降低炼钢转炉渣中氧化亚铁含量研究

降低炼钢转炉渣中氧化亚铁含量研究

白文龙,习晓峰,薛小永,贺增平,梁少鹏,杨文学

陕西龙门钢铁有限责任公司炼钢厂  陕西韩城  715403

摘要：转炉渣中的氧化亚铁含量直接影响钢水收得率、钢水的质量和钢铁料消耗，研究前陕钢龙钢终渣氧化亚铁控制在15%左右。本文对陕钢龙钢炼钢厂现场实际情况进行研究分析，通过找出终渣氧化亚铁含量的变化规律，找到与终渣氧化亚铁含量影响的关键因素，将终渣氧化亚铁控制在10%~14%，降低终渣氧化性，提高钢水质量，提高钢水收得率，降低炉衬侵蚀，降低钢铁料消耗，降低钢铁料成本。

关键词：氧化亚铁 终渣转炉 钢铁料消耗

引言

陕西龙门钢铁有限责任公司（以下简称“龙钢”）是一家集烧结、炼铁、炼钢、轧钢为一体，具备年产715万吨生铁、710万吨粗钢及钢材综合加工生产能力的大型钢铁联合企业，现有4座50吨顶底复吹转炉，2座120吨顶底复吹转炉，冶炼钢种主要以HEB400E为主，在实际生产中因装备方面的限制，尚无法实现终点的自动控制，日常生产属“经验型”操作控制，所谓经验控制，是指在常规吹炼条件下，借助一些基本的检测手段，对终点进行人工控制，主要利用“拉碳”和“增碳”两种操作方法，常用的辅助手段为测温和炉前取样。

1、研究炼钢转炉渣中氧化亚铁含量的必要性

1.1转炉渣物理性能

转炉渣一般比重为3.2～3.6t/m3，堆比重为1.77～2.13t/m3，含水0.2～2%，抗压强度1690～3000公斤/cm3，冲压强度约15次；熔点1320℃。钢渣通常含水在3%～8%，容重1.32～2.26t/m3，抗压强度在1150kg/cm3左右。转炉熔渣具有很高的温度(1450～1650℃)，属于高品位的余热资源，钢渣热焓约为1670MJ/t渣，相变潜热209kJ/kg。

1.2转炉渣化学成分

随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同，钢渣的化学成分波动较大。转炉渣的化学组成一般如表 1 所示。此外，冶炼不同钢种、转炉炼钢的不同冶炼阶段的钢渣化学成分也不同。

表 1 龙钢炼钢转炉渣化学组成

1.3转炉渣矿物组成

转炉钢渣的矿物组成，在碱度较高（CaO/SiO2>3）的钢渣中，以硅酸三钙（C3S）为主，其次是硅酸二钙（C2S)，RO相、铁酸二钙（C2F)、游离石灰（fCaO）等。在碱度较低（CaO/SiO2=1.5～3）的渣中，以硅酸二钙为主，其次是RO相、铁酸二钙、硅酸三钙、游离石灰等。

转炉渣是转炉炼钢生产的副产品，它浓聚了炉料被氧化后所形成的氧化物及硫化物，主要包括被侵蚀的炉衬及炉衬材料；金属炉料带入的杂质，如泥沙等；为调整钢渣性质所加入的造渣材料及助熔剂，如石灰石、铁矿石、萤石等。在炼钢工艺中，每吨钢产生的转炉渣为80～110kg/吨，转炉终渣中氧化亚铁含量控制不当，造成钢铁料消耗升高，同时导致终渣氧化性较强，使合金收得率降低，增加合金成本，最终钢铁料成本升高。

2、转炉渣中氧化亚铁含量的影响因素

影响终渣氧化性强弱的原因的比较多，如原材料的条件，现场操作，生产组织，工艺制度等。操作工艺对终渣氧化亚铁也有影响。例如高枪位，或低氧压，熔池搅拌弱，将会造成终渣FeO富集；拉碳前，加污泥球、矿石等调温剂，也会增加钢水氧含量。因此要合理控制终渣氧化亚铁含量，先要稳定吹炼操作。

