袁廣鵬1,吳國(guó)平1,閆晨1,呂長(zhǎng)海2

（1南京鋼鐵股份有限公司,南京210035;2.北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

摘要文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了低碳低磷鋼爐渣改質(zhì)的方法。使用爐渣調(diào)整劑對(duì)爐渣改質(zhì)時(shí)，應(yīng)選用含碳量高的爐渣調(diào)整劑。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)使用碎焦粒對(duì)爐渣改質(zhì)，取加入焦粒4min時(shí)的渣樣分析可知，在減渣時(shí)間內(nèi)可降低爐渣（Fe0)5%左右?，F(xiàn)場(chǎng)加碎焦粒對(duì)爐渣改質(zhì)試驗(yàn)，成本降低50%,同時(shí)降低渣中（FeO)比使用爐渣調(diào)整劑高1%,證明該方法有效可行。在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)根據(jù)渣量、終渣情況、焦粒成分等適當(dāng)調(diào)整。

關(guān)鍵詞低碳低磷鋼；爐渣改質(zhì)；爐渣調(diào)整劑；碎焦粒

0引言

低碳低磷鋼一般要求終點(diǎn)碳含量小于0.07%、終點(diǎn)磷含量小于0.014%,如管線鋼、耐磨鋼、橋梁鋼等。該類(lèi)鋼種終點(diǎn)的低碳、低磷對(duì)轉(zhuǎn)爐整個(gè)冶煉過(guò)程提出了更高的要求，與生產(chǎn)普碳鋼相比，低碳低磷鋼爐渣的堿度、氧化性都較高[1-2]。高氧化性爐渣在濺渣護(hù)爐時(shí)，出現(xiàn)起渣時(shí)間長(zhǎng)、濺渣渣層薄等現(xiàn)象，在連續(xù)生產(chǎn)低碳低磷鋼過(guò)程中出現(xiàn)濺渣層不耐侵蝕現(xiàn)象較為突出[3-5]。為保證正常生產(chǎn)，一般鋼鐵企業(yè)都采用爐襯噴補(bǔ)等措施，輔助爐襯維護(hù)，造成鋼鐵企業(yè)的耐材消耗增加，生產(chǎn)效率降低。因此，有必要對(duì)低碳低磷鋼爐渣改質(zhì)開(kāi)展研究。

陳均研究了轉(zhuǎn)爐除塵資源作為終渣調(diào)整劑使用，對(duì)終渣調(diào)整劑的爐渣改質(zhì)有一定效果，調(diào)渣前后爐渣全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均降1.31%,MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均上升0.71%,起渣時(shí)間平均提前0.11min,濺渣時(shí)間縮短0.12min。鄭萬(wàn)等口研究了用廢舊鎂碳磚作為基料，對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣改質(zhì)劑配料優(yōu)化，使用鎂碳磚及菱鎂石的鎂質(zhì)原料壓球，改質(zhì)劑的強(qiáng)度隨水量的增加而增大，隨黏結(jié)劑用量的增加而降低，據(jù)此對(duì)配料組成進(jìn)行優(yōu)化。齊曉峰等8研究了利用輕燒后的菱鎂石尾礦與無(wú)煙煤粉合成爐渣改質(zhì)劑，其最佳配碳量為15%,達(dá)到濺渣護(hù)爐要求。洪建國(guó)等明研究了使用用后鎂碳磚再生用于濺渣護(hù)爐改質(zhì)劑，加入40%的用后鎂碳磚配料壓球能較好滿足要求，對(duì)于鋼水溶解氧大于0.09%的爐次，試驗(yàn)平均加200kg改質(zhì)劑，起渣時(shí)間在2min以內(nèi)，濺渣時(shí)間4min,基本滿足要求。目前爐渣改質(zhì)劑的研究中，不論是物料替代還是廢舊料回用等方式，主要都是圍繞如何降低爐渣氧化性、提高爐渣氧化鎂含量，在實(shí)際使用過(guò)程中滿足濺渣護(hù)爐效果。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了高溫下不同成分、不同成球工藝的爐渣調(diào)整劑狀態(tài)，研究了不同成分爐渣改質(zhì)劑在實(shí)際使用過(guò)程中效果，提出轉(zhuǎn)爐爐渣改質(zhì)的新思路，實(shí)驗(yàn)室研究直接使用碎焦粒調(diào)渣，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用碎焦粒配鎂球調(diào)渣濺渣取得一定效果，為后續(xù)轉(zhuǎn)爐爐渣進(jìn)一步改質(zhì)、提高濺渣護(hù)爐效果提供參考。

1爐渣改質(zhì)試驗(yàn)

