氧气顶吹转炉留渣操作研究

杨宗波，陈 刚，唐 俊，蒲 涛

(成渝钒钛科技有限公司炼钢厂，四川内江 642469)

1 引言

转炉留渣操作就是将上一炉所形成的高温、高碱度、含有一定∑FeO的终渣全部或部分留在炉内，使下炉的初渣快速形成。此举有利于前期去除P、S，减少渣料消耗，并能提高废钢比、降低钢铁料消耗，对于提高炉龄也有一定的好处。转炉的留渣操作并不是一项全新的工艺，以前由于留渣后下炉兑铁水时易出现喷溅等安全问题，使这项工艺很难进行。随着溅渣护炉技术的产生和顶底复吹转炉设备的引进，兑铁时安全问题基本解决，使留渣操作工艺逐步得以推广应用。川威集团炼钢厂通过对留渣喷溅的根本原因及预防机理进行了分析，不断摸索、完善留渣条件和工艺。从冶炼半钢开始推行留渣操作以来，钢铁料消耗及石灰等原料消耗逐步降低，取得了可观的经济效益。

2 留渣喷溅的根本原因和预防机理

转炉终渣中含有一定∑FeO成分，这种终渣留待下一炉，在兑入铁水时，必然会同时发生式①、式②的反应。根据经验当终渣中(FeO)高于20% ，式①、②反应激烈，瞬间产生大量的气体附带炉渣、铁水冲出，造成爆发性喷溅事故。

要防止喷溅，最直接的办法是控制转炉中的气体，杜绝或减缓式①、式②反应。要实现这一目的，最佳办法是减少上面式中反应物含量，但铁水中C含量不能减少，若兑铁水时炉渣的(FeO)含量减少到一定值，即可控制炉中气体量。而减少兑铁水时炉渣的(FeO)含量的有效办法如下:

(1)是通过工艺操作降低终渣(FeO)含量，可以通过根据供氧时间、炉口火焰等情况，控制好过程氧枪枪位控制，掌握压枪时间、控制拉碳、降低炉渣氧化性等措施来实现，顶底复吹转炉相对顶吹转炉，可有效降低终渣(FeO)含量。

(2)是在溅渣护炉结束后，加入2000 kg左右的石灰，可以达到稀释(FeO)浓度，稠化炉渣的目的，同时也可降低炉渣的温度，从热力学角度来说可以有效预防喷溅的发生。

3 留渣操作工艺

3．1 留渣的条件

本厂铁水成份Si不高于0.30%，并进行提钒操作，半钢冶炼、过程化渣不易控制。

终点碳偏低，钢水后吹终渣条件不好。上连铸时终点温度在1650～1680℃，直接导致终渣(FeO)温度波动。

3．2 留渣对脱磷的影响

首先［P］被氧化:

生成的(P2O5)和(CaO)起反应:

综合上述两个反应方程式得到:

根据化学反应平衡原理分析:

渣中(CaO)、(FeO)越高，4(CaO)·P2O5越高，则渣中(P)高，钢中［P］低。同时，有关研究也表明，终点碱度越高，则渣中自由(CaO)越多，钢中［P］越低。当渣中(CaO)含量达40%左右时，Lp值最大，效果较好;当渣中(CaO)过多时，炉渣变粘，脱磷效果反而变差。终点渣碱度为3左右时，脱磷效果最好，转炉终渣中含有大量的(CaO)，有利于脱磷。

一般转炉终渣(FeO)含量在20%左右，由图1可知，当(FeO)含量在14%时，脱磷效果较好。由此可见留渣操作对脱磷十分有利。

图1 渣中(FeO)对Lp的影响

成渣速度主要取决于石灰块的溶解速度，而石灰块的溶解速度与初期渣的液相组成有关，特别是和渣中的(FeO)含量有关。因为初期渣中有一定数量的(FeO)存在，不仅溶解石灰速度加快，而且所组成的二元系铁酸氧化物的熔点，均比二元系硅酸氧化物的熔点低。

留渣操作，由于初期渣中的(MnO)、(MgO)特别是(FeO)的存在，使石灰的溶解速度加快。另外，留渣带入了大量的物理热，在吹炼初期迅速升温，也有利于石灰的溶解促进成渣。

3．3 冶炼操作

先加废钢，加完后转炉前后摇动，使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。

摸索了枪位和氧压控制方法，结合使用轻烧白云石，解决了前期炉渣喷溅问题。

根据冶炼时间控制转炉底吹气体流量，充分发挥搅拌钢液作用。

综合本炉氧耗、供氧时间、炉口火焰和碳含量及温度等情况，掌握压枪时间，控制拉碳、降低炉渣氧化性，确保终点炉渣、钢水温度与碳含量等达标到控制要求。

4 留渣的经济效益

实行留渣操作，每炉的留渣量在4吨左右，由于所留的终渣中含有较高碱度和(MgO)，降低了石灰消耗，也减少了镁球的消耗。同时，由于留渣，相应炉渣中的TFe得以回收，减少了金属料消耗，降低了钢铁料消耗。实践数据表明:实行留渣操作，吨钢石灰消耗降低5 kg，吨钢镁球消耗降低3 kg，钢铁料消耗降低3～5 kg/t。同时，由于实行留渣操作，减少了废渣排放，实现了循环经济，达到了清洁生产的目的。

留渣操作控制了终渣(FeO)含量，保证了炉渣(MgO)含量，提高了溅渣护炉效果，为提高炉龄奠定了基础。留渣操作实施后，炉龄达到22676炉次以上，实现历史最好水平。

留渣操作降低了铁水消耗，由于留渣本身含有大量的物理热，又降低了石灰的用量，这样增加了转炉炉内热来源，为降低铁水消耗提供了条件。

留渣操作降低了炉渣处理费用。留渣操作后比留渣操作前既减少了渣量，又能使留渣至下炉使用，实现了90%炉次的留渣操作。不仅降低了渣罐、渣斗、行车设备的使用量和成本以及处理的劳动强度，还减少了废渣排放，有利于清洁生产。

5 结论

转炉留渣操作，只要控制好炉渣温度和渣中(FeO)含量，可以解决兑铁水时的喷溅问题。

转炉留渣操作有利于初期化渣和脱磷，吨钢石灰消耗降低5kg，钢铁料消耗降低3～5kg/t，经济效益非常可观。

根据试验结果分析，现行冶炼条件下，采用留渣法效果比较好。由于初期渣碱度提高，可减少对炉衬的侵蚀，从而提高炉衬寿命和炉龄。

［1］ 郑沛然．炼钢学［M］．北京:冶金工业出版社，1994．

［2］ 黄希祜．钢铁冶金原理［M］．北京:冶金工业出版社，2002．

［3］ 冯聚和．氧气顶吹转炉炼钢［M］．北京:冶金工业出版社，1995．

［4］ 杜书波，孙宗辉．氧气顶吹转炉留渣操作可行性研究［J］．山东冶金，2003(6)．