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120 t转炉高铁水比冶炼模式的生产实践

吴明，石知机，吴发达，王爱民，尹军，季东林

(马鞍山钢铁股份有限公司第一钢轧总厂，安徽马鞍山243000)

摘 要：为实现效益最大化，马鞍山钢铁股份有限公司第一钢轧总厂120 t转炉采用高铁水比冶炼低碳低磷系列钢种时，应用烟气分析动态控制和矿石加生烧温控技术，解决因热量富余而产生的成分温度波动大、喷溅机率高、终点命中率低等问题，实现出钢钢液中ω(P)<0．015％，终点C—T双命中率达91．2％，石灰等渣料消耗从87．1 kg／t降低到79．5 kg／t以下，吹损率从10．3％降低到8．7％以下，成本

及消耗降低的良好效果。

关 键 词：高铁水比；烟气分析；冶炼控制；效果

马鞍山钢铁股份有限公司第一钢轧总厂(以下简称“马钢”)120 t转炉自2011年9月起，采用高铁水比装入制度即采用少废钢冶炼模式，铁水比由原来的81．06％提高到94．70％，冷料比由原来的18．94％降为5．30％。由此带来转炉冶炼时存在明显热量富余，喷溅频繁、成分和温度控制难度大、终点命中率低等一系列的问题，为此，马钢120 t转炉应用烟气分析动态控制和矿石加生白云石温控技术[1]，优化供氧造渣制度，确保终点钢水ω(P)≤0．015％，终点C—T命中率从82．7％提高到91．2％，实现吹炼平稳，成本降低效益提高等效果。

1  高铁水比冶炼存在的主要问题

由于高铁水比打破了原来冶炼低磷低碳钢热量平衡模式，存在热量明显富余的特点，由此带来以下问题：1)被迫增加石灰等散状料消耗量，使之渣量大化渣困难，易产生喷溅，返干粘枪等生产事故；2)导致升温速度快，易产生温度—碳、温度—磷平衡失控，造成脱磷困难，反复拉磷过吹，终点命中率低；3)吹炼过程不宜控制，易造成物料消耗高、铁损大，同时造成吹炼时间长，影响生产节奏。

2  冶炼低碳低磷钢工艺及终点要求

马钢铁水条件：ω(C)：4．0％～4．5％；ω(Si)=0．20％～0．60％；ω(Mn)=0．25％～0．40％；ω(P)=0．08％～0．14％；ω(S)=0．020％～0．040％，温度为1 280～1 350℃。

工艺路线：铁水→转炉→吹氩→LF→薄板坯连铸，转炉冶炼周期为38 min。

终点钢水要求：ω(C)=0．04％～0．07％，ω(P)≤0．015％，出钢温度要求1 610～1 640℃。

3  采用矿石加生白云石温控技术

由于采用高铁水比冶炼模式，即原装入制度由107 t铁水+25 t废钢调整为125 t铁水+7 t废钢，造成热量明显富裕，由于矿石和生白云石分解吸热量大，同时矿石中铁可还原提高钢水收得率，而且生白云石价格很低，对造渣料从原来以石灰、轻烧白云石、镁球为主调整为石灰、生白云石、矿石为主，即可有效平衡富裕热量而且造渣料成本下降。

基于上述思路采用生白云石加矿石温控技术的核心是：利用矿石和生白云石中主要成分分别是Fe2O3、Fe3O4和CaCO3、MgCO3，还原分解需吸收大量的热量[2]。

CaCO3=CaO+CO2

△H=178．3 kJ／mol   (1)

MgCO3=MgO+CO2

△H=100．59 kJ／mol

Fe3O4(s)=3Fe(s)+2O2   (2)

△H=1103．12 kJ／mol   (3)

Fe2O3(s)=2Fe(s)+3／2O2(g)

△H=815．023 kJ／mol   (4)

应用烟气分析动态控制模型热平衡计算，确定合理造渣料配比包括生白云石和矿石加入量，根据烟气分析指导造渣料加入量和时机，优化供氧造渣制度，合理控制温度及脱磷所需要的渣碱度和渣中FeO含量，保证最终脱磷效果和终点C—T双命中目标，达到既可以有效平衡富裕热量，减少造渣料加入量和成本，又最大限度吸收矿石还原分解出来的铁，提高钢水收得率降低钢铁料消耗的效果。

