n gi m p r o v e m e n t，a l u m i n u ma l l o y,c o n s u m p t i o n,y i e l d1 前言通化钢铁股份公司炼轧厂有1 2 0 吨顶底复吹转炉两座，在冶炼S P H C、S P H D 等系列低碳钢时，对转炉的终点碳含量要求较低【三，o 0 5)，原因是转炉所对应的两台薄板坯连铸机(意大利达涅利公司的F T S C 型)对钢水的质量要求较严格，考虑精炼处理过程中的增碳及尽量避开钢种成份的包晶区需要成品钢水的碳含量 o 0 6，这使转炉终点的氧含量偏高，尤其是在转炉炉役的后期，转炉的复吹效果变差，终点的碳氧浓度积较高，一般情况下转炉终点的氧含量要达到8 0 0 P P m 以上，对转炉炉衬的侵蚀较严重，而且脱氧及合金化所消耗的合金成本较高，我厂的此类钢种产量比例约占薄板坯产量的3 0 左右，每月约5 万吨，因此，需要对现有的冶炼及脱氧合金化工艺进行优化，以降低生产成本。2 工艺改进2 1 工艺改进前情况8 1第十六届全国炼钢学术会议论文集通化钢铁股份公司炼轧厂生产S P H C、S P H D 等系列低碳钢时的碳、锰含量控制要求见表l：表lS P H C、S P H D 等系列低碳钢种的碳、锰含量控制要求转炉终点碳含薄板坯连铸工序要成品钢中锰含脱氧、合金化及L F钢种范围量，求碳含量，量，处理增碳量，S P H C、S P H D 等系列低碳钢,S O 0 5；j 如0 6 xO 1 3 0 2 0O 0 0 7 0 O l据此成份要求，原生产工艺为在转炉终点将碳含量拉到S O 0 5，在转炉出钢过程中加入脱氧合金及合金化用合金，最后在L F 炉进行温度、成份的精调整。采用这种传统的吹炼及脱氧、合金化操作时，转炉终点的氧含量偏高，对炉衬的侵蚀较严重，且脱氧合金的消耗较高，也影响合金化合金的收得率。2 2 工艺改进理论分析2 2 1 氧在钢液中的溶解度在转炉冶炼炼过程中，氧在钢中的饱和溶解度与渣中(F e O)的分解反应相关：(F e O)=F e】+【0】G。=1 2 1 0 0 0 5 2 3 8 Tl 鲜=l g 0】=-8 3 7 2 T+2 7 3 8此反应为吸热过程，因此，氧在钢中的饱和溶解度随度的升高而升高。【1】2 2 2 熔池中的脱碳反应熔池中的脱碳反应主要如下：【C】+【0】=C OI g K=1 1 6 0 T+2 0 0 3K=P c o a t c l a i o l2P c o C O f c f o(2 一1)(2-2)(2 3)(2 4)当炼钢过程接近终点时，钢中【C】、【O】浓度很低时，可认为f c=f o=l，即在=1 0 1 3 2 5 k P a 时，C】【O】_ l K=m，m 为碳氧浓度积，由式2-4 及碳氧浓度积的定义公式可知，钢水中的碳氧浓度积随温度的升高而上升。【2 12 2 3 吹炼终点的碳氧平衡在转炉吹炼末期，钢中元素、钢水温度都已基本调整到了合适的范围，但是在钢液中却溶解了过多的氧，此时，钢中的实际氧含量高于碳氧平衡值，产生了过剩的氧。且终点 C】含量越低，钢中过剩的【O】含量越高。图2 1 所示的曲线为转炉吹炼终点实际【C】和【O】的关系图。【2 1第十六届全国炼钢学术会议论文集由图2 1 中可见，当转炉终点碳含量S 0 0 5 时，相应的钢中实际氧含量将达到7 0 0 P P m 以上，这种情况下，对转炉炉衬的侵蚀以及脱氧合金的消耗必然较大。2 3 工艺改进措施从理论分析的情况看，如果能够适当提高转炉终点碳含量【达到却0 6)，则终点氧含量会有较大幅度的降低(6 0 0 P P m)，为此，保证成品碳含量0 0 6 的任务，可以通过在转炉出钢过程中不加入脱氧合金，进而利用出钢钢流搅拌及钢包底吹氩搅拌的动力学条件和式2 1、2 3 的热力学化学平衡原理将钢中的碳、氧含量降低，然后在吹氩站喂入铝线对钢水进行脱氧操作，这样在保证钢中碳含量满足要求的条件下，由于钢中的氧含量降低而节省了脱氧合金的消耗，最后的合金化操作由于此类钢种(S P H C、S P H D 等系列低碳钢)的合金化任务较轻(仅需将钢中【M n】调整到0 1 3 0 2 0 即可)，完全可以在L F 炉工序完成，而不会影响生产节奏。