转炉余锰控制技术的研究与应用

张贺全+尹秀锦

摘要：文章对铁水中的锰在冶炼过程中的反应机理进行研究，通过提高转炉过程用氧、布料方式减轻铁水中锰元素在冶炼过程中的氧化量和提高其冶炼后期的还原效果，使高、低锰铁水条件下中转炉终点余锰得到有效控制和提高。

关键词：转炉冶炼；氧化还原；锰元素；中厚板厂

中图分类号：TF703文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0054-03

锰元素是钢材中的有益元素，转炉冶炼使用的铁水中的锰在冶炼过程中几乎全部氧化，但在冶炼终点依然会有部分残留和通过其氧化物的还原而产生的锰，即余锰。余锰含量的高低，直接影响着转炉操作的稳定性和脱氧合金化中锰合金的加入量，中厚板厂45t转炉区的终点余Mn含量平均在0.08%左右，若能得到进一步提高，将对降低含锰合金成本和减少金属损失有极大效益，同时，随着余锰含量的提高，钢水氧化性降低，炉渣脱硫能力也会得到提高。

1中厚板厂现状

中厚板厂45t转炉区目前有3座45t转炉，使用铁水中Mn含量在0.20%～0.70%之间，绝大多数铁水Mn含量在0.20%以下或0.60%以上，转炉平均余锰含量0.082%（平均终点C含量为0.072%）。每炉平均出钢量在44t左右。

2转炉余锰控制技术的研究与应用

2.1锰在炼钢过程中过程反应机理的研究

2.1.1锰的氧化与还原。锰的高温挥发性较大，当其含量高时，能在气相中氧化，但由于它的氧化产物均相形核有困难，炼钢过程中主要的反应发生在钢渣界面上。钢液中锰的氧化分直接氧化和间接氧化两种方式：

直接氧化反应：[Mn]+1/2[O2]＝（MnO）

间接氧化反应：[Mn]+[O]＝（MnO），其中[O]为（FeO）＝[Fe]+[O]；

在碱性操作中，在高（MnO）和高温度的条件下会发生锰的还原。温度越高，还原出来的锰量越大，即“余锰”量越高。在（FeO）和温度一定时，（MnO）量越高，还原出来的锰量也越高，冶炼过程中减少放渣次数和放渣量或向渣中加入锰矿都可以达到这一目的。

2.1.2吹炼过程中锰的变化情况。锰在冶炼初期就大量氧化，在吹炼前期所形成的（MnO·SiO2），随着炉渣中CaO含量的增加，会发生（MnO·SiO2）+2（CaO）＝（2CaO·SiO2）+（MnO）的反应，（MnO）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（MnO）被还原，即：（MnO）+[C]＝[MnO]+{CO}或（MnO）+[Fe]＝[Mn]+（FeO）。在吹炼中[%Mn]的变化情况如图1所示：

图1吹炼过程中Mn的变化

从冶炼过程炉渣的氧化性和温度等的变化来看：转炉吹炼过程中Mn的分配系数随着炼钢条件的变化而变化，熔炼初期，由于温度较低，渣中FeO含量高，炉渣碱度低，故[Mn]激烈氧化，到冶炼后期，由于熔池温度的升高，渣中FeO含量降低，炉渣碱度升高，锰从渣中还原，到吹炼末期由于渣中氧化性提高，又使锰重新氧化。从图1中可以看出：熔池中的锰有明显的“回升”现象。

2.2转炉冶炼过程锰还原技术的研究

转炉冶炼过程中锰的还原主要取决与钢渣中锰的分配比，影响锰分配比的主要因素为：炉渣中自由（MnO）的含量、终点温度、熔渣中FeO含量、炉渣渣量等.在转炉冶炼过程中加快锰的还原和提高钢渣中锰的分配系数，主要通过改变影响其分配系数的相关因素来实现，主要为：

