于國慶

( 三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠)

摘 要 分析低碳鋼生產(chǎn)模式下轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕的影響因素，通過優(yōu)化低碳鋼轉(zhuǎn)爐冶煉過程渣料結(jié)構(gòu)、濺渣調(diào)渣工藝、轉(zhuǎn)爐底吹工藝與轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)拉碳工藝等措施，使得轉(zhuǎn)爐終渣 TFe 含量由 17． 7% 降低到 16． 36% ，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度、碳含量、磷含量三命中率提高了 26． 64% ，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳氧積下降了 7． 7 × 10 － 4 ，轉(zhuǎn)爐爐底厚度極差由335 mm 減小到 100 mm，降低了終渣的氧化性，提高了護(hù)爐效果，穩(wěn)定了轉(zhuǎn)爐爐型控制。

關(guān)鍵詞 底吹 侵蝕 FeO 含量

0 前言

福建三鋼閩光公司( 簡稱“三鋼”) 隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級(jí)，低碳鋼生產(chǎn)比例不斷提高，部分成品碳含量在 0． 05% 以下的鋼種，采用“120 t 轉(zhuǎn)爐→ 130 t LF 爐精煉→( 160 × 160) mm 方坯連鑄→軋制”工藝流程生產(chǎn)，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)爐渣中 TFe 含量高達(dá) 32% ，高氧化性爐渣導(dǎo)致爐襯濺渣層剝落嚴(yán)重，濺渣時(shí)爐襯掛渣性差，降低了轉(zhuǎn)爐的爐襯壽命。為此，研究高氧化性爐渣對爐襯的侵蝕機(jī)理，降低轉(zhuǎn)爐終渣的氧化性，成為冶煉低碳鋼時(shí)強(qiáng)化護(hù)爐效果的重要手段。

1 冶煉低碳鋼爐襯侵蝕影響因素

1． 1 FeO 含量對濺渣層的影響

參考文獻(xiàn)［1］中研究闡述了不同爐渣氧化性對 CaO － SiO2 － FeO － MgO 爐渣黏度的影響，具體如圖 1 所示。從圖中可知，爐渣黏度對濺渣渣粒高度、大小、形狀、數(shù)量以及與爐壁的粘結(jié)狀態(tài)影響較大。爐渣黏度隨爐渣中 FeO 含量增加而下降，當(dāng) ω( FeO) ＞ 20% 時(shí)，爐渣黏度在 1 Pa·s 以下。爐渣黏度小，渣粒間相互結(jié)合力小，濺渣過程中爐口渣粒高度低，不易濺起，導(dǎo)致爐渣附著于爐襯的作用力小，濺渣層薄。

1． 2 FeO 含量對爐襯磚的化學(xué)侵蝕

轉(zhuǎn)爐爐襯已普遍采用鎂碳磚，具有磚中碳易氧化的特點(diǎn)。爐渣中的 FeO 經(jīng)爐襯磚反應(yīng)層至脫碳層，發(fā)生界面脫碳反應(yīng)。隨脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，爐襯磚的原質(zhì)層緩慢性依次轉(zhuǎn)化為脫碳層和反應(yīng)層，反應(yīng)層受到侵蝕，結(jié)構(gòu)發(fā)生松弛，在鋼液的沖擊下脫落進(jìn)入鋼液中。脫碳后的爐襯磚進(jìn)而又會(huì)受到熔渣的進(jìn)一步化學(xué)侵蝕^［2］，渣中 FeO 含量越 高，侵蝕速度越快。

1． 3 拉碳期爐氣對爐襯的沖刷

拉碳期硬吹時(shí)，高壓氧氣經(jīng)氧槍噴頭噴出后形成超音速氧氣射流，對熔池形成一定的沖擊深度，但因拉碳期熔池碳含量降低，脫碳反應(yīng)變慢，氧氣利用率變低。脫碳反應(yīng)形成的 CO 氣體，混合未參與反應(yīng)的 O₂ 從熔池內(nèi)逸出，自熔池渣線部位向上沖刷爐襯。而沖擊區(qū)濺起的高氧化性金屬液滴和渣粒進(jìn)一步加劇了爐襯的侵蝕。

2 冶煉低碳鋼護(hù)爐措施

2． 1 冶煉與濺渣過程調(diào)渣工藝

冶煉低碳鋼，終點(diǎn)碳含量低，鋼水氧化性強(qiáng)，爐渣較稀，為稠化爐渣，要求根據(jù)鋼種內(nèi)控碳含量階梯性控制冶煉過程與濺渣過程渣料的加入，見表 1、表 2。

2． 2 底吹工藝優(yōu)化

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中以及轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)提槍后，使用底吹氣體進(jìn)行攪拌，對于 CO 氣泡來說，氬氣泡相當(dāng)于小的真空室，可以進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳氧積，從而減少鋼水中的氧含量。同時(shí)冶煉中、后期適當(dāng)增大轉(zhuǎn)爐底吹氣量，還可加強(qiáng)熔池的攪拌，更好地均勻熔池成份與溫度，使低碳鋼終點(diǎn)成分更具代表性。為此，冶煉低碳鋼時(shí)，將冶煉時(shí)間 9． 5 min 至終點(diǎn)提槍這一階段的轉(zhuǎn)爐底吹氬氣流量由原 320 Nm³ /h 提高至 650 Nm³ /h，且終點(diǎn)取鋼水樣后，利用成分分析等待時(shí)間，將轉(zhuǎn)爐立于垂直位，靜置 1 ～ 1． 5 min。

