低硅铁水炼钢生产实践

摘要：某钢厂冶炼作业区在转炉冶炼低硅铁水时化渣困难，难以形成泡沫渣，造成炉衬侵蚀严重、三粘、脱P效果差等问题。通过对低硅铁水冶炼造渣机理进行分析，找到问题所在，优化造渣制度和供氧制度、制定留渣操作法。实现低硅铁水少渣炼钢，解决了低硅铁水冶炼带来的诸多不利影响，并且降低了石灰消耗和钢铁料消耗。

关键词：低硅铁水 造渣制度 供氧制度

前言：高炉降低铁水硅的质量分数可为企业带来巨大的经济效益，高炉铁水硅的质量分数降低0.1%，可以提高产量1.0%-1.5%，焦比降低4kg/t～5kg/t。高炉低Si冶炼已成为高炉炼铁的必然趋势和必要工艺。虽然低硅铁水对降低炼钢石灰消耗、钢铁料消耗等起到积极作用，但低硅铁水在冶炼前期成渣速度慢、中期严重返干，后期磷含量较高，在一定程度上增加了后吹概率，严重影响转炉运行质量和使用寿命，并且生产出的钢水质量也较低。同时，低硅铁水入炉还会增加原料消耗量，无法满足企业节约成本和可持续发展需求。 除此之外，低硅铁水在冶炼过程中容易堵塞下料口、氧枪或者烟道，需要人员按时清理，不仅增加工作人员劳动强度，还会降低生产效率。为了避免这一问题，需要针对性采用工艺优化措施，切实改善化渣效果，有效提高转炉利用率。

1. 低 Si 铁水及石灰理化指标

铁水温度1250℃～ 1350℃，平均 1290℃， 化学成分见图1，炼钢用石灰理化指标见表2。

2. 低 Si 铁水造渣机理分析

吹炼前期，由于铁水的氧化、废钢带入的铁锈及上炉留下的炉渣中含有一定量的 FeO 等因素，使渣中 FeO含量很快达到较高值，有利于石灰的熔化。但由于低 Si 铁水Si 含量较一般铁水中的 Si含量低，Si氧化仅需 1～2min，此时炉内温度较低，C的氧化优先于Fe的氧化，吹入的氧气和炉渣中的 FeO 较早参与了脱碳反应 。炉渣中的 FeO 含量快速降低，熔化中的石灰因脱碳反应提前，致使高熔点的硅酸二钙大量生成并且将石灰块包裹住，使石灰熔化进程中断，导致初渣难以形成高FeO的泡沫渣，降低了前期脱磷效率。吹炼中期，随着脱碳反应继续进行，炉膛温度上升，进入碳氧化期，碳氧反应加剧，由于此时脱碳速率很大，吹入的氧气和炉渣中的 FeO 都参与脱碳反应 ，炉渣中的FeO含量达到最低值，按原操作规程，此时应加入第二批石灰以降低炉膛温度抑制碳氧爆发性反应，导致炉渣变得粘稠，出现返干现象，氧枪无法埋在泡沫化的炉渣中，此时容易因金属喷溅造成冷钢粘氧枪及冷钢粘烟罩等事故。同时炉衬也缺少泡沫渣的保护， 直接受到高速氧气流及高温烟气流的冲刷，加快炉衬的侵蚀速度，不反增加耐材的消耗，还增加补炉护炉时间。 吹炼后期，随着脱碳反应进行，钢液中的碳含量逐渐降低，铁氧化生成的FeO量大于碳氧化消耗的FeO量，炉渣中FeO含量开始增加，石灰继续熔化，形成高碱度、高氧化性炉渣，有利于脱磷反应 。但此时炉池搅拌能力较弱，导致钢渣界面反应不活跃，同时由于铁水Si含量较低，炉渣量减少，所以即使吹炼后期形成了高FeO含量的高碱度终渣，炉渣的脱磷能力仍然比冶炼正常Si含量铁水时更弱，导致钢水终点磷含量高。

3.转炉工艺优化

3.1渣料加入制度优化

根据铁水 Si 含量和石灰理化指标，二级模型自动计算石灰用量并实时调整。第一批石灰加入量由 2/3 调为 1/2，提高前期炉膛温度和 FeO 含量，促进泡沫渣生成和前期脱磷；中期加入第二批石灰时加 200kg 炼钢除尘泥球，补充 FeO、降炉膛温度、抑碳氧反应速率，防返干、回磷、粘枪粘罩；后期提早加完渣料，增加反应时间。

3.2供氧制度优化

前期以高枪位化渣，降低碳氧反应速度，增加 Fe 氧化和 FeO 含量，提前期脱磷效率；中期先降枪位防 FeO 过高喷溅，见返干迹象再提枪位稳 FeO 含量；末期降枪位加强熔池搅拌，防高枪位导致 FeO 过高引发问题。

3.3优化留渣操作

出钢后加调渣剂溅渣护炉，终渣特性良好，倒出约 1/2 炉渣后加废钢，再兑铁水。先加废钢可防喷溅、预热废钢，留渣操作利用终渣特性促进初渣形成。

4. 优化后效果

4.1脱磷效果

优化后脱磷效果比优化前提高 8.8%，C 和温度与优化前接近，一倒三命中提高 5%。

4.2石灰耗及钢铁料耗

炉渣量由 122.3kg/t 降至 114.5kg/t，石灰耗由 34.7kg/t 降至 30.2kg/t，钢铁料耗由 1064.3kg/t 降至 1062.6kg/t。

4.3氧枪寿命

优化前氧枪喷头寿命 700 炉左右，实际常不足 500 炉，主要因炉渣返干烧枪和冷钢粘枪割漏，优化后平均氧枪寿命由 512 炉提高到 650 炉。

5. 结论

（1）低硅铁水炼钢可以减少转炉炼钢渣量、 降低石灰耗、降低钢铁料耗 ， 带来明显的效益；

（2）低硅铁水炼钢成渣困难 ， 脱磷效率低， 而且炉渣容易返干，造成粘枪、粘烟罩；

（3）低硅铁水炼钢留渣操作，利用炉渣中的 FeO， 促进石灰熔化 ， 以提高脱磷效率和减少粘 氧枪、粘烟罩等事故；

（4）低硅铁水炼钢吹炼前期应适当提高枪位 ，使渣中保持适量氧化铁 ，促进石灰熔化。终点确保降枪时间和枪位高度，加强搅拌，降低炉渣中FeO含量，提高Fe的收得率，保证钢水成分及温度均匀。

参考文献：[1] 刘效森，王念欣，贾崇雪，等 .济钢120t转炉留渣操作工艺的实践[J].河北冶金，2010（04）：20+27-28

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[3]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（3）：37-39.