（1）提高炉温。提高炉温有利于（MnO）的还原，可提高余锰含量。

（2）碱度升高，炉渣中碱度的提高，使渣中（CaO）含量能够一直保持在较高的状态，可以促使自由态的（MnO）的浓度升高，从而提高钢水中的锰含量。

（3）降低渣中（FeO）含量。渣中（FeO）含量的降低，降促使Mn→MnO的反应逆向进行，提高钢水中的Mn含量。

（4）提高终点C。从转炉吹炼过程Mn的变化趋势图中可以明显看出，冶炼高碳钢时，因终点C含量高，其余锰含量也明显偏高。

2.3转炉余锰控制技术的开发

2.3.1冶炼前期氧压和枪位的设定。转炉冶炼前期主要的任务为化渣脱磷，在高锰铁水条件下，前期冶炼中产生的大量MnO，对提高转炉前期化渣效果会起到非常明显的效果，因此，使用高锰铁水后，前期的化渣效果对FeO的依赖程度有一定的减轻。为此，我们适当的降低了转炉前期吹炼枪位，将前期吹炼枪位在原枪位的基础上降低0.05～0.1m，同时将前期氧压确定为0.90～0.95MPa。因渣中FeO的相对减少，使高锰铁水下前期炉渣严重泡沫化的问题得到解决。

低锰铁水条件下，前期冶炼中因MnO数量少，使炉渣的流动性受到较大影响，影响了前期的化渣效果，对转炉脱磷产生影响。为了提高化渣效果，将会增加化渣剂的用量，同时因控制难度较大，会导致粘枪、喷溅等问题出现。为减少低锰铁水条件下，前期冶炼中因MnO数量对炉渣的流动性的影响，我们在冶炼前期，对氧枪开吹枪位进行了进一步降低，在原枪位的基础上降低0.05m左右。同时将前期氧压确定为0.95～0.98MPa。待来渣后将氧枪枪位及时进行提高，在开吹枪位的基础上提高0.1m左右。强化开吹搅拌力度提高铁渣混搅效果，同时提高前期渣中的FeO含量，使低锰铁水化渣效果不良和提温慢的问题得到解决。

2.3.2冶炼过程氧压和枪位的控制。低锰铁水中锰在冶炼前期氧化量较少，通过对吹炼4分左右的铁水取样后发现，铁水中的Mn氧化率基本在50%～70%之间；而高锰铁水的吹炼前期氧化率较大，一般都在90%以上。

铁水中锰氧化后对转炉的影响已在前期冶炼中得到控制，中期冶炼过程中为保持高的自由态（MnO）和还原渣中锰保持匀速的升温速率，同时杜绝冶炼过程返干，过程枪位控制由原铁水条件下的中期恒枪恒压模式调整为变枪恒压模式，在返干期过程枪位仍按原枪位进行控制，其它冶炼中期时间枪位在原枪位的基础上降低0.05m，促进冶炼中期锰的还原和控制还原后锰的氧化，提高钢水中的锰含量。

2.3.3冶炼后期、终点氧压、枪位的控制。为进一步提高终点余锰含量，有必要对后期炉渣中的FeO含量进行适当控制，同时通过早拉碳的方式，提高对终点温度、终点C的命中率。因此将冶炼后期氧压控制在0.90～0.95MPa，枪位控制上以增加终点拉碳时间为目的，较原操作模式早30秒（45t转炉的总吹炼时间在11.5分左右）进行压枪拉碳操作，拉碳时间由原来的30秒左右提高到60秒左右。

2.3.4提高转炉终点C和一次命中率.在对转炉过程用氧技术优化的同时，我们重点进行了转炉终点C的和一次命中率的提高。通过稳定转炉操作、提高职工操作水平，转炉终点C由原来的平均0.072%提高到0.089%，终点C平均提高0.017%。同时转炉终点一次命中率由原来的38%左右提高到58.2%，提高20%以上。

