高钛铁水转炉冶炼工艺优化与炉渣特性调控研究

1 前言

高炉为实现经济炉料目的加入钒钛矿，使铁水中钛质量分数显著升高，远超转炉正常冶炼要求，这就会给120t 转炉冶炼带来诸多不利影响，如冶炼过程易发生喷溅、炉渣出现“返干”、炉口黏渣等情况，不仅影响出钢挡渣成功率、增加钢铁料消耗，还严重制约生产节奏。铁水中的钛优先于硅氧化，其氧化物与 CaO 反应生成高熔点氧化物，会降低石灰有效利用率、增大炉渣黏度，进一步加剧炉口黏结等问题。因此，进行高钛铁水转炉冶炼工艺优化与炉渣特性调控研究具有十分重要的现实意义。

2 高钛铁水转炉冶炼工艺存在的不足

2.1 冶炼过程不稳定

高钛铁水冶炼时，因常伴随高硅特性，冶炼过程中反应易出现不均衡，前期升温可能过快或不均，引发溢渣，而反应剧烈时易发生喷溅，不仅造成烟尘无组织排放，还可能引发环保事故，同时对生产安全形成威胁。随着冶炼进行，进入中后期后，熔池温度升高使得 C-O 反应愈发剧烈，炉渣中的 FeO 被大量消耗，导致炉渣流动性下降，返干现象严重，这不仅阻碍炉内反应的持续进行，还会影响渣料与钢液的相互作用，进一步加剧冶炼过程的不稳定性[1]。

2.2 炉口黏结问题突出

高钛铁水中的钛在冶炼过程中优先氧化生成的氧化物会与 CaO 反应，形成高熔点复合氧化物，这类物质会显著增大炉渣黏度，使炉渣流动性变差。黏稠的炉渣在冶炼过程中易附着于炉衬表面及炉口部位，随着冶炼次数增加，黏结的炉渣不断积累，不仅会影响出钢时挡渣操作的准确性，导致挡渣成功率降低，还会缩小炉口通道，阻碍废钢顺利入炉，延长废钢加入时间，进而打乱生产节奏，同时黏结的炉渣在冷却后硬化，增加清理难度，进一步加剧对后续冶炼工序的不利影响。

2.3 石灰利用率低及终点磷含量高

高钛铁水中的钛在冶炼时先于硅发生氧化，生成的钛氧化物会与造渣用的 CaO 结合，形成高熔点的复合氧化物。这类物质会附着在石灰颗粒表面，阻碍石灰进一步溶解和参与反应，使得石灰不能充分发挥作用，有效利用率大幅下降。而脱磷过程依赖石灰提供的碱性环境和有效反应成分，石灰利用率不足会导致脱磷反应不充分，难以将磷有效去除，最终造成冶炼终点的磷质量分数偏高，影响钢水质量。

3 高钛铁水转炉冶炼工艺优化策略

3.1 改善留渣

针对钛质量分数超过0.07%的高钛铁水，需控制留渣量在4-5t，借助渣中较高的FeO 含量促进冶炼前期石灰快速溶解成渣，维持炉渣良好流动性。冶炼下一炉次时，留渣量减少至 2t 左右，通过重新造渣降低炉渣中TiO₂的质量分数，避免高熔点物质富集导致炉渣稠化。遇到高温、高硅且高钛的特殊铁水炉次，采用大渣量配合低枪位操作，必要时实施全留渣，以此保证冶炼过程平稳，减少因反应剧烈引发的不良情况[2]。

3.2 优化枪位与供氧

炉膛较小时，开吹维持1.1-1.2m 基本枪位，通过减小冶炼前期供氧强度延长 Si-Mn 反应期，推动熔池缓慢均匀升温，避免前期反应不均衡导致的溢渣；待Si-Mn 氧化期结束，适当高枪操作增强对炉内渣料的搅拌，增加渣中FeO 以改善熔渣对石灰块的润湿，促进石灰溶解。炉膛较大时，开吹维持 1.1m 基本枪位，前期采用大流量吹炼，起渣时高枪并降低氧流量减缓炉内反应，后期持续吊枪操作直至终点拉碳，以此缓解熔池升温过程中可能出现的返干，维持炉渣流动性。

3.3 加强渣料控制

冶炼前期铁水锰含量低于 0.5%炉次添加 300kg 锰矿，通过提升炉渣氧化性促进前期渣料快速熔化，为后续反应创造良好基础。冶炼过程中加入 150kg 化渣剂，可有效缓解炉渣返干现象，减少氧枪和炉口的黏结情况，维持炉内反应的连续性。造渣时仅选用石灰和轻烧镁球，停止使用石灰石，通过合理搭配渣料成分，避免因石灰石分解等因素影响炉渣温度和流动性，确保终点炉渣能充分化透，减少黏稠炉渣对冶炼环节的不利作用[3]。