爐渣改質(zhì)試驗(yàn)從4個(gè)方面進(jìn)行，分別是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)低碳低磷鋼種時(shí)加入爐渣調(diào)整劑試驗(yàn)、爐渣調(diào)整劑高溫狀態(tài)檢驗(yàn)、在高溫管式爐中加碎焦粒試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)低碳低磷鋼種時(shí)加入焦粒試驗(yàn)。

1.1現(xiàn)場(chǎng)加爐渣調(diào)整劑試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)低碳低磷管線鋼種時(shí)，濺渣前先取渣樣后加入爐渣調(diào)整劑，濺渣結(jié)束后再取渣樣，對(duì)比分析爐渣調(diào)整劑改質(zhì)效果。在終點(diǎn)差異不大的情況下，每爐次在濺渣前從高位料倉(cāng)加入500kg同類(lèi)型的爐渣調(diào)整劑，在相同條件下試驗(yàn)6爐次，使用X射線熒光光譜分析（XRF)分析爐渣成分。

1.2爐渣調(diào)整劑高溫狀態(tài)檢驗(yàn)

模擬轉(zhuǎn)爐出完鋼后的爐內(nèi)溫度條件，觀察爐渣調(diào)整劑在高溫下的狀態(tài)變化。將加熱爐緩慢加熱到1600℃，把兩種不同類(lèi)型的爐渣調(diào)整劑放進(jìn)加熱爐堆塌，計(jì)時(shí)60s后觀察爐渣調(diào)整劑的高溫狀態(tài)變化。同樣的條件下，將不同成分的爐渣調(diào)整劑放進(jìn)加熱爐坩堝，計(jì)時(shí)60s后觀察爐渣調(diào)整劑的高溫狀態(tài)變化。

1.3高溫管式爐加碎焦粒試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)使用碎焦粒調(diào)渣，取樣分析爐

渣改質(zhì)效果。將低碳低磷鋼爐渣80g放進(jìn)加熱爐堆圾加熱至1600℃，爐內(nèi)通氨氣保護(hù)，模擬轉(zhuǎn)爐出完鋼后爐內(nèi)溫度條件下?tīng)t渣的狀態(tài)，達(dá)到目標(biāo)溫度后，向加熱爐堆塌中加入碎焦粒2.1g,同時(shí)對(duì)堆塌中爐渣進(jìn)行攪拌，分別在1、4、8、15 min時(shí)使用樣棒蘸渣取樣，試驗(yàn)結(jié)束后加取室溫渣樣，使用XRF分析爐渣成分。

1.4現(xiàn)場(chǎng)加碎焦粒試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)低碳低磷鋼種X70時(shí)，濺渣前先取渣樣后加入碎焦粒，濺渣結(jié)束后再取渣樣，對(duì)比分析碎焦粒對(duì)爐渣的改質(zhì)效果。在終點(diǎn)差異不大的情況下，每爐次在濺渣前從高位料倉(cāng)加入300kg焦粒，在相同條件下試驗(yàn)3爐次，使用XRF分析爐渣成分。

2 試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1現(xiàn)場(chǎng)加爐渣調(diào)整劑試驗(yàn)結(jié)果討論

本次加爐渣調(diào)整劑試驗(yàn)，在X65、X70鋼種上共試驗(yàn)6爐，18105396、18105397、18105398使用滾球型爐渣調(diào)整劑，18105887、18105863、18205648使用壓球型爐渣調(diào)整劑，試驗(yàn)爐渣調(diào)整劑成分見(jiàn)表1,試驗(yàn)取樣爐次終點(diǎn)成分見(jiàn)表2,試驗(yàn)爐次渣樣見(jiàn)表3。

從表1中可以看出，試驗(yàn)使用兩種不同工藝生產(chǎn)的爐渣調(diào)整劑，一種為滾球型方式生產(chǎn)，另外一種采用壓球型方式生產(chǎn)。采用XRF分析其組成，各成分基本相同，爐渣調(diào)整劑中MgO和C的含量偏差都不超過(guò)1%。

從表2中試驗(yàn)取樣爐次的終點(diǎn)成分來(lái)看，管線鋼X65爐次18105396、18105397、18105398的終點(diǎn)碳含量平均為0.022%,終點(diǎn)磷含量平均為0.010%,終點(diǎn)溫度平均為1644℃。管線鋼X70爐次18105887、18105863、18205648的終點(diǎn)碳含量平均為0.025%,終點(diǎn)磷含量平均為0.011%,終點(diǎn)溫度平均為1635℃。從以上分析來(lái)看，兩者的終點(diǎn)控制基本相近。

