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300t复吹转炉半钢冶炼无氟化造渣研究与应用[铸造][铸造厂][铸件][不锈钢][锈钢]

来源:未知 佚名 2018-02-03 浏览
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炼钢过程使用萤石作为造渣剂,过程产生的转炉渣中氟化钙对炉衬、包衬的侵蚀非常严重,而且萤石产生的大量氟离子,对生态环境产生污染。长期以来,使用的矿石、萤石质量不稳定,造成化渣困难,加入量大,增加了消耗,也加剧了对炉衬、包衬等侵蚀及对环境的污染。因此,进行无氟化炼钢技术的研究与开发具有明显的社会效益。本文是针对首钢京唐钢铁联合有限责任公司(以下简称首钢京唐)采用转炉双联工艺冶炼高品质钢种时,开展无氟化半钢炼钢工艺的研究和应用,试验效果明显,具有较大的经济效益。1试验条件与方法
首钢京唐有5座300t转炉,采取顶底复合吹炼技术,其中包括2座脱磷转炉和3座脱碳转炉,随着半钢冶炼产量稳步上升,其中高品质钢种基本全部采用半钢冶炼,脱碳转炉冶炼超低碳钢种时,以高级汽车板为例,要求出钢ω(C)=0.03%~0.06%,ω(P)<0.01%,ω(S)<0.01%,出钢温度1675~1705℃。入炉半钢成分及温度见表1,为实现生产结构和生产成本最优化,充分利用脱碳炉炉渣的脱磷能力,已将部分脱磷任务转移至脱碳炉,现在脱磷炉所生产半钢由目标ω(P)≤0.030%调整为ω(P)≤0.035%。另外,首钢京唐高炉铁水磷含量相对较稳定,在现有转炉双联工艺条件下,为采用无氟炼钢稳定生产提供了先决条件。
2冶炼工艺优化
2.1成渣路线与留渣操作研究
根据化渣所需条件,从留渣操作、枪位控制、渣辅料、脱碳速度几个方面针对首钢京唐无氟造渣工艺进行工业性试验。
在半钢冶炼初期,加入石灰、轻烧白云石等造渣材料,当冷态石灰与留渣接触时,由于熔渣与石灰是浸润的,熔渣将渗入石灰表面的气孔和裂纹。Fe2+在渣中的扩散速度大于SiO44-,所以Fe2+将沿着气孔和裂纹进入石灰块的内部并形成低FeO含量的CaO-FeO固溶体和高FeO的CaO-FeO液相,该液相与初生渣混合使渣中CaO含量增大,石灰开始熔解在渣中。与此同时,未能进入石灰内部的SiO44-与CaO作用生成高熔点的硅酸二钙(C2S)覆盖层,使石灰块与熔渣隔开,极大减慢石灰熔解速度。C2S覆盖层的形成是由于紧靠石灰表面的熔渣进入了(C2S-L)二相区。改变熔渣成分使二相区缩小,就有可能延缓石灰表面熔渣进入二相区并使C2S覆盖层变薄。通过提高熔池温度和向渣中适当添加MgO、MnO、B2O3等组元都可以加速石灰的熔解,此外,由于石灰颗粒与C2S覆盖层之间富FeO和贫SiO2液相浸润层的存在,有利于Ca2+向外扩散,也可引起C2S覆盖层的剥落,同时还可能造成石灰块的开裂,这都有利于加速石灰的熔解。由此可见渣中FeO对加速石灰熔解起到重要作用,因此采用留渣操作有利于提高石灰的熔解速度。
SiO2-CaO-FeO三元相图见图2,其中图1中小圆圈表示的是实际半钢冶炼终点终渣成分在三元相图中的分布。显然,要到达这种成分的终渣的形成路线可能有几种,但每种成渣路线成渣速率和所带来的影响差别很大。由初渣到终渣可以有3条路线,大致为图1中ACB,ADB和AEB线路。按成渣时渣中FeO含量变化可将AEB称为高氧化铁成渣途径,ACB称为低氧化铁成渣途径。高氧化铁成渣途径中炉渣流动性好,石灰熔化快,成渣快,吹炼中期炉渣不易返干,炉渣很快具有良好的脱磷、脱硫能力;低氧化铁成渣途径中炉渣熔点高,石灰熔化缓慢,炉渣粘稠,吹炼中期炉渣容易返干,炉渣的脱磷、脱硫能力弱。
