莱钢60t转炉单渣留渣操作实践

王小璞（山东钢铁股份有限公司钢铁研究院，山东　济南　　250101）



莱钢60t转炉单渣留渣操作实践

王小璞
（山东钢铁股份有限公司钢铁研究院，山东济南250101）

摘要：留渣操作主要是利用前炉钢冶炼终点的高碱度、高氧化性和高温炉渣，促进本炉冶炼前期快速化渣，提高脱磷效率并降低渣料消耗。本文根据莱钢60t转炉单渣留渣操作实践，系统分析了留渣操作存在的危害原理并提出了预防措施，介绍了莱钢单渣留渣操作模式，并针对单渣留渣法和单渣法的冶炼前期和终点渣样，对单渣留渣法的益处进行了对比分析。

关键词：留渣；兑铁喷溅；操作模式

0. 前言

留渣操作是近几年各钢厂转炉工序操作重点研究攻关的技术，主要是利用前炉钢冶炼终点的高碱度、高氧化性和高温炉渣，促进本炉冶炼前期快速化渣，提高脱磷效率并降低渣料消耗。留渣操作又根据是否冶炼过程倒渣分为双渣留渣法和单渣留渣法。莱钢60t转炉工序脱磷压力不大，为降低渣料消耗并促进前期快速成渣以减少前期喷溅，选择了单渣留渣操作进行攻关，形成了稳定的单渣留渣操作模型，并研究解决了留渣操作的兑铁喷溅和开吹打不着火生产事故，实现了可观的生产效益。

1. 单渣留渣操作存在危害的原理及预防

转炉留渣操作在20世纪80年代既已被提出，但由于没有掌握留渣后操作安全规律，因此一直没有得到大范围推广应用。但氧气转炉留渣操作能够充分利用前炉钢终点炉渣的热量、碱度和氧化性，大幅降低渣料消耗，在转炉吹炼初期可以快速造就高碱度氧化渣，有利于提高生产效率，并具有显著的经济效益，特别在铁水资源不足的钢厂效益更加突出。因此各钢厂一直在进行生产试验，以求实现留渣操作的稳定。

留渣操作主要有两方面的危害：一是兑铁时碳氧剧烈反应发生大喷；二是转炉开吹打不着火，转炉烟道内氧气和一氧化碳达到爆炸极限，产生烟道爆炸事故。

1.1兑铁大喷的原因及预防

莱钢炼钢厂铁水成分见表1。冶炼终渣成分基本保持在：CaO47%～51%； MgO8%～11%；SiO214%～17%；FeO 11%～17%。

表1莱钢炼钢厂铁水成分范围

兑铁水时产生喷溅的原因是在兑铁的瞬间，铁水中的碳与钢渣中的FeO发生激烈的脱碳反应，生成的CO气泡在近似自由空间迅速膨胀，把铁水和钢渣推出炉口所致。只有解决兑铁时的碳氧激烈反应，才能避免喷溅。当铁水兑入留有上一炉终渣的转炉时，金属与炉渣发生下列反应：

由式（2）×2-式（1）得出式（3）：

此反应式的自由能变化为：

式中：

fi——溶质组元的活度系数。

取PCO=1.01×104Pa，则：

式中：eij——指钢液中溶质i对j的相互作用系数，即当元素i在钢液内百分浓度不变时，每加入1%元素j引起元素i活度系数改变的对数值。

根据莱钢炼钢厂转炉冶炼终渣成分，R=3.0，FeO含量为15%，查表得a（SiO2）=0.0001，故

要限制铁水中碳元素的氧化，必须使△G≥0，即满足：

即温度低于1507℃时，铁水和上一炉的炉渣接触，首先是硅的氧化（但也不排除有碳的氧化，因为铁水中含碳量较高），也就限制了碳的激烈氧化。

另外，也可根据不同温度下各种纯氧化物的分解压力找出碳和硅优先氧化的温度。由氧化物标准生成自由焓的变化与温度的关系可知：SiO2分解压力曲线与CO分解压力曲线相交的对应温度为1530℃。当t小于1530℃时，［Si］先于［C］被氧化；当t大于1530℃时则［C］先于［Si］被氧化。既便是在热力学满足式（3）的情况下，反应也不一定进行或进行的很缓慢而不会造成喷溅，这是由复杂的动力学因素决定的。从动力学的观点分析，化学反应速度常数与绝对温度之间符合Arrhenius关系式：

