趙洪倫，李生根

（山東鋼鐵集團(tuán)淄博張鋼鋼鐵有限公司，山東淄博256400）

摘  要：為滿足簾線鋼低P、低Ti 要求，冶煉過程中采用雙渣留渣工藝，一次造渣堿度控制為1.5～2.0，F(xiàn)eO 控制在15%～20%，保證了爐渣良好的流動(dòng)性；二次造渣時(shí)加入石英砂，促進(jìn)化渣，提高爐渣流動(dòng)性，提高脫磷能力；對(duì)留渣爐次采取爐渣固化操作，實(shí)行每爐確認(rèn)制度，防止兌鐵發(fā)生噴濺。冶煉過程平穩(wěn)，終點(diǎn)C 0.12%、P 0.003 9%、Ti 4.5×10-6，脫磷率達(dá)到了95%以上，脫鈦率達(dá)到了98%以上。

關(guān)鍵詞：簾線鋼；轉(zhuǎn)爐冶煉；雙渣＋留渣；脫磷；脫鈦

1 前言

山東鋼鐵集團(tuán)淄博張鋼鋼鐵有限公司（簡(jiǎn)稱張鋼）為應(yīng)對(duì)嚴(yán)峻的鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)，2015 年開始轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，簾線鋼成為重點(diǎn)開發(fā)的鋼種。鋼簾線主要用于輪胎子午線增強(qiáng)用骨架，具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，也是線材制品中要求高、生產(chǎn)難度大的產(chǎn)品之一。由于簾線鋼盤條要被拉拔成Φ0.15～Φ0.38 mm 的簾線，線材長(zhǎng)度增加了1 400 倍，截面積縮小至原來的0.08%，接近拉拔工藝的極限，還要經(jīng)過高速雙捻機(jī)合股成繩，整個(gè)過程要求100 km 斷絲率＜1 次。因此，對(duì)于原料線材組織及成分的均勻性、潔凈度以及綜合質(zhì)量有著極為嚴(yán)格的要求，鋼中不允許出現(xiàn)TiN 夾雜，同時(shí)盡量避免產(chǎn)生磷偏析，對(duì)終點(diǎn)P 和Ti 的含量要求極低^［1］，傳統(tǒng)的單渣法煉鋼無法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。為此，探討了在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用“雙渣+留渣”操作工藝，并針對(duì)生產(chǎn)中遇到的問題進(jìn)行改進(jìn)，取得了較好的脫磷脫鈦效果，滿足了簾線鋼生產(chǎn)的要求。

2 簾線鋼生產(chǎn)工藝開發(fā)

2.1 設(shè)備原料

張鋼煉鋼廠共有2 座120 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐底有6 塊透氣磚，底吹氮/氬氣，供氣量100～180 m³/h；采用4 孔拉瓦爾型氧槍。冶煉原料包括：鐵水（成分見表1）、廢鋼，造渣材料有石灰、壓球、燒結(jié)礦、輕燒白云石。張鋼煉鐵廠根據(jù)簾線鋼的生產(chǎn)計(jì)劃提前變料，使鐵水條件滿足表1 要求，大大緩解了轉(zhuǎn)爐脫磷脫鈦壓力。

2.2 開發(fā)工藝參數(shù)

通過對(duì)脫磷熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)爐冶煉過程脫磷、脫鈦反應(yīng)基本是在鋼渣界面上進(jìn)行，脫磷、脫鈦速率主要受渣鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率控制，因此充分的攪拌能促進(jìn)脫磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。頂吹氧氣流對(duì)熔池升溫影響最大，采用頂吹模式，雖然有利于金屬熔池中的氧化去除，也有利于改善渣—金屬界面?zhèn)髻|(zhì)條件，但由于受渣—金屬界面溫度快速提升的影響，也可能會(huì)激活熔池中碳氧化的整體反應(yīng)提前發(fā)生，不僅與Si、P 爭(zhēng)搶與氧氣的反應(yīng)機(jī)會(huì)，抑制P 的氧化脫除過程，還可能進(jìn)一步引發(fā)熔池溫度的整體快速提升，影響脫磷效果。因此應(yīng)綜合考慮，結(jié)合“雙渣+留渣”工藝特點(diǎn)及相關(guān)鋼廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)^［2］，造渣工藝關(guān)鍵參數(shù)控制如下：

1）一次造渣。鋼水中Si 微量，鋼水溫度1 350～1 400 ℃，爐渣堿度1.5～2.0，渣中FeO 含量控制在15%～20%，渣中MgO 含量6%～6.5%。

