电炉炼钢加烧结矿洗炉探讨与实践

彭高献，蔡雅娟，施军贤，赵小军

（江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港 215625）

0 引言

高碳钢因其硬度高、强度大、耐磨性好和耐腐蚀性强等特点，被广泛应用于不同领域。夹杂物是影响钢质量的关键指标之一，既要控制钢中夹杂物数量尽量少[1]，又对钢中夹杂物的类型、尺寸及形态等有很高的要求。为了减少钢液中不变形夹杂的产生，电炉冶炼高碳钢需要控制终渣碱度，但碱度低的炉渣流动性差，会出现炉底上涨的现象，随着炉底上涨，炉膛空间缩小，限制了电炉标准化操作。

1 炉底上涨的原因及危害

电炉冶炼高碳钢采用铁水质量配比≥60%配料工艺，电炉热兑铁水后，炉内配碳量增加。随着冶炼过程供氧强度提高，炉内碳氧反应更加剧烈，炉内熔池渣相传氧速率小于碳氧反应耗氧[2]，由于渣中FeO快速消耗，从而出现返干现象。电炉长时间采用高铁水比模式冶炼高碳钢，炉渣易沉积并滞留在炉底，从而造成炉渣黏结成块，致使炉底积渣逐渐加厚，炉膛缩小，严重时妨碍正常的冶炼操作。在氧枪吹氧强度不变的情况下，炉膛缩小会加剧炉内碳氧反应，造成脱碳速度快。在总装入量不变的情况下，涨炉导致熔池深度减少，炉门口就会夹杂有大量钢水随着钢渣排出，严重影响钢水收得率，无法保证出钢量。因此，连续生产过程中需要定期洗炉。

2 洗炉对烧结矿的要求

采用烧结矿作为洗炉料，通过电炉加料系统入炉。一般采用粒度为5～10 mm 的成品烧结矿，将成品烧结矿温度冷却至50 ℃以下，再运输至炼钢厂，通过地下料仓上料皮带进入高位料仓，保证进入上料皮带前烧结矿不结块、表面不发红，防止高温烧结矿对上料皮带造成影响。从表1 烧结矿主要成分含量数据可以看出，烧结矿中的硫、磷含量高，最高的分别能达到1%、1.2%。因此，洗炉冶炼过程中要合理控制加入量。

3 烧结矿洗炉原理

电炉洗炉是通过调低炉渣熔点，降低炉渣黏度，提高炉渣流动性，尽可能将炉底积结的渣铁熔化，恢复炉膛的正常空间。通常，在碱性炉渣中加入酸性氧化物可使黏度降低，加入碱性氧化物则会使黏度提高，而酸性炉渣的情况则与此相反。但也有例外，FeO虽属碱性氧化物，却可使碱性炉渣的黏度降低，这是因为FeO 本身的熔点低，FeO 能大大降低炉渣熔化温度和黏度，起到稀释炉渣的作用。而烧结矿主要成分为铁的氧化物，主要为Fe2O3、FeO、CaO 和SiO2等，w（TFe）＞55%，加入烧结矿就是直接向炉渣中提供FeO，能有效缓解氧化过程中由于碳氧反应剧烈而产生的返干现象，抑制炉底上涨。通过2～3 炉钢连续加入的反应，清除炉内积渣，恢复炉膛正常，其反应机理为：C+FeO＝Fe（液）+CO（气）。

4 洗炉操作要点

某电炉炼钢厂100 t 电炉冶炼高碳钢加烧结矿洗炉，采用铁水质量配比≥60%的配料工艺，洗炉情况见表2。

表2 加烧结矿洗炉情况

在总装入量不变的情况下，当出现出钢量明显降低波动时，说明炉底已经明显上涨，由于炉底上涨导致炉门跑钢水多，钢水收得率下降。一般情况下，热装铁水工艺电炉冶炼钢水收得率不能低于91%[3]。当钢水收得率低于91%时，如表2 中1-5652 炉，应从其次炉（如表2 中1-5653）开始加烧结矿进行洗炉。

烧结矿的还原反应要直接消耗钢水中大量的碳[4]，烧结矿洗炉配碳量要保证碳平衡，采用铁水比≥60%的配料工艺，适当提高入炉铁水比，铁水含碳量能满足要求，在原料中不另外增加配碳，冶炼过程中根据泡沫渣情况向炉内适量喷碳粉即可满足碳平衡需要。为保证洗炉效果，洗炉期间钢水温度控制要比正常冶炼高30～50 ℃，一般洗炉期间电炉出钢终点温度为1 650～1 680 ℃为宜，终点w（C）≥0.06%。

一般来说，电炉渣中w（MgO）应控制在6%～9%较为适宜，过高会造成炉底上涨、脱磷效率下降。加入烧结矿会造成渣中w（MgO）下降，而渣中w（MgO）过低会造成炉衬侵蚀加剧。从表3 可以看出，使用烧结矿的炉渣中w（MgO）最低降至5.41%，烧结矿的用量不宜再增加。洗炉冶炼的炉渣碱度约2.60 为宜，碱度过高，不利于有效去除钢水中杂质。

表3 电炉炉渣成分

烧结矿的熔化和分解是吸热反应，必须在熔池达到一定高的温度时，再分批次适量加入。否则，加入过早或加入越多，熔池温度温降越大，会抑制脱碳反应速度。重新升温后，反应速度急剧上升，会引起沸腾，炉门易出现跑钢水问题。因此，一般入炉烧结矿总量控制在1.3～1.5 kg/t，一般在兑铁后炉底区域形成熔池后开始加第一批烧结矿，每炉分成3 个批次或4 个批次间断或连续加入，如表4 所示，每个批次加入量不宜超过400 kg。

表4 烧结矿分批加入情况 单位：kg

5 结论

1）电炉加烧结矿洗炉是解决炉底上涨的一个有效手段，由于洗炉冶炼时钢液温度偏高，会缩短炉衬寿命。黏度低、流动性好的炉渣对炉衬的直接侵蚀和冲涮作用也很强烈，要防止因炉渣外溢而造成耐材烧穿事故。因此，一般要在冶炼2～3 炉之间完成洗炉。

2）由于烧结矿自身密度小，易漂浮于熔池之上，不能完全进入钢液，电炉炉渣的强氧化性使得烧结矿中的金属铁无法得到充分利用，部分氧化于炉渣中，随炉渣裹挟流失，烧结矿本身含铁量对提高钢水收得率不会有明显影响。

3）铁水比≥60%是进行烧结矿洗炉的必要条件之一，在此基础上进行洗炉操作，能达到较为理想的效果。对烧结矿的加入批次、加入量和加入时机的把握尤为重要，是洗炉操作中最重要的环节，尤其是兑完铁水后，炉内碳氧反应剧烈，温度不断升高，烧结矿加入量过大可能会造成炉内沸腾。

4）烧结矿洗炉对冶炼电耗、物料消耗、冶炼时间和出钢成分等会有一定程度影响，这些因素应在洗炉前充分考虑，并采取应对措施。如具备条件，将洗炉的钢水用于生产低牌号钢种，可规避洗炉钢水带来的质量风险。

5）电炉加烧结矿可以实现安全、快速、高效洗炉，对于解决电炉高铁水比生产高碳钢出现的炉底上涨问题具有显著效果，有助于改善连续生产的电炉标准化操作。