2.4转炉冶炼过程加料工艺的优化

为进一步提高转炉过程控制水平，减少因高锰铁水造成的溢渣、喷溅现象以及低锰铁水对前期化渣效果差的影响，同时为提高转炉终点余锰含量，我们对转炉冶炼过程中的加料工艺进行了优化。对布料工艺的整体优化主要为石灰、矿石使用时机的调整。

2.4.1石灰使用时机的调整。炼钢用石灰的使用，在原工艺条件下，石灰的使用主要分两个阶段进行加入。在开吹过程中放入石灰总用量的3/4进行前期化渣，留有部分石灰在前期来渣后再加入，在保证前期化渣效果的同时保证石灰总量，确保炉渣碱度。

在冶炼前期，随着Si、Mn的快速氧化，炉渣碱度降低，钢液温度快速上升。我们将石灰的加入时机调整为开吹过程加入绝大部分石灰（约4/5），只留少量在过程使用，不再严格要求区分石灰加入的的两个加入阶段。

2.4.2矿石使用工艺的优化。转炉用矿石的作用是在控制转炉过程温度的同时，通过直接还原矿石中的FeO来提高金属收得率。同时矿石的使用也为冶炼过程提高渣中FeO含量，提高化渣效果带来便利。在铁水中的锰出现高低差值较大的波动后，开吹过程中加入部分矿石来参与前期的化渣和温度控制对前期操作有较大的好处。但加入过多会导致前期溢渣严重，因此我们明确了前期矿石的加入量，将前期矿石的加入量控制在8～15kg/t之间。另外，为保证冶炼后期渣中锰的还原条件，转炉冶炼后期取消了矿石的加入，杜绝因加入矿石导致渣中FeO含量过多使锰的氧化还原反应收到限制，导致终点余锰含量降低的问题发生。

3使用情况总结

通过转炉用氧技术和布料工艺的优化调整，达到了以下效果：

3.1转炉终点余锰含量得到明显提高

在2012年1～6月份期间我们对Q235B和HRB400等钢种的终点余锰情况进行了连续的抽检和跟踪，抽检数据显示其余锰含量平均为0.081%，通过转炉余锰控制技术的实施，2013年1～6月份转炉终点余锰含量提高到平均0.115%。（其中高锰铁水中Mn的回收率达到25%以上，低锰铁水中Mn的回收率达到70%以上），余锰含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和喷溅等现象得到明显控制

在高低锰铁水条件波动的情况下，转炉因化渣过慢或过快导致的过程溢渣和喷溅等现象得到明显控制，中厚板厂45t转炉2012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势见图2：

图22012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势图

钢铁料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/吨钢，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/吨钢，钢铁料消耗降低13.6kg/t吨钢其中13年成熟应用后钢铁料消耗平均控制在了053.3kg/t钢。通过铁水中，Mn含量的控制，使转炉过程操作得到稳定，对钢铁料消耗的降低和稳定有一定的贡献。

4结语

通过上述措施的实施，济钢中厚板厂45吨区域转炉余锰含量平均增加了0.035%，达到了预期的目的。钢水终点余锰的增加也使得在脱氧合金化过程中需要的含锰合金的用量得到降低，同时减少了冶炼过程的溢渣和喷溅现象，转炉终点碳含量也稳步提升，使得转炉出钢量和炉况得到保证，降低了钢铁料的消耗和耐材消耗，使得生产成本进一步降低。