2）二次造渣。終渣堿度3.5～4.0，MgO 8%～10%，（FeO）14%～18%，（CaO）（/ FeO）2.5～3.0，出鋼溫度1 600~1 620 ℃，C 0.10%～0.25%。

2.3 “雙渣+留渣”工藝路線

上一爐出鋼全留爐渣→濺渣固化爐渣→加廢鋼確認(rèn)固化效果→兌鐵水→脫磷→倒出部分脫磷渣→脫碳→出鋼→留渣→濺渣固化爐渣→加廢鋼確認(rèn)固化效果→兌鐵水進(jìn)行下一爐冶煉。

3 生產(chǎn)中存在的問題及優(yōu)化

3.1 兌鐵水預(yù)噴控制

轉(zhuǎn)爐終渣中含有一定數(shù)量的FeO，這種終渣留到下一爐，在兌入鐵水時(shí)，就會(huì)同時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：

（FeO）+［C］=［Fe］+CO； （1）

2（FeO）+［C］=2［Fe］+CO₂。（2）

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)終渣中（FeO）高于20%，式（1）、（2）反應(yīng)十分劇烈，瞬間產(chǎn)生大量的氣體附帶著大量的爐渣、鐵水沖出，造成爆發(fā)性噴濺事故。

要防止噴濺產(chǎn)生，最直接有效的辦法是控制爐中氣體，杜絕或減緩式（1）、（2）反應(yīng)的進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)這一目的，要減少式（1）、（2）中反應(yīng)物含量。

減少兌鐵水時(shí)爐渣中（FeO）含量方法：

1）通過工藝操作降低終渣（FeO）含量。根據(jù)供氧時(shí)間、爐口火焰等情況，延長(zhǎng)壓槍時(shí)間，把握好拉碳時(shí)機(jī)，提高終點(diǎn)碳含量，減少后吹次數(shù)等，降低爐渣氧化性。同時(shí)，優(yōu)化底吹工藝，降低終渣（FeO）含量。

2）在濺渣護(hù)爐結(jié)束后，加入1 000～1 500 kg 石灰或白云石，稀釋（FeO）濃度，稠化爐渣；同時(shí)，降低爐渣溫度。當(dāng)爐渣溫度低于1 508 ℃時(shí)，從熱力學(xué)角度來說可以有效預(yù)防噴濺的發(fā)生^［3］。

3）采取每爐確認(rèn)制度，濺渣完畢，對(duì)爐渣進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)于過氧化程度嚴(yán)重、爐渣稀薄的爐次，加入適當(dāng)調(diào)渣劑調(diào)渣。若濺渣完畢爐渣仍稀薄，可加入適當(dāng)固化劑稠渣，確認(rèn)爐渣不稀薄后再兌鐵。

4）兌鐵時(shí)采用先加廢鋼再兌鐵水的方式，開始時(shí)緩慢。如果火焰較大，立即停止兌鐵，待火焰穩(wěn)定后再緩慢兌鐵，防止?fàn)t內(nèi)反應(yīng)過快發(fā)生噴濺。

3.2 一次造渣工藝優(yōu)化

初期冶煉過程中存在成渣速度慢、脫磷效率低、一次造渣結(jié)束時(shí)鋼—渣不容易分離、倒渣時(shí)容易夾帶鋼水等問題。結(jié)合張鋼自身?xiàng)l件及王新華^［4］在“雙渣+留渣”法操作中提出的方法進(jìn)行了改進(jìn)。

1）含鐵造渣料只采用燒結(jié)返礦。充分利用其熔化快、乳化性好、成渣速度快等特點(diǎn)。

2）根據(jù)石灰質(zhì)量與鐵水溫度，用石灰石替代部分石灰。石灰石在高溫下分解為石灰和CO₂，分解過程吸熱既能降低爐內(nèi)溫度，產(chǎn)生的CO₂又能起到化渣和增加攪拌作用，達(dá)到提高脫磷效率和促進(jìn)鋼—渣分離的效果。

3）采用低槍位、高供氧強(qiáng)度吹煉方式。通過加強(qiáng)頂吹氧氣對(duì)熔池?cái)嚢?，促進(jìn)［P］向渣/鐵界面?zhèn)鬏?，氧槍較常規(guī)操作前期槍位降低100～200 mm，供氧強(qiáng)度保持在3.0 Nm³（/ min·t）以上。