從表3中可以看出，管線鋼X65試驗(yàn)取樣爐次在濺渣前后，爐渣中（FeO)出現(xiàn)降低，平均降低1.45%,爐渣中（MgO)基本持平，未出現(xiàn)明顯升高。管線鋼X70試驗(yàn)取樣爐次在濺渣前后，18105863爐次爐渣中（FeO)出現(xiàn)明顯升高，可能在濺渣前后取樣存在偏差造成，其余兩爐次爐渣中（FeO)幾乎沒(méi)有變化，爐渣中（MgO)也基本持平，未出現(xiàn)明顯升高。按照爐渣調(diào)整劑加入量500kg計(jì)算，爐渣中(FeO)應(yīng)降低5%,爐渣中（MgO)應(yīng)升高3.5%,但是從實(shí)際的情況來(lái)看并非如此，可能存在多方面的原因，濺渣前后取樣存在偏差造成此現(xiàn)象發(fā)生，或爐渣調(diào)整劑取樣成分不均勻造成此現(xiàn)象出現(xiàn)。爐渣調(diào)整劑在濺渣中調(diào)渣作用不明顯，為此，需要對(duì)爐渣調(diào)整劑在爐內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，針對(duì)此現(xiàn)象有必要對(duì)爐渣調(diào)整劑進(jìn)行深入研究。

2.2爐渣調(diào)整劑高溫狀態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果討論

將兩種爐渣調(diào)整劑放置在高溫爐內(nèi)，爐膛溫度1600℃，模擬轉(zhuǎn)爐出完鋼后向爐內(nèi)加爐渣調(diào)整劑，觀察爐渣調(diào)整劑在60s時(shí)間內(nèi)的變化，試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1中可以看出，滾球型的爐渣調(diào)整劑在高溫下短時(shí)間內(nèi)粉化較好，而壓球型的爐渣調(diào)整劑經(jīng)高溫后，除表面脫碳外未出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，且硬度高。用同樣的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)6組不同成分的爐渣調(diào)整劑進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)，模擬出鋼時(shí)爐內(nèi)高溫環(huán)境下，觀察爐渣調(diào)整劑的狀態(tài)變化。從上往下分別為1#~6#爐渣調(diào)整劑，爐渣調(diào)整劑成分見(jiàn)表4,不同成分的爐渣調(diào)整劑高溫試驗(yàn)見(jiàn)圖2。

從表4爐渣調(diào)整劑的成分來(lái)看，1*~6#爐渣調(diào)整劑中的碳含量介于16%~33%之間，呈逐漸增加趨勢(shì)，氧化鎂含量呈逐漸降低趨勢(shì)，變化范圍介于51%~64%之間，其它成分基本持平。

從圖2可以看出，爐渣調(diào)整劑經(jīng)高溫后，3"、4"、5*、6#粉化較好，特別是6#爐渣調(diào)整劑粉化最好。1#、2#爐渣調(diào)整劑，高溫后形狀不變且較硬、不粉化。爐渣調(diào)整劑粉化情況隨碳含量的增加而逐漸變好。含碳量較低的1*壓球型爐渣調(diào)整劑與2#滾球型爐渣調(diào)整劑，經(jīng)高溫都出現(xiàn)不粉化現(xiàn)象，而對(duì)于含碳量較高的4*壓球型爐渣調(diào)整劑，經(jīng)高溫后粉化較好，由此來(lái)看，爐渣調(diào)整劑的粉化與含碳量關(guān)系較大，與爐渣調(diào)整劑的生產(chǎn)工藝是否是滾球或壓球關(guān)系不明顯。

使用Factsage軟件計(jì)算爐渣調(diào)整劑的固相線溫度為1384℃液相線溫度為2709℃。1#~6#爐渣調(diào)整劑計(jì)算的固相線溫度、液相線溫度偏差不大。從圖3爐渣調(diào)整劑的熔化曲線來(lái)看，隨著溫度的逐漸降低，爐內(nèi)溫度在1480℃以上時(shí)，液相比例維持在20%左右，當(dāng)爐內(nèi)溫度在1480℃以下時(shí)，液相比例開(kāi)始急劇降低，爐渣調(diào)整劑熔化曲線見(jiàn)圖3。

從圖3中可以看出，濺渣溫度在1600℃時(shí)，爐渣調(diào)整劑的液相比例在20%左右，隨著溫度的逐漸降低，至1480℃時(shí)液相比例才出現(xiàn)急劇下降。爐渣調(diào)整劑加入轉(zhuǎn)爐中后，與爐渣混合后大部分以固體顆粒存在于爐渣中，粉化較好的爐渣調(diào)整劑能有效增加爐渣中顆粒物數(shù)量，爐渣粘度與渣中(FeO)含量高低有較大關(guān)系，除此之外，爐渣中顆粒物濃度對(duì)爐渣粘度也有較大影響，粉化較好的爐渣調(diào)整劑能較好地提高爐渣的粘度，而不粉化的爐渣調(diào)整劑加入爐渣中后，會(huì)出現(xiàn)局部結(jié)陀，局部爐渣低溫凝結(jié)的現(xiàn)象，在濺渣過(guò)程中會(huì)造成不均勻和粘槍等現(xiàn)象。