参考文献

[1] 章文达．锰含量与钢性能的关系[J]．江西冶金，

 1996，（4）．

[2] 薛正凉，吴丽嘉，等．转炉终点钢水残锰含量及锰收

 得率的影响因素分析[J]．炼钢，2011，27（6）．

[3] 李聿军，李斌，等．转炉内加锰铁脱硫的工艺探讨和

 实践[J]．山东冶金，2008，30（2）．

[4] 李荣生，冯润明，等．贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应

 用[J]．炼钢，2004，20（1）．

[5] 陈永金，覃强，等．钢水LF炉精炼成分稳定控制的措

 施[J]．柳钢科技，2001，（1）．

[6] 孙海军，陈嘉颖，等．音平控渣技术在冶炼高铬高锰

 铁水的应用[J]．中国冶金，2012，22（10）．

[7] 琚泽龙，冒建忠，等．降低钢铁料消耗实践[J]．四川

 冶金，2012，36（3）．

在冶炼前期，随着Si、Mn的快速氧化，炉渣碱度降低，钢液温度快速上升。我们将石灰的加入时机调整为开吹过程加入绝大部分石灰（约4/5），只留少量在过程使用，不再严格要求区分石灰加入的的两个加入阶段。

2.4.2矿石使用工艺的优化。转炉用矿石的作用是在控制转炉过程温度的同时，通过直接还原矿石中的FeO来提高金属收得率。同时矿石的使用也为冶炼过程提高渣中FeO含量，提高化渣效果带来便利。在铁水中的锰出现高低差值较大的波动后，开吹过程中加入部分矿石来参与前期的化渣和温度控制对前期操作有较大的好处。但加入过多会导致前期溢渣严重，因此我们明确了前期矿石的加入量，将前期矿石的加入量控制在8～15kg/t之间。另外，为保证冶炼后期渣中锰的还原条件，转炉冶炼后期取消了矿石的加入，杜绝因加入矿石导致渣中FeO含量过多使锰的氧化还原反应收到限制，导致终点余锰含量降低的问题发生。

3使用情况总结

通过转炉用氧技术和布料工艺的优化调整，达到了以下效果：

3.1转炉终点余锰含量得到明显提高

在2012年1～6月份期间我们对Q235B和HRB400等钢种的终点余锰情况进行了连续的抽检和跟踪，抽检数据显示其余锰含量平均为0.081%，通过转炉余锰控制技术的实施，2013年1～6月份转炉终点余锰含量提高到平均0.115%。（其中高锰铁水中Mn的回收率达到25%以上，低锰铁水中Mn的回收率达到70%以上），余锰含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和喷溅等现象得到明显控制

在高低锰铁水条件波动的情况下，转炉因化渣过慢或过快导致的过程溢渣和喷溅等现象得到明显控制，中厚板厂45t转炉2012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势见图2：

图22012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势图

钢铁料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/吨钢，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/吨钢，钢铁料消耗降低13.6kg/t吨钢其中13年成熟应用后钢铁料消耗平均控制在了053.3kg/t钢。通过铁水中，Mn含量的控制，使转炉过程操作得到稳定，对钢铁料消耗的降低和稳定有一定的贡献。

4结语

通过上述措施的实施，济钢中厚板厂45吨区域转炉余锰含量平均增加了0.035%，达到了预期的目的。钢水终点余锰的增加也使得在脱氧合金化过程中需要的含锰合金的用量得到降低，同时减少了冶炼过程的溢渣和喷溅现象，转炉终点碳含量也稳步提升，使得转炉出钢量和炉况得到保证，降低了钢铁料的消耗和耐材消耗，使得生产成本进一步降低。

参考文献

[1] 章文达．锰含量与钢性能的关系[J]．江西冶金，

 1996，（4）．

[2] 薛正凉，吴丽嘉，等．转炉终点钢水残锰含量及锰收

 得率的影响因素分析[J]．炼钢，2011，27（6）．

[3] 李聿军，李斌，等．转炉内加锰铁脱硫的工艺探讨和

 实践[J]．山东冶金，2008，30（2）．

[4] 李荣生，冯润明，等．贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应

 用[J]．炼钢，2004，20（1）．

[5] 陈永金，覃强，等．钢水LF炉精炼成分稳定控制的措

 施[J]．柳钢科技，2001，（1）．

[6] 孙海军，陈嘉颖，等．音平控渣技术在冶炼高铬高锰

 铁水的应用[J]．中国冶金，2012，22（10）．

[7] 琚泽龙，冒建忠，等．降低钢铁料消耗实践[J]．四川

 冶金，2012，36（3）．

在冶炼前期，随着Si、Mn的快速氧化，炉渣碱度降低，钢液温度快速上升。我们将石灰的加入时机调整为开吹过程加入绝大部分石灰（约4/5），只留少量在过程使用，不再严格要求区分石灰加入的的两个加入阶段。