4  高铁水比冶炼生产实践

4．1造渣料加入量

根据马钢120t转炉冶炼低磷低碳钢时采用高铁水比的装入制度，应用烟气分析动态控制模型热平衡计算和生白云石加矿石温控技术，在确保转炉出钢磷和终点碳温双命中的要求下，确定终点温度为1 610～1 640℃，终点钢水ω(C)=0．04％～0．07％，终渣碱度达到3．2～3．5，终渣ω(FeO)控制在15％～25％，终点ω(P)≤0．015％，将铁水成分与温度、废钢以及造渣料石灰、生烧白云石、矿石等成分输入控制模型，计算出确保达到终点要求所需要散状料加入量及配比。

4．2  控制喷溅

针对喷溅主要分为前期泡沫渣喷溅和中期爆发性金属喷溅，原因分别是前期铁水中硅优先氧化生成高SiO2含量酸性泡沫渣，占据有效空间喷出炉口而形成；吹炼中期喷溅主要是高铁水比冶炼热量富裕使碳氧易提前进行并反应激烈升温快，渣中(FeO)低，化渣不良金属裸露，短时间内产生大量的一氧化碳气体急剧排除，带动钢渣喷出炉口而形成[3]。采用高铁水比冶炼低碳低磷系列钢时，控制喷溅的要点：1)由于采用生白云石加矿石温控技术，根据热平衡计算在吹炼过程中加入了所需的生白云石加矿石，使总渣量由原87．1kg／t降到79．5 kg／t，熔池上部自由空间有所扩大为减少喷溅创造条件；2)实行留渣操作开吹时不加料，吹氧3～5 min左右选择适当时机倒去泡沫渣避免前期泡沫渣喷溅的发生；3)针对高铁水比冶炼升温速度快特点，倒去泡沫渣后迅速加入总量2／3的生白云石和矿石及石灰，吹氧过程根据枪位和氧量不断连投生烧和矿石，控制升温速度达到碳氧均衡反应，使一氧化碳气体平稳排出；4)经过对烟气分析曲线变化趋势的研究与转炉冶炼操作相关研究，掌握了喷溅的发生与曲线变化的对应关系，开发对可能出现喷溅的预报模式[4]，炼钢操作人员可以直观地了解到炉内的冶金反应情况，及时采取措施短时间提枪加料降低碳氧反应速度防止喷溅发生，转炉喷溅率明显下降，根据喷溅预报模型，在2011年12月—2012年2月期间，跟踪统计了328炉次的数据，喷溅率由原来的18．2％降低到5．6％以下，吹损率由原来的10．3％降低到现在的8．7％。

4．3  脱磷

根据冶金学原理可知：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(Ca4P2O9)+5[Fe]，脱磷需要炉渣中有较高的氧化铁和碱度，以及较低熔池温度有利于脱磷，此外，由于脱磷反应属于界面反应需加强搅拌动力学条件，以加大渣与金属的接触面积[5]。

根据马钢铁水ω(P)=0．08％～0．14％，终点钢水ω(P)≤0．015％的目标，冶炼高铁水比模式时：1)应用生烧加矿石温控技术，倒去初期渣后立即加入总量2／3的生烧和矿石及石灰，矿石有助化渣提高碱度和生烧分解成氧化钙、氧化镁以利用前期温度较低的有利时机进行脱磷，同时控制温度平缓上升逐渐命中终点温度；2)实行留渣操作以帮助化渣，同时要求所使用石灰质量要达到二级以上，即ω(CaO)≥90％、ω(MgO)≤2％、ω(SiO2)≤2％、ω(S)≤0．05％、IL≤5％、活性度达到360 mL，终点碱度控制在3．2～3．5；3)造渣制度实行铁质成渣路线即保证吹炼过程和吹炼终点渣中有较高的氧化铁[6]，枪位实行“低→高→低”模式并结合底吹搅拌强度如表1，控制渣中ω(FeO)在吹炼前期15％～18％，中期12％～15％，后期15％～25％，实现(FeO)含量由吹炼前期到中期的缓慢下降再到后期平缓上升的过程如图1，特别是要避免在吹炼中期由于碳—氧激烈反应，渣中(FeO)激剧下降而易出现炉渣返干，造成脱磷困难甚至出现回磷及粘枪现象；4)利用生烧和矿石还原分解不仅能吸收高铁水比冶炼产生大量富裕的热量，而且分解后生成CO、CO2气体和氧化铁、金属铁对加强熔池搅拌和化渣脱磷及提高金属收得率起到促进作用；经过实践，转炉脱磷率达到90％以上，保证终点钢水ω(P)≤0．015％。