2.1吹炼过程枪位对渣中氧化亚铁的影响

炼钢条件下的脱碳，大部分反应在铁水内的CO气泡上进行，生成的 CO 分子能立即转入气相，CO气泡表面提供了为脱碳高速进行所必要的交换面积。[C]和[O]是表面活性元素，[C]和[O]向气泡表面扩散， 并吸附于气泡表面上进行化学反应。由于反应进行得很迅速，所以在气泡和钢液的相界面上二者很接近于平衡。然而在远离相界面处的[C]和[O]的浓度比气泡表面上的浓度大得多，于是形成一个浓度梯度，使[C]和[O]不断向反应区扩散。为了充分迅速地提供所必要的氧，氧化铁水滴必需乳化于铁水中，由氧化铁水滴向CO气泡表面供氧。

描述这一脱碳反应的模型假定：CO气泡被乳化的FeO液滴包围，碳和氧按图1所示的方式向CO气泡扩散；FeO液滴界面上铁水氧含量达到饱和； CO 气泡界面上碳氧反应达到平衡。显然，在液滴和气泡之间存在着氧浓度梯度。 FeO 液滴和CO气泡之间的区域有一个碳浓度场，碳的摩尔流率和气泡表面的氧构成化学计算当量关系。

图1 碳、氧向CO气泡扩散途径示意图

因此高枪位，或低氧压，熔池搅拌弱，将会使得FeO液滴反应减弱，造成终渣FeO富集，增加转炉渣中氧化亚铁含量。

在低含碳量时，脱碳速率随铁水中含碳量的降低而变小。这一事实说明：由FeO液滴供给铁水的氧不再完全消耗于碳的氧化反应，因而铁水的含氧量上升，所以在倒炉前要保证低枪位30秒左右。

2.2终点碳含量对渣中氧化亚铁的影响

现场倒炉对应渣中氧化亚铁含量的数据如表 2，对91组未点吹炉次终渣数据进行分析对比，发现倒炉碳和渣中氧化亚铁含量负相关。

表 2 龙钢炼钢转炉渣化学组成

通过对91组数据进行整理，计算出倒炉碳－渣中氧化亚铁的线性回归方程如图2，线性回归方程b（斜率）=-1.67，a（截距）=27.63，Y=-1.67X+27.63（渣中氧化亚铁Y，倒炉碳X），即平均一倒碳每增加0.01%，终渣氧化亚铁降低1.67%。因此需要适当提高倒炉碳，来降低渣中氧化亚铁。

2.3加料时机对渣中氧化亚铁的影响

通过对现场倒炉渣化验成分数据的跟踪倒查，8分钟后加入返矿、污泥球，而导致渣样氧化亚铁含量高的占总炉数的75%。通过调节含铁原料的加入时机，尽量将渣料在开吹或吹炼前期加入，保证后期含铁原料引入的氧化亚铁有充足的反应时间，可大大降低终渣的氧化亚铁。

3、结论

1.在冶炼过程中要测准液面，控制合适枪位，确保冶炼平稳，7分钟后不允许长时间“吊枪”，倒炉前保证低枪位30秒，降低钢水氧化性。

2.提高一倒命中率，合理控制出钢碳，减少补吹率，尤其是减少补吹时污泥球、矿石和的带入，降低终渣的氧化性。

3.供氧8分钟后规定不允许加入含铁原料，主要在冶炼中期“返干”期通过小批量多次的加入或采用连投的方式加入。

4.终渣氧化亚铁含量随温度升高而增加，通过大包加盖、合金烘烤、改大出钢口内口直径和缩短吹氩时间有效降低出钢温度，减少补吹时间，提高出钢碳，降低渣中氧化亚铁含量。

龙钢通过试验分析，掌握了终渣氧化亚铁的控制方法，在实际生产中取得了较好的效果。规范操作标准后，转炉终渣氧化亚铁降至13%以下，较之前降低2%，锰平衡计算出产渣量为105kg/吨，钢铁料消耗降低2.1kg/吨，吨钢可以节约 0.2kg/吨硅锰合金，每年创效在4000万元以上。

参考文献

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