4）增加底吹強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)攪拌。

5）增加堿性燒結(jié)礦的加入量和加入批次。在開吹后加入石灰的過程中同時(shí)加入2.5～3.5 t 堿性燒結(jié)礦，在加強(qiáng)攪拌的同時(shí)使渣中含有足夠量的FeO。為保證爐渣的流動(dòng)性，前期渣中FeO 量控制在15%～20%。

3.3 二次造渣工藝優(yōu)化

二次造渣過程中存在如下問題：

1）二次造渣過程易出現(xiàn)粘槍、返干等不利過程操作的現(xiàn)象。

2）部分爐次吹煉中后期脫磷困難，終點(diǎn)P 含量偏高（0.03%~0.04%）且處理困難。優(yōu)化措施：

1）補(bǔ)加適量含SiO₂的造渣料，經(jīng)過機(jī)理與實(shí)踐分析，最終選取添加適量石英砂，確保渣中適宜的SiO₂含量以利于成渣與渣量的控制。

2）掌握造渣料加入時(shí)機(jī)，多批次小批量加入，以確保渣料熔化；加入制度根據(jù)過程化渣情況靈活掌控。主要依據(jù)爐口火焰、噴出物形態(tài)、爐內(nèi)化渣聲響等，合理調(diào)配造渣料加入時(shí)機(jī)與數(shù)量。

3）生產(chǎn)中為確保化渣的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，根據(jù)過程化渣情況，采取高、低槍位靈活交替操作的模式，以便兼顧熔池液面和內(nèi)部攪拌的作用，消除爐渣面上出現(xiàn)的“死角”，消除渣料結(jié)坨，加快成渣。在確保合理的化渣動(dòng)力學(xué)前提下，根據(jù)過程化渣情況，合理調(diào)控渣中FeO 含量與熔池過程溫度控制，確保過程化渣的動(dòng)力學(xué)條件。

4 生產(chǎn)效果分析

部分爐次一次造渣爐渣成分、堿度及終點(diǎn)鋼水成分見表2。

由表2 可知：1）一次倒渣渣堿度大部分在1.5～2.0 之間，只有1 爐爐渣堿度高于2.0，基本滿足目標(biāo)要求。2）一次倒渣渣中FeO 在15%～18%。實(shí)踐證明，爐渣具有良好的流動(dòng)性，一次倒渣幾乎可以全部倒凈，起到了很好的脫磷脫鈦效果，一次脫磷率達(dá)到了60%以上，一次脫鈦率達(dá)到90%以上。終點(diǎn)C 含量平均0.12%，P 平均0.003 9%，Ti 為4.5×10-6，脫磷率達(dá)到了95%以上，脫鈦率達(dá)到了98%以上，滿足了簾線鋼對(duì)終點(diǎn)P＜0.008%、終點(diǎn)Ti＜10×10-6的要求，為精煉環(huán)節(jié)控制夾雜物的含量尤其是TiN 含量創(chuàng)造了良好的條件。

5 結(jié)論

5.1 冶煉采用雙渣留渣工藝，終點(diǎn)P＜0.008%，終點(diǎn)Ti＜10×10-6，滿足了簾線鋼對(duì)P 和Ti 的要求。

5.2 一次造渣堿度控制在1.5～2.0，F(xiàn)eO 控制在15%～20%，爐渣具有好的流動(dòng)性，便于一次倒渣。

5.3 二次造渣時(shí)加入適當(dāng)?shù)氖⑸?，能夠很好地促進(jìn)化渣，提高爐渣流動(dòng)性，提高脫磷能力。

5.4 對(duì)留渣爐次采取爐渣固化操作，實(shí)行每爐確認(rèn)制度，可防止兌鐵發(fā)生噴濺。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 王勇，王全禮，李永東，等. 簾線鋼Lx72A 夾雜物控制技術(shù)［C］//爐外處理·煉鋼·連鑄，2005 年中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集：453-456.

［2］ 王杰，曾加慶，楊利彬. 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐雙渣法脫磷冶煉工藝一次倒?fàn)t溫度最優(yōu)化選擇［J］. 煉鋼，2015，31（4）：34-37.

［3］ 劉效森，王念欣，賈崇雪，等. 濟(jì)鋼120 t 轉(zhuǎn)爐留渣操作工藝的實(shí)踐［J］.河北冶金，2010（4）：25-26.

［4］ 王新華. 氧氣轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術(shù)［C］//2014 年低成本煉鋼共性技術(shù)研討會(huì)論文集，南京：2014.