從以上取樣來(lái)看，粉化較好的爐渣調(diào)整劑加入爐渣中，在降低爐渣（FeO)含量方面效果也不很明顯，考慮在高溫下粉末狀的碳更容易燒損而出現(xiàn)此現(xiàn)象，因此，應(yīng)開(kāi)展顆粒狀碳在低碳低磷鋼爐渣改質(zhì)方面的試驗(yàn)。

2.3高溫管式爐加碎焦粒試驗(yàn)結(jié)果討論在管式爐加熱爐渣，模擬在轉(zhuǎn)爐濺渣溫度下的爐渣狀態(tài)，向渣中加入焦粒，取樣觀察降低爐渣中（FeO)含量的效果，按照加入后的不同時(shí)段蘸渣取樣。試驗(yàn)過(guò)程及取樣分析情況分別見(jiàn)圖4、圖5、表5。

剛加入碳粒1min時(shí)，進(jìn)行第一次取樣；碳粒加入4min后，進(jìn)行第二次取樣；碳粒加入8min后，進(jìn)行第三次取樣；碳粒加入15min后，進(jìn)行第四次取樣；隨爐冷卻至室溫取樣。本實(shí)驗(yàn)為避免在升溫過(guò)程中原渣成分被氧化，因此以1min取樣作為原渣成分進(jìn)行分析。

從表5中可以看出，隨著加入碳粒時(shí)間的增加，渣中（FeO)含量的變化最為明顯，具體見(jiàn)圖6所示。

由圖6可知，高溫狀態(tài)下向熔渣加碎焦粒，能有效降低渣中（FeO)含量，隨著加入時(shí)間的增加，渣中（FeO)逐步降低。加碎焦粒4min后，(FeO)降低量為4.9%。實(shí)際濺渣過(guò)程中，濺渣量按10t計(jì)算，根據(jù)實(shí)驗(yàn)渣量和加入碎焦粒量推算，加入200~300kg碎焦粒，可降低爐渣（Fe0)5%左右。因此，在濺渣過(guò)程中，如爐渣調(diào)整劑使用效果不明顯，可以考慮采用碎焦粒進(jìn)行爐渣改質(zhì)，同時(shí)配加部分鎂球，可達(dá)到使用要求。

2.4現(xiàn)場(chǎng)加碎焦粒試驗(yàn)結(jié)果討論

本次在高強(qiáng)鋼Q960爐渣中加碎焦粒試驗(yàn)，該鋼種與管線鋼終點(diǎn)要求基本一致，爐渣成分差異不大，共試驗(yàn)3爐次，考慮實(shí)際渣量比實(shí)驗(yàn)室預(yù)估的要大，因此，在19203788爐次、19204261爐次、19105112爐次中各加500kg碎焦粒，焦粒為高爐煉鐵時(shí)上料過(guò)程中落地的碎顆粒焦，碎焦粒成分見(jiàn)表6,試驗(yàn)取樣爐次成分見(jiàn)表7。

從表7中可以看出，試驗(yàn)取樣爐次在濺渣前后，爐渣中（FeO)平均降低2.43%,其中19105112爐次爐渣中（FeO)降低3%。從本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的情況來(lái)看，與實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)有一定差距，造成此現(xiàn)象的原因，可能是濺渣渣量大或碎焦粒往轉(zhuǎn)爐內(nèi)加料時(shí)燒損量大，另外，取樣及化驗(yàn)偏差等對(duì)此也有一定影響。但是，使用碎焦粒調(diào)渣，降低爐渣中（FeO)的量比使用爐渣調(diào)整劑調(diào)渣高1%,且調(diào)渣成本降低50%,總體來(lái)看，使用碎焦粒對(duì)爐渣改質(zhì)是可行的。

3結(jié)論

1)爐渣調(diào)整劑粉化狀態(tài)對(duì)爐渣改質(zhì)有影響，粉化爐渣調(diào)整劑比不粉化的效果好。爐渣調(diào)整劑經(jīng)高溫后粉化狀態(tài)與成球工藝關(guān)系不大，主要與含碳量高低有較大關(guān)系。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)選用含碳量高的爐渣調(diào)整劑使用，從試驗(yàn)來(lái)看含碳量32.59%的最好。

2)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)使用碎焦粒對(duì)爐渣改質(zhì)效果較好，在濺渣時(shí)間內(nèi)能有效降低渣中（Fe0)5%左右?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用碎焦粒對(duì)爐渣改質(zhì)效果比使用爐渣調(diào)整劑好，在成本減少50%的情況下，爐渣中(FeO)多降1%。具體加入量各廠應(yīng)根據(jù)渣量、終渣情況、焦粒成分等適當(dāng)調(diào)整，試驗(yàn)中設(shè)定值僅供參考。

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