+改进前后的主要工艺要点见表2：表2 操作工艺改进前后的方案比较钢种范围主要措施改进前改进后转炉终点碳含卯0 50 0 6 O 0 8量，S P H C、S P H D 等系脱氧操作转炉出钢过程中加入脱氧合金转炉出钢过程中不加入任何合金，在吹脱氧氩站喂入铝线脱氧列低碳钢转炉出钢过程中加入脱氧合金合金化操作脱氧后加入合金化合金，在L F转炉出钢过程中不加入任何合金，在L F炉进行全部合金化操作炉进行成份微调2 4 工艺改进效果2 4 1 工艺改进前后的转炉终点及氩站的碳、氧含量对比通过上述工艺控制方案的改进得到了如下表所示的控制结果：第十六届全国炼钢学术会议论文集表3 工艺改进前后的转炉终点及氧站的碳、氧含量对比钢种主要项目改进前改进后转炉终点碳含量，O 0 3 O 0 50 0 6 O 0 8S P H C、S P H D 等系列转炉终点氧含量，P P m7 0 0 1 0 0 03 0 0 6 0 0低碳钢吹氩站碳含量，0 0 3 O 0 50 0 3 0 0 5吹氩站氧含量。P P m4 1 52 0 0 4 0 0(喂铝线前)从上表中可看出i 工艺方案改进后，在吹氩站获得同样合格的钢中碳含量时，转炉终点碳含量可控制得较高些，基本上可按照普碳钢的模式操作，因此，终点氧含量较低，有利于转炉炉衬寿命的延长，同时，脱氧合金所需脱除的钢中氧含量大大降低了。2 4 2 工艺改进前后的转炉终点渣成份对比工艺方案改进前后转炉终点渣中全铁含量的对比如下表：表4 工艺改进前后转炉终点渣中全铁含昔对比钢种项目改进前改进后S P H C、S P H D 等系列低碳钢转炉终点渣中全铁含量，1 5 1 91 3 1 6从表中可见，采用改进后的操作模式，转炉终渣全铁含量显著降低，说明渣中F e O 等铁氧化物较低，既减轻了炉渣对炉衬的侵蚀程度，也减少了铁液的过度吹损，提高了金属收得率。2 4 3 工艺改进前后对转炉炉衬侵蚀厚度对比工艺改进前后对炉衬厚度的测量结果如下：表5 工艺改进前后对转炉炉村厚度侵蚀状况对比钢种项目改进前改进后备注炉衬初始工作层厚度，n l i n6 8 26 7 0冶炼测试的1 0 炉内均未进行s P H C、S P H D 等系冶炼1 0 炉后炉衬工作层厚度，6 6 96 5 9溅渣护炉操作，各炉衬厚度均m m列低碳钢为所选的同一区域内2 5 个测冶炼l O 炉后的工作层侵蚀厚度，1 3l l量点的平均厚度数据。t D _ n l从对炉衬的侵蚀状况看，由于终点氧含量及渣中铁氧化物的降低，改进后的方案确实对炉衬的侵蚀程度较轻。2 4 4 工艺改进前后的综合脱氧用合金【铝合金)消耗对比工艺方案改进前后的综合脱氧用合金(铝合金)消耗统计结果见下表：表6 工艺改进前后脱氧合金消耗情况对比钢种项目改进前改进后脱氧用铝合金消耗(折算为纯铝)，k 酢1 6 31 2 lS P H C、S P H D 等系列低碳钢改进后降低，k g t0 4 2第十六届全国炼钢学术会议论文集由此可见，工艺改进后采用转炉终点留碳低氧出钢，并利用在出钢过程中的动力学条件及化学反应平衡原理使钢中的碳、氧浓度进一步降低，然后在吹氩站进行脱氧的操作模式较在转炉拉低碳高氧后的出钢过程中进行脱氧操作能节省约2 0 的铝消耗(直接原因从表3 的数据中可以看出，工艺方案改进后脱氧合金所需脱除的钢中氧含量降低了很多)。而且，经过生产实践，改进后的工艺方案所生产的钢水在对钢水质量要求很严格的薄板坯连铸机上浇铸过程顺畅，成品带卷质量良好。3 结语通过对S P H C、S P H D 等系列低碳钢实际生产工艺的分析，总结了一套更为适用的生产方案即在转炉终点留碳低氧出钢，在出钢过程中不进行加合金操作，而采用在吹氩站进行脱氧，在L F 炉进行合会化的生产模式替代了原来的转炉拉低碳高氧出钢，出钢时进行脱氧及合金化操作，在L F 炉进行成份调整的传统工艺方案。取得了如下效果：。降低了转炉终点氧含量，减少了对转炉炉衬的侵蚀，延长了炉衬的寿命；。减少了转炉终点的过度吹损，金属收得率得到了提高；。降低了脱氧合金的消耗(降低约2 0)，使生产成本显著降低；用于合金化的合金收得率也相应得以提高：。工艺改进后的钢水在薄板坯连铸机上浇铸正常，最终成品带卷质量良好。参考文献【l】陈家祥钢铁冶金学(炼钢部分)，北京：冶金工业出版社，1 9 9 5，7 5 8 4【2】杨吉春，罗果萍，董方钢铁冶金6 0 0 问，北京：化学工业出版社，2 0 0 8，1 9 2 2 0 6 转炉冶炼低碳钢脱氧工艺的改进转炉冶炼低碳钢脱氧工艺的改进作者：张洪刚，张梦瑜，嵇延军作者单位：通化钢铁股份公司炼轧厂,通化 134003 本文链接：http:/