3.4 强化终点控制

终点拉碳控制碳质量分数在 0.08%⋅0.11% ，温度控制在1630℃以上，以此避免因拉高碳、低温导致终点炉渣黏稠不化，减少炉渣在炉口和出钢口周围的积沉。针对终点炉渣黏稠的炉次，适当延长补吹时间可保证出钢时炉渣充分化透，防止稠渣形成恶性循环；提高倒炉测温、取样工作效率，缩短从一提至出钢的时间，能避免因长时间等待造成表面炉渣冷却、返干、稠化，从而维持炉渣流动性，保障挡渣效果和废钢入炉顺畅。

4 高钛铁水转炉炉渣特性调控分析

4.1 高钛铁水炉渣特性问题根源

高钛铁水中的钛在冶炼过程中先于硅发生氧化，生成的钛氧化物会与造渣所用的 CaO 发生反应，形成高熔点的复合氧化物。这类高熔点物质会降低石灰的有效利用程度，使得石灰难以充分参与造渣反应，同时会显著增大炉渣的黏度，导致炉渣流动性减弱。流动性变差的炉渣在冶炼过程中无法顺畅流动，容易附着在炉衬表面和炉口部位，随着冶炼次数增加，黏结的炉渣不断堆积，进而引发炉口黏结、挡渣效果不佳等问题，干扰冶炼过程的稳定进行[4]。

4.2 炉渣特性调控原理

调整留渣量可调节渣中 FeO 含量与 TiO₂浓度，较多留渣能借助高 FeO 促进前期化渣，减少留渣则通过重新造渣降低 TiO₂富集，避免高熔点物质过多导致炉渣稠化。控制渣料成分，加入锰矿提升氧化性、化渣剂缓解返干，选用石灰和轻烧白云石避免石灰石对炉温的影响，可调节炉渣反应环境。调整枪位与供氧强度，能控制熔池升温速度与反应剧烈程度，维持适宜炉渣温度，减少因温度波动引发的 FeO 消耗过快或炉渣冷却返干。这些调整共同作用，平衡炉渣中各成分比例与温度，改善炉渣黏度，增强流动性与稳定性[5]。

4.3 炉渣特性调控效果

炉渣特性调控后，有效降低返干比例，增强炉渣流动性提高，钢渣分离效果，减少因炉渣黏稠导致的反应受阻情况。优化终点炉渣的炉数，炉口黏结现象大幅减轻，炉口清理难度和时间减少，废钢入炉更加顺畅，生产衔接更为稳定。同时，还能提高脱磷率，尽管仍低于常规铁水的脱磷水平，但已有效改善终点磷含量偏高的问题，减少因磷含量过高需要延长补吹时间的情况，对降低炉衬侵蚀、提升出钢效率起到积极作用。

5 结语

综上所述，高炉使用钛矿护炉导致铁水钛含量升高，给转炉冶炼带来喷溅、炉渣返干、炉口黏结等问题。通过留渣制度、枪位与供氧制度、渣料控制、终点控制及铁水消化模式的优化，有助于稳定冶炼过程，降低钢铁料消耗，改善炉渣流动性与脱磷效果。未来可进一步优化工艺参数以提升脱磷效率，探索更适配高钛铁水的炉渣调控方法，结合智能化技术实现冶炼过程精准控制，为高钛铁水高效冶炼提供更完善的技术支撑。

参考文献：

[1]华福波, 王劼, 魏福龙, 等. 转炉冶炼高钛铁水护炉工艺研究与优化[J]. 冶金标准化与质量, 2023, 61(05): 37-44.

[2]王劼, 华福波, 谢祥, 等. 高钛铁水转炉少渣冶炼技术研究实践[J]. 炼钢, 2022, 38 (04): 28-35.

[3]陈柏宇, 齐志宇, 朱国强, 等. 转炉冶炼高钛铁水的喷溅原因及控制[J]. 鞍钢技术, 2021, (01): 40-42.

[4]翟勇强, 王建伟, 张毅, 等. 100t 转炉用含钛铁水冶炼高碳钢的留渣+单渣操作实践[J]. 特殊钢, 2020, 41(05): 29-33.

[5]张祥远. 转炉高钛铁水冶炼工艺优化[J]. 中国冶金, 2018, 28 (08): 44-47.