转炉留渣双渣操作生产实践.doc

转炉留渣双渣操作生产实践
吕凯辉
(福建三安钢铁有限公司炼钢厂，福建 泉州 362411)
摘 要：介绍了福建三安炼钢厂的转炉留渣双渣操作，以及留渣操作中安全问题的解决措施，分析了应用留渣双渣操作工艺的石灰消耗、钢铁料耗、转炉炉龄、氧耗、冶炼周期、脱磷等效果。通过优化顶底复吹转炉留渣双渣工艺制度，提高转炉前期脱磷效果，在无铁水预处理的设备条件下可以冶炼高铬铁水，满足了对钢的洁净度要求。
关 键 词：转炉；留渣；双渣；操作；实践
0 引言
留渣双渣操作是将转炉上炉部分或全部的高碱度、高氧化亚铁的渣留在炉中，然后在吹炼第一期结束时倒出来，重新造渣的操作模式[1]。该工艺具有高的碱度和比较高的∑(FeO)含量，对铁水具有一定的去磷和去硫能力，且本身还含有大量的物理热，将该种炉渣部分地甚至全部留在炉内可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期去磷率、节省石灰用量和提高炉子的热效率。但在留渣双渣操作中，必须特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅[2]。福建三安炼钢厂研究了留渣操作喷溅和预防的机理，摸索出了1套留渣操作方法，取得了显著的经济效益。
1 福建三钢的留渣双渣操作
三安炼钢厂结合本厂的实际情况(高炉使用“印尼高铬矿”时，铁水铬含量高，由于铬能显著降低磷的活度，铁水中的铬氧化生成大量Cr2O3，使脱磷渣“硬化”，不利于脱磷反应的进行，转炉渣脱磷能力下降)，实行的生产工艺为：“留渣双渣法”加“高拉后吹”的生产冶炼工艺，留渣双渣法工艺对于高磷高硅高铬等铁水的冶炼比较具有实用性，其工艺流程为：溅渣留渣→进废钢铁水→下枪冶炼→起泡沫渣时提枪倒渣下枪→脱碳升温出钢。该工艺和一般工艺的差异在于倒渣操作在吹炼中途进行，其原理是：在温度为1320～1420℃时，转炉冶炼脱磷脱硅效果较明显；而温度>1550℃时，转炉渣对于脱磷是反效果的，也即会回磷。所以在脱硅、脱磷操作基本完成后进行倒渣操作，能有效脱磷，不影响冶炼周期，可以降低转炉石灰消耗和钢铁料消耗。
脱磷的有利条件是低温、高碱度、高(FeO)，所以脱磷主要在吹炼前期完成，中后期控制好化渣情况，避免炉渣返干，炉内要均匀升温。
2 几种造渣方法的对比
氧气转炉常用的造渣方法有4种：单渣法、双渣法、留渣法和留渣双渣法。
2.1 单渣法
在吹炼过程中只造1次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。单渣操作工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。正常情况下脱磷效率在80%左右，脱硫效率为30%～40%；第一批渣料是在开吹的同时加入，第二批渣料的加入时间是在硅锰氧化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入。
2.2 双渣法
在吹炼中期倒出或扒除1/2～2/3炉渣，然后加入渣料重新造渣的方法为双渣操作。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒炉倒渣造新渣。在铁水含硅较高，或含磷大于0.5%，或含硫并不高而吹炼优质钢，或吹炼中、高碳钢种时，都可以采用双渣操作。采用双渣操作可以在转炉内保持最小的渣量，同时又能达到最高的去除磷硫效率。双渣操作脱磷效率在90%以上，脱硫效率约45%。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，不利于自动控制，恶化劳动条件。
2.3 留渣法