如果转炉冶炼前期化渣速度快,则冶炼前、中期脱磷率相对较高,这样保证了终点转炉的脱磷效果。首钢京唐采用留渣操作来保证转炉前期的化渣效果,稳定和提高转炉脱磷的同时可以减少渣辅料的加入量。将上一炉次高氧化铁含量的脱碳转炉炼钢渣部分留在炉内(3~5t),这样,上一炉次转炉终点渣中的高FeO会直接参与下一炉次转炉前期的化渣,由于初期渣中的(FeO)的存在,使石灰的熔解速度加快。另外,留渣带入了大量的物理热,在吹炼初期迅速升温,也有利于石灰的熔解促进成渣。
2.2加料方式
半钢冶炼前期,采用留渣操作的同时会加入熔渣剂帮助化渣,除了高枪位尽量多生成FeO帮助化渣外,在转炉初期加入熔渣剂中的Al2O3成分可以降低初期渣中2CaO•SiO2熔点,快速形成初期渣。
2.3枪位控制与碳氧反应速度
转炉内金属液体中的碳主要以两种方式被氧化,一是金属液体中碳直接与吹入的氧气反应,二是与渣中FeOx反应。由图1中成渣路线可以看出,氧气直接与碳反应会降低生成FeO含量,不利于化渣,且碳的直接氧化反应会放出大量的热,使钢液升温速度加快,这样促使碳的氧化速度进一步加剧,碳会消耗渣中FeO,使渣中FeO迅速减少,渣会返干,并且碳反应加剧容易造成钢水的喷溅。碳氧反应过快,钢液温度升温也快,不利于化渣,使得渣的脱磷效果下降。图1中介于ACB和AEB两者间的ADB成渣途径最短,要求冶炼过程迅速升温,容易导致激烈的化学反应和化渣不协调,进而导致炉渣脱磷率较低,应尽量避免。
采用高枪位操作,氧气射流对钢液面的冲击减弱,减少了氧气与钢液面的直接接触,同时对渣的冲击面会增大,这样钢液升温速度变慢,碳氧反应不会剧增,同时渣中液滴被氧化,渣中FeO含量升高促进化渣。
3试验结果
3.1造渣效果
采用留渣操作、枪位控制、渣辅料、脱碳速度几个方面调节,其中半钢冶炼留渣量3~5t,高枪位控制,保证渣中FeO含量的同时控制钢中碳的氧化速度,吹炼前期加入碳化硅和熔渣剂调节前期渣成分,尽快形成前期渣。以冶炼汽车板钢种为例,采用半钢无氟化造渣后,萤石消耗由原来1.78Kg/t到目前的停止使用。
3.2脱磷效果
以汽车板钢冶炼为例,转炉实行无氟化操作前后转炉终点钢水情况对比见图2,脱磷转炉实现无氟化工艺操作后,加上转炉渣受温低条件的限制,液相率会相对减少,从而导致半钢磷含量逐渐增加,进而导致脱碳炉终点磷含量也有上升的趋势(见图2a)。但脱碳转炉终点脱磷率变化不大,能稳定在72%左右(见图2b),说明无氟化化渣情况较好。半钢冶炼无氟化初期转炉终点磷分配比降低,稳定生产后磷分配比回到有氟操作水平并慢慢趋于稳定,无氟化操作工艺技术正慢慢成熟。
3.3无氟化工艺的经济效益
首钢京唐脱碳转炉作业区2014年前两月共炼钢4077炉,走常规和半钢工艺共冶炼钢水145.80万t,萤石消耗由2013年平均0.7Kg/t降低为0,单就取消萤石消耗一项,炼钢成本平均降低1.24元/t,2个月降低成本180.79万元,全年预计降本增效1085万元。
4结论
1)转炉采用留渣操作、高枪位控制、添加助熔剂、控制脱碳速度几个方面相结合可以代替萤石的化渣效果。
2)工业应用表明,无氟化造渣工艺优化技术切实可行,能够稳定控制所需钢种磷含量。
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