2.4.2矿石使用工艺的优化。转炉用矿石的作用是在控制转炉过程温度的同时，通过直接还原矿石中的FeO来提高金属收得率。同时矿石的使用也为冶炼过程提高渣中FeO含量，提高化渣效果带来便利。在铁水中的锰出现高低差值较大的波动后，开吹过程中加入部分矿石来参与前期的化渣和温度控制对前期操作有较大的好处。但加入过多会导致前期溢渣严重，因此我们明确了前期矿石的加入量，将前期矿石的加入量控制在8～15kg/t之间。另外，为保证冶炼后期渣中锰的还原条件，转炉冶炼后期取消了矿石的加入，杜绝因加入矿石导致渣中FeO含量过多使锰的氧化还原反应收到限制，导致终点余锰含量降低的问题发生。

3使用情况总结

通过转炉用氧技术和布料工艺的优化调整，达到了以下效果：

3.1转炉终点余锰含量得到明显提高

在2012年1～6月份期间我们对Q235B和HRB400等钢种的终点余锰情况进行了连续的抽检和跟踪，抽检数据显示其余锰含量平均为0.081%，通过转炉余锰控制技术的实施，2013年1～6月份转炉终点余锰含量提高到平均0.115%。（其中高锰铁水中Mn的回收率达到25%以上，低锰铁水中Mn的回收率达到70%以上），余锰含量平均增加0.035%。

3.2溢渣和喷溅等现象得到明显控制

在高低锰铁水条件波动的情况下，转炉因化渣过慢或过快导致的过程溢渣和喷溅等现象得到明显控制，中厚板厂45t转炉2012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势见图2：

图22012年～2013年6月份期间钢铁料消耗趋势图

钢铁料消耗由2012年1～6月份的平均1069.7kg/吨钢，降低到2012年7月～13年6月的平均1056.1kg/吨钢，钢铁料消耗降低13.6kg/t吨钢其中13年成熟应用后钢铁料消耗平均控制在了053.3kg/t钢。通过铁水中，Mn含量的控制，使转炉过程操作得到稳定，对钢铁料消耗的降低和稳定有一定的贡献。

4结语

通过上述措施的实施，济钢中厚板厂45吨区域转炉余锰含量平均增加了0.035%，达到了预期的目的。钢水终点余锰的增加也使得在脱氧合金化过程中需要的含锰合金的用量得到降低，同时减少了冶炼过程的溢渣和喷溅现象，转炉终点碳含量也稳步提升，使得转炉出钢量和炉况得到保证，降低了钢铁料的消耗和耐材消耗，使得生产成本进一步降低。

参考文献

[1] 章文达．锰含量与钢性能的关系[J]．江西冶金，

 1996，（4）．

[2] 薛正凉，吴丽嘉，等．转炉终点钢水残锰含量及锰收

 得率的影响因素分析[J]．炼钢，2011，27（6）．

[3] 李聿军，李斌，等．转炉内加锰铁脱硫的工艺探讨和

 实践[J]．山东冶金，2008，30（2）．

[4] 李荣生，冯润明，等．贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应

 用[J]．炼钢，2004，20（1）．

[5] 陈永金，覃强，等．钢水LF炉精炼成分稳定控制的措

 施[J]．柳钢科技，2001，（1）．

[6] 孙海军，陈嘉颖，等．音平控渣技术在冶炼高铬高锰

 铁水的应用[J]．中国冶金，2012，22（10）．

[7] 琚泽龙，冒建忠，等．降低钢铁料消耗实践[J]．四川

 冶金，2012，36（3）．