将上炉终渣的一部分或全部留在炉内给下炉使用。终点熔渣的碱度高、温度高，并且有一定(TFe)含量，留到下一炉有利于初期渣尽早形成，并且能提高前期去除磷硫的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前要先加石灰或者加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时方可兑入铁水，以避免引发喷溅。
24 留渣双渣法
将上炉终点渣的一部分或全部留在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出来，重新造渣。留渣双渣法的终渣一般有高的碱度和比较高的∑(FeO)含量，对铁水具有一定的去磷和去硫能力，且本身还含有大量的物理热。将这种炉渣部分，甚至全部留在炉内，可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期去磷和去硫率，节省石灰用量和提高转炉的热效率。在这种留渣法中，要特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。
按照以上4种造渣模式的对比，铁水成分平均值：Si68%，Mn35%，P120%，S58%；温度1329℃，一倒双命中范围1600～1660，C≥0.10%，P≤0.030%；冶炼正常、喷溅少。表1为统计30炉4种留渣法的主要参数。

3 留渣双渣法的兑铁水操作
福建三安炼钢厂在留渣双渣操作中，特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。留渣双渣操作终渣中含有FeO成分，这种终渣留待下一炉，在兑入铁水时必会发生(FeO)+[C〗=[Fe]+CO；2(FeO)+[C]=2[Fe]+CO2的化学还原反应。若终渣中FeO含量高于25%，还原反应会更激烈，瞬间产生大量的气体，造成爆发性喷溅事故。因此，必须降低渣中FeO含量，而其中影响含量的因素有：
(1)钢中碳—氧平衡规律。碳含量高，氧含量就低；碳含量低时，氧含量相应就高。
(2)钢水中余锰和氧之间的关系。在ω[c]<0.1%时，锰对氧化性的影响比较明显，余锰高氧含量就会降低。
(3)钢水温度高，则氧含量高。
(4)操作工艺对钢水的氧含量也有影响。高枪位、低氧压操作会增加钢水的氧含量，补吹会增加钢水中的氧含量，提枪前加烧结矿等调温会增加钢水中的氧含量。
稳定吹炼操作可以降低氧含量，如：提倡“高拉后吹法”和一倒“双命中”操作。吹炼以不“返干”、不喷溅、均匀升温、全程化渣、快速脱碳与脱硫为原则。由于留渣冶炼初期要求稍低枪位操作，渣中TFe含量高可快速脱除磷硫，并及时倒渣；吹炼中期，适当降低枪位控制合适(TFe)含量以防喷溅；吹炼后期最好降低枪位以减少渣中TFe含量，提高钢水收得率。
4 留渣双渣法的冶炼操作
(1)保持有效炉容比，合理控制转炉装入量，控制终渣的R=2.8～3.2，MgO=8%～l4%；确保炉底稳定，防止炉底大起大落，保持炉型正常减少喷溅。
(2)先加生铁块、废钢，然后将转炉前后摇动，使生铁块、废钢表面含碳物质与渣中FeO反应，降低留渣氧化性，再缓慢兑铁水；兑铁前必须要把渣子溅干和加炉底料，防止产生爆发性喷溅。
(3)控制氧枪的枪位，使炼钢过程得以平稳进行，解决炉渣喷溅问题。
①开吹时，在点着火后要及时降枪以控制渣中(TFe)，基本采取硬吹状态，前期吹炼时间大于4min、温度在1320～1420℃。由于留渣操作模式，可以得到流动性良好的炉渣，在获得较好脱磷效果的同时也易发生喷溅；如果吹炼在5min以上不需压渣，提枪摇炉倒渣尽可能地多倒富磷渣，防止冶炼后期回磷。
②倒掉足够的富磷渣再下枪吹炼，此时要立刻加入第二批料以防止下枪冶炼时渣中(TFe)过高，产生大喷溅现象。