式中：

k——化学反应速度常数；

e——化学反应的活化能；

k0——频率因子。

上式表明，化学反应速度随温度升高而加快，也就是说温度越高发生喷溅的概率越大。反之，化学反应速度降低，发生喷溅的概率越小。

图1单渣留渣法操作示意图

从热力学和动力学的分析都可以看出，降低炉渣温度是避免出现兑铁大喷的关键因素，目前转炉大部分实现了溅渣护炉，溅渣后炉渣温度均低于1500℃。可以说留渣操作的条件已经具备。同时在溅渣操作时，通过溅干炉渣，防止有液态炉渣，溅渣终点由炉长亲自查看炉渣状态，溅渣时加入一部分石灰等渣料等措施，可以确保兑铁时不出现大喷危害。

图2单渣留渣法操作模式

1.2开吹打不着火的原因及预防

开吹打不着火主要是由于留渣操作炉渣、加入的废钢带入的渣钢以及铁水带入的铁水渣量大，漂浮在表面，导致氧气流股不能够直接穿透渣层，发生反应。开吹打火时间超过40s，则前期氧气流股一部分冲击炉渣表面，造成（FeO）聚集，一部分进入烟道内，造成烟道内氧气含量大于2%。一旦打着火后，因炉渣中（FeO）聚集量大，很容易发生爆发性喷溅事故，喷溅出的红热钢渣进入烟道系统后，若不能够及时灭火降温，则烟道内一氧化碳和氧气含量在爆炸范围内，再加上红热钢渣这一点火源，极易发生烟道内爆炸事故，炸坏烟道系统。因此，预防开吹打不着火的关键在于不能勉强打火，超过40秒打不着火后应立即提枪停止吹炼。

表2预热料及头批矿石加入参考表

表3前期渣样原始数据表

2. 单渣留渣操作模式

2.1单渣留渣操作流程

图1为单渣留渣法操作示意图，其主要是将前一炉冶炼终点的炉渣，溅渣后留在炉内，作为本炉冶炼渣料的一部分，促进本炉冶炼快速成渣，并减少本炉石灰等渣料消耗，其主要流程及过程注意事项如下：

（1）溅渣护炉阶段根据终渣状况，可以加入石灰或白云石调整渣况，确保终渣溅干，防止液态渣。

（2）溅渣完毕需炉长观察溅渣状况，若炉渣较稀，流动性良好，可重新抬炉指挥一助手重新溅渣，或者将炉渣倒掉，避免因炉渣过稀，发生兑铁大喷或开吹打不着火事故。

（3）加入废钢应尽量减少废钢中携带的泥土或粒钢，减少带入炉内的碎渣子，防止开吹打不着火事故。

（4）兑铁开始阶段应小流慢兑，指挥人员站位在侧面5m外，防范兑铁大喷。确认冒火小时，再快速兑入。

图3单渣留渣法同单渣法前期渣样TFe和MnO含量对比

图4单渣留渣法同单渣法前期渣样碱度对比

（5）转炉冶炼阶段开吹一助手应认真观察打火情况，打不着火超过40s应立即提枪停止打火，按打不着火应急处理程序处理。冶炼前应确保炉口积渣小于10cm，不影响观察打火情况，打着火前一助手禁止加料。前期采用高枪位，高氧压，促进前期快速提温，快速成渣，过程返干期降低氧压，采取低氧压吹炼，同时加入矿石调节温度和渣况。

（6）拉碳和出钢炉口不能摇的过低，防止炉渣大量淌出，致使留渣量不稳定，影响下炉操作稳定。

2.2单渣留渣操作参数控制

图2为莱钢炼钢厂60T转炉单渣留渣法冶炼具体操作模式。

（1）渣料加入：预热石灰600kg～800kg，开吹加1/3矿石，镁块100kg，2分钟左右加入400kg石灰，以后根据溢渣情况分小批次加入剩余石灰。矿石在石灰加入完毕后分批加入。预热石灰及一批矿石量参考表2，矿石加入量需要参考铁水温度，综合确定。

目的：安全兑铁，平稳打火，迅速化渣，平衡温度，控制喷溅。

（2）枪位控制：开吹枪位1200mm，2分30秒左右视溢渣情况适当提枪，溢渣结束枪位回归，过程恒枪操作，8分左右视“返干”情况适当调枪，原则少动枪，通过加料控制，拉碳前1分钟左右开始降枪至1.05m，压枪时间保证1分钟左右。

目的：有力搅拌，适当FeO，确保脱磷，均衡升温，控制“返干”。

（3）氧压控制：试行阶段性控制，开吹氧压1.0MPa；1分40秒～2分后氧压降至0.7MPa～0.75MPa；4分后将氧压提至0.75MPa～0.83MPa至终点。

目的：控制供氧强度，保障为化渣脱磷，控制脱碳速度，减少喷溅、返干，终点保碳。

表4终点渣样原始数据表

表5单渣留渣法推进脱磷效果对应表

3. 单渣留渣法同单渣法比较分析

转炉炉渣成分代表了炉渣熔化程度以及炉渣性能，因此，为探究单渣留渣法的价值，我们分别对比分析了单渣留渣法和单渣法的前期和终点渣样成分。并对操作一段时间的脱磷率进行了对比验证。