2． 3 拉碳工藝優(yōu)化

參考文獻(xiàn)［3］發(fā)現(xiàn)煙氣中 CO 含量與脫碳速率趨勢相同，見圖 2，可根據(jù)煙氣中的 CO 含量以及裝入制度和耗氧量判斷終點(diǎn)碳含量，提高拉碳過程氧氣利用率，減少拉碳過低造成鋼水過氧化和金屬吹損，并減輕拉碳過程混合氣體對爐襯的沖刷。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)得知: 冶煉低碳鋼時(shí)，拉碳槍位控制在離金屬熔池液面 0． 9 m，拉碳時(shí)氧氣流量控制在 28 000 Nm³ /h，當(dāng)煙氣中的 CO 含量降低至 11% ～ 20% 時(shí)，終點(diǎn)碳在 0． 08% ～ 0． 010% ; 當(dāng)煙氣中的 CO 含量降低至 6% ～ 10% 時(shí)，終點(diǎn)碳在0． 05% ～ 0． 007% ; 當(dāng)煙氣中 CO 含量降低至 5% 以下時(shí)，終點(diǎn)碳可控制在 0． 03% ～ 0． 04% 。

3 冶金護(hù)爐效果

3． 1 低碳鋼吹煉終點(diǎn)命中情況

工藝優(yōu)化前、后低碳鋼吹煉終點(diǎn)命中率統(tǒng)計(jì)見表 3。由表中可以看出，拉碳工藝優(yōu)化后，終點(diǎn)溫度、終點(diǎn)碳和磷含量的三命中率為 67． 39% ，較優(yōu)化前提高了 26． 64% 。終點(diǎn)命中率的大幅提高，縮短了終點(diǎn)倒?fàn)t后的補(bǔ)吹時(shí)間，減少了因終點(diǎn)磷含量高而需要二次造渣的次數(shù)，可降低終渣中的 TFe 含量。

3． 2 終點(diǎn)渣樣控制

初煉終點(diǎn)渣樣成分控制見表 4。從表中可以看出，優(yōu)化后，終點(diǎn)渣中的 TFe 含量為 16． 36% ，較優(yōu)化前降低了 1． 34% ，MFe 含量為 7． 14% ，較優(yōu)化前升高了 0． 43% ，終點(diǎn)渣氧化性更低，終點(diǎn)渣更為粘稠，濺渣過程渣粒呈塊狀飛出，附著力較強(qiáng)，可增大濺渣后的濺渣層厚度，有利于爐襯的維護(hù)。

3． 3 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水碳氧積控制

由表 5 可知，在終點(diǎn)碳含量降低 0． 012 1% 的 情況下，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量升高 8． 59 × 10 ^{－ 6} ，終點(diǎn)碳氧積下降 7． 7 × 10 ^{－ 4} ，鋼水的氧化性更低，可減少其對爐襯的侵蝕，有利于爐襯的維護(hù)，降低補(bǔ)爐料的消耗。

3． 4 爐型控制

以三鋼第二煉鋼廠 1#轉(zhuǎn)爐為例，連續(xù)冶煉低碳鋼，優(yōu)化前 1#轉(zhuǎn)爐爐底厚度呈逐漸下降趨勢，爐底厚度極差為 335 mm，而工藝優(yōu)化后爐底厚度極差為 100 mm，爐底厚度波動(dòng)更小，爐型更加穩(wěn)定，如圖 3 所示。

4 結(jié)論

(1) 通過冶煉低碳鋼工藝優(yōu)化措施，嚴(yán)格控制渣料加入，將從冶煉時(shí)間 9． 5 min 至終點(diǎn)提槍這一階段的轉(zhuǎn)爐底吹氬氣流量由 320 Nm³ /h 提高至 650 Nm³ /h; 拉碳槍位控制在離金屬熔池液面0． 9 m，拉碳時(shí)氧氣流量控制在 28 000 Nm³ /h，煙氣中 CO 含量降低至 5% 以下時(shí)提槍停止冶煉; 倒?fàn)t后鋼水靜置 1 ～ 1． 5 min。

(2) 工藝優(yōu)化后相關(guān)指標(biāo)得到有效改善，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度及碳、磷含量綜合命中率為 67． 39% ，較優(yōu)化前提高了 26． 64% 。終渣中的 TFe 含量為16． 36% ，相比優(yōu)化前降低了 1． 34% ，MFe 含量為7． 14% ，較優(yōu)化前升高 0． 43% ，使得轉(zhuǎn)爐終渣的氧化性更低，在終點(diǎn)碳含量降低 0． 012 1% 情況下，終點(diǎn)氧含量升高 8． 59 × 10 ^{－ 6} ，終點(diǎn)碳氧積下降了 7． 7 × 10 ^{－ 4} ，終點(diǎn)渣更為黏稠，有利于爐襯維護(hù)。

( 3) 轉(zhuǎn)爐爐型控制更為穩(wěn)定，連續(xù)冶煉低碳鋼時(shí)爐底厚度極差為 100 mm，較優(yōu)化前縮小了235 mm，爐底厚度波動(dòng)更小，爐型更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]   Seok S H，Jung S M，Lee Y S． Viscosity of highly basic slags［J］． ISIJ International，2007，47( 3) : 1090 － 1096．

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[3]   李 南，林文輝，曹玲玲，等． 基于熔池混勻度的轉(zhuǎn)爐煙氣分析定碳模型［J］． 工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40( 10) : 1244 － 1250．