4．4  提高终点C—T命中率

在高铁水比条件下应用烟气分析动态控制冶炼低磷低碳钢，代表钢种为SPHC，钢种要求ω(C)=0．04％～0．07％，要提高终点C—T的命中率即ω(C)±0．01％，T±16℃的目标，关键是控制好吹炼过程温度—碳、温度—磷平衡，采用生烧加矿石温控技术和上述合理脱磷参数以确保终点ω(P)≤0．015％。另外采取以下措施：1)保持转炉底吹搅拌与长寿炉龄同步技术，以使熔池钢水成分和温度搅拌均匀，并使烟气中CO、CO2和氧浓度能真实的反应转炉熔池氧化反应过程，保持烟气分析全程准确有效；2)加强对入炉铁水和造渣材料化验检测，强调其成分、温度、质量的准确和及时性，在兑铁前须传输到炉前计算机进行模型计算，3)规范转炉冶炼操作，高铁水比冶炼时倒完初期渣后，要求全程降罩操作，首批料生烧、矿石和石灰要达到总量的2／3，其余可根据情况分批加入，终点前3 min不得加料，氧枪模式选为自动控制，以确保烟气曲线与熔池成分对应的准确性。经过实践857炉次中实现碳温双命中达91．2％，冶炼周期可控制38 min以内，满足工序要求。

4．5  控制脱硫和挡渣

马钢铁水中ω(S)一般在0．02％～0．04％，在高铁水比冶炼低碳低磷钢时，要求转炉出钢ω(S)≤0．025％，应采取以下措施：1)利用脱硫的热力学条件在吹炼中后期高温、高碱度、低氧化性的有利条件脱硫；2)严格控制含硫高的炉料加入量，废钢以自循环废钢为主；3)可依靠铁水预处理脱硫，将铁水终点ω(S)脱至0．005％，做到转炉终点出钢ω(s)≤0．025％以下；4)对个别硫高炉次可利用LF造还原渣脱硫处理。出钢双挡渣，吹炼前用挡渣帽堵出钢口，防止摇炉出钢时下渣，出钢快结束时，用挡渣塞挡渣，控制下渣量小于5 kg／t。

5  高铁水比冶炼效果

分别跟踪统计了采用低铁水比(107．4 t铁水+25．2 t废钢)、高铁水比(125．5 t铁水+7．3 t废钢)模式冶炼512炉和857炉数据，对其炉料和渣料结构消耗成本进行计算对比，如表2。

按照当前市场价格，由表2可以粗略计算出，由炉料和渣料消耗所降低的成本可降低13．16元／t(不包括铁损由10．3％降低到8．7％的效益)。

6  结论

1)炼钢炉料是钢厂成本最主要的构成，根据效益最大化原则对炉料结构进行调整是降本一个重要方面，转炉炼钢对炉料结构的变化要有针对性技术和措施，可实现冶炼平稳、终点命中率提高、消耗下降等显著效益。

2)采用高铁水比冶炼低碳低磷钢时，应用烟气分析动态控制和矿石加生烧温控技术，矿石消耗可达30 k／t，喷溅控制在5．6％，吹损从10．3％降低到8．7％以下，总渣料控制在79．5 kg／t，仅炉料结构可降低成本13．16元／t，实现出钢钢水ω(P)<0．015％，终点C—T双命中率达91．2％的目标。

[参 考 文 献]

[1]   吴明，梅忠．转炉烟气分析动态控制炼钢技术[J]．冶金设备，2006(4)：71．

[2]   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，2011，27(2)：33—35．

[3]   郑沛然．炼钢学[M]．北京：冶金工业出版社，1994：74-76．

[4]   吴明，李应江，吴发达，等．烟气分析动态控制炼钢技术的实践应用[J]．中国冶金，29，19(4)：23—27．

[5]   曲英．炼钢学原理[M]．北京：冶金工业出版社，1987．153．

[6]   万雪峰，李德刚，曹东，等．260 t复吹转炉单渣深脱磷工艺研究与实践[J]．炼钢，2011，27(2)：1—5．