3.1单渣留渣法同原单渣法前期渣样比较分析

表3为分别采取单渣留渣法和单渣法的前期渣样原始数据，其中前期渣样指转炉冶炼3分钟时炉前倒炉取的渣样。为确保数据具有可对比性，选择原料条件相同的相近炉次取前期渣样。

如图3所示，单渣留渣法相比单渣法前期渣样的TFe和MnO含量均较高（图3），主要是由于留渣时，上炉终渣中含有一定的TFe和MnO含量，且温度较高，有利于前期渣熔化。

从图4可以看出，单渣留渣法前期渣样碱度要比单渣法高，且相对稳定，说明前期化渣效果要好于单渣法。且前期碱度高，有利于提高转炉前期脱磷效率。

3.2单渣留渣法同原单渣法终点渣样比较分析

表4为单渣法和单渣留渣法终点渣样原始数据，终点渣样指转炉冶炼终点一次拉碳时取的渣样。为确保数据具有可对比性，选择原料条件相近的连续炉次取终点渣样数据。

图5单渣留渣法同单渣法终点渣样TFe含量对比图

从图5可以看出，单渣留渣法相比单渣法终点渣样全铁均有降低，因此对于降低钢铁料消耗有利，也说明留渣操作时终渣较好，终点压枪时间相对有所提高。且通过表4单渣法同留渣法的渣样平均值对比可以看出，留渣法渣中的CaO和MgO含量及R等都相比单渣法有所降低，说明留渣法的渣量相比单渣法有降低，这也有利于降低渣中的金属料损失。

3.3单渣留渣法同单渣法磷成分控制效果比较

通过在转炉操作中试验单渣留渣法，提高了冶炼前期化渣效果，使全程操作稳定，返干和喷溅等操作问题得到大幅减少，终点炉渣熔化均匀，终点压枪时间提高到1min以上，脱磷效率也得到大幅提高。相比单渣法和单渣留渣法的脱磷效果，转炉脱磷率成品磷小于0.025%的比率大幅提高。磷高化废炉数和平均终点磷含量也有明显的降低，见表5。

结语

（1）降低上炉终点炉渣温度是避免出现兑铁大喷的关键因素，目前转炉大部分实现了溅渣护炉，溅渣后炉渣温度均低于1500℃。同时在溅渣操作时，通过溅干炉渣，防止有液态炉渣，溅渣终点由炉长亲自查看炉渣状态，溅渣时加入一部分石灰等渣料等措施，可以确保兑铁时不出现大喷危害。

（2）开吹打不着火主要是转炉内渣层过厚，炉渣内（FeO）聚集。预防的关键在于不能勉强打火，超过40s打不着火后应立即提枪停止吹炼。

（3）单渣留渣操作时，应根据原料条件，及时调整入炉渣料及冷料量，确保全程均匀升温，炉渣快速熔化。

（4）单渣留渣法相比单渣法前期渣样的TFe和MnO含量均较高，主要是由于留渣时，上炉终渣中含有一定的TFe和MnO含量，且温度较高，有利于前期渣熔化。同时，单渣留渣法前期渣样碱度要比单渣法高，且相对稳定。

（5）单渣留渣法相比单渣法终点渣样全铁、CaO和MgO含量及R等均有降低，充分说明单渣留渣法全程炉渣熔化均匀，平稳，对于提高转炉脱磷率降低钢铁料消耗均有好处。

参考文献

［1］杜书波，孙宗辉，苗刚，等.氧气顶吹转炉留渣操作可行性研究［J］.山东冶金，2003，25（3）：37-39.

［2］王宝奇，荣佑亭.转炉留渣操作炉渣喷溅临界条件的研究［J］.河北冶金，1997（5）：22-26.

［3］牛兴明，刘文飞，李超，等.260t转炉留渣操作实践［J］.鞍钢技术，2012（2）：42-45.

中图分类号：TF713

文献标识码：A

Abstract:Theremainingslagoperationistheuseofhighbasicityandhighoxidationresistanceandhightemperatureslagbefore theendofthesteelsmeltingfurnace，thesmeltingfurnacetopromoteearlyrapidslagging.Toimprovetheefficiencyandreduce theconsumptionofslagdephosphorization.Inthispaper，accordingtotheLaiwuSteel60tconvertersingleslagremainingslag operationpractice，systematicanalysisoftheremainingslagoperationinthepresenceoftheharmprincipleandtheprevention measuresareputforward.Thispaperpresentsthesingleslagremainingslagoperationmodeofoperation.Andinviewoftheearly stageandtheendslagsampleofsingleslagslagmethodandsingleslagmethod，thebenefitofslagresiduemethodwascomparedand analyzed.

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