新造渣模式下转炉炼钢成渣路线的研究

张小伟， 虎晓东， 王攀峰， 赵昌明

(1.南京钢铁股份有限公司板材事业部技术研发处，江苏 南京 210035；2.辽宁科技大学材料与冶金学院，辽宁 鞍山 114051)

引 言

为进一步降低冶炼渣料成本，南京钢铁集团有限公司(以下简称“南钢”)第一炼钢厂从2016年初开始进行取消轻烧白云石冶炼攻关，将钢渣料结构逐步优化为“石灰+石灰石+生白云石”模式，成为国内生料使用比例最高的转炉。该造渣模式的应用虽然大幅度降低了钢渣料成本，但因冶炼成渣体系的大幅变化，冶炼过程中出现返干、溢渣、炉况侵蚀等问题，对生产顺行带来了一些负面影响。

若沿用以前的造渣模式，必然导致入炉总辅料消耗进一步增加，从而导致炼钢环节的成本大幅攀升。据文献介绍：复吹转炉冶炼过程的成渣路线直接影响着冶炼操作的稳定性、终点的命中率和炉衬的寿命，因此，研究新的造渣模式(“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式)下复吹转炉冶炼的成渣路线是很有意义的[1-2]。

1 成渣路线的概述

在转炉吹炼过程中，由于熔池温度和金属成分不断改变以及加入石灰等多种造渣材料的影响，炉渣成分和性质也在不断变化。为了尽快得到具有一定性能的炉渣，需要选择合理的成渣路线。转炉炼钢一般用CaO-FeOn-2SiO2三元相图来研究冶炼过程中的成渣路线，其他次要组分可按性质归入这三个组分中，图1为CaO-FeOn-2SiO2三元相图的1600 ℃截面图[3]。

Ⅰ. L+SiO2；Ⅱ. L；Ⅲ. L+C2S；Ⅳ. L+C2S+C3S；Ⅴ. L+C3S；Ⅵ. L+C3S+CaO；Ⅶ. L+CaO图1 转炉冶炼过程中炉渣成分的变化

转炉吹炼初期，炉渣成分大致位于图中的A区；A区为酸性初渣区，其形成的主要原因是：在开吹的头几分钟内熔池温度比较低，加入的第一批炉料中只有铁、磷已经熔化，石灰则刚刚开始溶解，铁、硅、锰等元素优先氧化，生成FeO, SiO2和MnO，形成了高氧化性的酸性初渣区。吹炼中期主要是脱碳，此时炉渣的氧化性有所下降。而吹炼后期为了脱磷、脱硫和保持炉渣的流动性，要求终渣具有一定的碱度和氧化性(以渣中FeO含量为标志)，其位置大致在C区。由初渣到终渣按成渣时渣中FeO含量可分为两条路线：将ABC称为低氧化铁成渣途径(“钙质”成渣路线)，AB’C称为高氧化铁成渣途径(“铁质”成渣路线)[4-6]。

2 成渣路线的分析

在“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式下，如果要寻找一个理想的造渣制度，必须定量地研究转炉的成渣过程，探讨出最佳的成渣路线，并使冶炼工艺各个环节中炉渣组成的变化尽可能地接近最佳成渣路线。在南钢转炉现场提取四个转炉炉次钢渣的基本信息如表1所示。

将所有试样经过粉末制样机进行制样，过0.074 μm筛子，所制取试样取出50 g用于化学成分分析，所有试样的化学成分如表2所示。

表1 转炉钢渣的基本信息

表2 转炉钢渣试样的化学成分/%

以南钢转炉所取的钢渣试样的化学成分为基础，归一化处理所有炉次的化学成分数据于CaO-FeO-SiO2三元系中。并以吹炼阶段(吹炼5 min、出钢前和出钢后)的组分数据为基点，对应描绘出不同炉次的成渣路线，结果如图2所示。

从图2以及冶炼过程中炉渣成分变化情况来看，南钢转炉所取的钢渣试样均以“钙质”成渣路线为主。南钢所选取钢渣样是“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式，成渣路线基本以“钙质”成渣路线为主。

3 探讨影响成渣路线的因素

影响复吹转炉成渣路线的因素主要有：铁水中的硅、锰含量，带入铁水中的高炉渣，喷枪的位置，喷头的侵蚀，供氧强度和石灰活性[7]。为了稳定吹炼，必须采用合适的供氧制度，使冶炼过程按最佳成渣路线进行。

“钙质”成渣路线的吹炼采用了低枪位操作。由于脱碳速度快，渣中FeO含量降低了很多，炉渣进入多相区较早，石灰块周围易生成致密的C2S外壳层，石灰的溶解速度减缓，炉渣处于返干阶段，此时可以通过调节喷枪高度、加入降低C2S熔点的萤石、铝矾土、氧化铁皮、铁矿石等，以保持钢渣中合理的氧化铁含量，加速石灰的溶解。这种操作的优点是炉渣对炉衬侵蚀较小，但前期的脱磷及脱硫效果较差。

图2 转炉钢渣的成渣路线图

4 结束语

(1)南钢转炉所取的钢渣试样均以“钙质”成渣路线为主。南钢所选取钢渣样是“石灰+石灰石+生白云石”造渣模式，成渣路线基本以“钙质”成渣路线为主。

(2)“钙质”成渣路线的吹炼采用了低枪位操作，这种操作的优点是炉渣对炉衬侵蚀较小，但前期的脱磷及脱硫效果较差。