③在吹炼中期，由于碳的激烈氧化，(TFe)被大量消耗，熔渣的矿物组成发生了变化，由2FeO2SiO2→CaO2FeO2SiO2→2CaO2SiO2，熔点升高，石灰的渣化有些停滞，就会出现“返干”现象。在处理炉渣“返干”或加速终点渣形成时，不要加入过量的矿石，或用过高的枪位吹炼，避免(TFe)积聚。
④终点适时降枪，降枪过早熔池碳含量还较高，碳的氧化速度迅速加快，也会产生大喷；炉役前期炉膛小，同时温度又低，要注意适时降枪，避免TFe含量过高，引起喷溅；补炉后炉衬温度偏低，前期温度随之降低，要注意及时降枪，控制渣中(TFe)含量，以免喷溅。
⑤吹炼中发生喷溅就不能轻易降枪，因为降枪后碳氧反应更加激烈，会加剧喷溅；应适当提枪迅速压枪，这样可缓和碳氧反应和降低熔池升温速度，再借助于氧射流的冲击吹开熔渣，有利于气体的排出。
⑥在炉温很高时，可以在提枪的同时适当加一些石灰稠化熔渣，有时对抑制喷溅也有些作用，也可加压渣剂减少喷溅。此外，适当降低氧流量也能减弱喷溅强度。
(4)改进化渣工艺，在保证前期可以点着火的同时减少首批料加入量。通过提前成渣，将泡沫渣的高峰期前移，与脱碳时刻错开以便提枪摇炉倒渣；后批料要在二次下枪时立刻加入，防止喷溅；在脱碳期到达之前，降低供氧强度，然后再将其平缓地恢复到正常值；变枪变压吹氧，保证全程化渣；加强底吹搅拌，提高脱磷脱碳效率；吹炼终期采用高压低枪位操作，加强搅拌，保证终点钢水成分、温度均匀，同时降低炉渣氧化性。
5 出钢操作
补吹时间较长，如有加石灰导致炉渣渣泡时，尽量要倒渣，倒渣完后可以向炉内加入少量压渣剂，避免因前期渣下到钢包或者渣泡导致摇炉角度不到夹渣出钢引起回磷。出钢过程中，第一次摇炉一定要到位，不能夹渣出钢。后面的摇炉要及时跟上，出钢快完成时，钢流要尽量靠近包壁，发现下渣马上抬炉，这样能有效减少下渣量。另外，挡渣车的挡渣操作要及时、准确，发现挡渣挡不住要采取应急措施，比如吹氩站气量稍微调小一些，或者加点脱硫剂稠化炉渣，尽量不要让表面炉渣全部卷进钢水中。渣子如果全部化透，回磷会增多，出钢P≥0.030%是比较危险的。出钢温度高、到站温度高，对钢水回磷也有很大影响，所以温度要控制好。按上述操作方法倒渣是在脱硅磷操作基本完成后进行，能有效脱磷，不影响冶炼周期。
6 经济效益
(1)氧耗。单渣操作法的氧耗为48.11m3/h，留渣双渣法的氧耗为45.36m3/h，同比节约2.75m3/h。
(2)石灰耗。单渣操作法的石灰耗为39.85kg/t，留渣双渣法的石灰耗为33.55kg/t，同比节约6.3kg/t。
(3)钢铁料耗。一般转炉炉渣中含有9%的铁珠和11%的FeO，留渣双渣操作将炉渣留待下炉使用，有利于初期渣尽早形成并且能提高前期去除磷硫的效率。在起泡沫渣时摇炉倒富磷渣，避免了喷溅时铁的损失，减少了炉渣带走的铁量，可以直接降低钢铁料消耗4kg/t。
(4)半钢渣和终渣的碱度与炉龄之间的关系，见表2、表3。

分析表2、表3的终渣样成分，留渣双渣法操作的炉渣碱度满足溅渣要求，MgO含量控制有波动；由于终渣MgO含量8.00%左右(偏低)，镁球的加入方式应在倒渣后下枪吹炼再加入，保证终渣MgO含量满足溅渣要求。
留渣双渣法操作控制了终渣FeO含量，加上倒渣后再加入的镁球作用，提高了终炉渣MgO含量，为提高炉龄奠定了基础。
7 结语
福建三安炼钢厂采用留渣双渣法操作，满足了生产工艺和产品质量的要求。溅渣护炉技术改变了留渣氧化性能，复吹技术有效地解决了留渣操作的安全问题，并推动了留渣操作的应用。留渣双渣法操作有利于初期化渣和脱磷，并可以回收大量金属，吨钢石灰消耗降低6.3kg，钢铁料消耗降低5kg，经济效益非常可观。留渣双渣法初期渣碱度提高，可以减少对炉衬的侵蚀，从而提高炉衬寿命和炉龄。