轉(zhuǎn)爐脫氧工藝優(yōu)化

1、轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝的優(yōu)化肖乃成魏國強(qiáng)唐田華(安鋼集團(tuán)信陽鋼鐵有限公司)摘要該文簡要的論述了轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝優(yōu)化的原理，并結(jié)合實(shí)際對脫氧劑使用工藝進(jìn)行了探索，成功地在煉鋼生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞脫氧工藝 煉鋼CONVERTER STEEL-MAKING PROCESS OPTIMIZATION DEOXIDIZEXiao Naicheng Wei Guoqiang Tang Tianhua(Xinyang Iron & Steel Group Co.,Ltd )ABSTRACT The article briefly discusses convereter stell-making process

2、esdeoxidization optimization theory and pratical deoxidize explortion the successful.KEY WORDSDeoxidization crafts Steel-making0前言信陽鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠自1997年投產(chǎn)以來，在鋼水終脫氧劑的使用上先后經(jīng)歷過硅鋁鐵、硅鋁鋇和硅鋁鋇鈣等過程。通常采用硅鋁鋇作為鋼水終脫氧劑，硅鐵和錳 鐵作為合金化材料。這種脫氧及合金化方式，受鋼水終點(diǎn)C、出鋼溫度及下渣量等影響，造成鋼中Si、Mn成分波動(dòng)大，合金元素回收率不穩(wěn)定；并且當(dāng)脫氧劑用量加大時(shí)， 脫氧后的鋼水中酸溶鋁超過一定程

3、度(Als 0.006% )時(shí)，將導(dǎo)致生成固態(tài)AI2Q簇狀?yuàn)A雜物，鋼水粘度增大，夾雜物增多且不易上浮排除，最終導(dǎo)致中包水口結(jié)瘤。為此，煉 鋼廠對原有的脫氧工藝進(jìn)行優(yōu)化，成功地開發(fā)以使用鈣系脫氧劑為主的終脫氧工藝，有 效地解決了上述問題，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。1優(yōu)化脫氧工藝的條件1.1鈣系脫氧劑理化指標(biāo)鈣系脫氧劑理化指標(biāo)見表1。表1鈣系脫氧劑理化指標(biāo)%CaSiCReAlBaH2O32 4012 2014 22適量24適量 0.51.2 生產(chǎn)鋼種及規(guī)格在20t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐上采用鈣系脫氧劑進(jìn)行終脫氧，全部冶煉HRB335鋼種，澆鑄成150 X 150mm方坯。1.3 加入量及方法終脫氧劑只用 Ca系

4、一種，噸鋼使用量為1.2kg，出鋼前一次性加入鋼包內(nèi)，出鋼過程中加鐵合金進(jìn)行脫氧合金化。鋼水經(jīng)底吹氬(或氮?dú)?攪拌均勻，鎮(zhèn)靜一段時(shí)間后送 往連鑄。2優(yōu)化脫氧工藝的基本原理Ca作為第二主族元素，反應(yīng)性很強(qiáng)，有相當(dāng)強(qiáng)的脫氧能力，這點(diǎn)與同族元素 Ba相比較可知，前幾年有人在硅鋁鐵內(nèi)加入鋇生產(chǎn)成硅鋁鋇，脫氧能力大幅度上升就是這個(gè)道 理。Ca脫氧比Ba更有優(yōu)勢：兩者摩爾質(zhì)量比MCa： MB=1 ： 3.426，即都脫除一定量的氧，若需要1kg的Ca,就需要3.426kg的Ba。但Ca在鐵液中的溶解度很小，1600C時(shí)為0.032%, 在固體鐵中幾乎不溶解；同時(shí)Ca的蒸氣壓非常大，在1600 C時(shí)為1.9

5、8個(gè)大氣壓。因此,僅用單一的Ca作為脫氧劑消耗太大，在經(jīng)濟(jì)上不合理，為了提高Ca脫氧效率，需提高Ca在鐵中的溶解度，C、Si、Al等元素效果很好1，而C的作用又最大，每 1%C可提高 Ca的溶解度一倍；因此，鈣系脫氧劑主要成分為CaC，還有CaSi及Al、Ba等。使用塊狀Ca合金時(shí)，Ca的溶解過程受到邊界層擴(kuò)散限制，在局部很快達(dá)到飽和，因而不能使鋼液溶解更多的Ca,大部分將被蒸發(fā)掉，而制成v 15mm小顆粒狀，可以有效解決這個(gè)問題。脫氧反應(yīng)的公式為：CaC+O=CaO+2C反應(yīng)產(chǎn)物中部分C又與鋼中O反應(yīng)：C+O=CO也會(huì)有部分CaC與鋼渣之間反應(yīng)：CaG+3 ( FeO = (CaQ +3Fe

6、+2CO考慮到Al在鋼中細(xì)化晶粒及固定 N,減少時(shí)效作用，終脫氧時(shí)也應(yīng)有適量的Al，一般硅鐵中含 Al : 11.5%, Ca系脫氧劑配Al也有3%左右，這樣Ca與Al同時(shí)作用，能生 成熔點(diǎn)只有1455 C的球形12CaO- 7AI2O，具有較小的比表面，上浮速度快，從而鋼液中 夾雜物的量顯著減少，殘留在鋼中的少量12CaO- AI2Q夾雜物在軋制中也不變形，不會(huì)形成ABO夾雜物那種尖角鏈狀分布，能提高鋼的同向性，有很好的加工性能及機(jī)械性能。3實(shí)施后的效果3.1 對比優(yōu)化脫氧工藝前后合金元素Mn和Si的回收率及鐵合金消耗對比見表2。表2優(yōu)化脫氧工藝前后 Mn Si回收率及鐵合金消耗對比脫氧劑鋼

7、種爐數(shù)/爐Mn回收率/%Si回收率/%Ca系HRB33510087.681.34硅鋁鋇HRB33510082.4978.62如表2所示，在使用鈣系脫氧劑來優(yōu)化脫氧工藝后，錳鐵和硅鐵回收率與使用硅鋁 鋇脫氧相比較分別提高了5.11%和 2.72%。3.2 脫氧、脫硫效果鈣系脫氧劑主要是利用 CaG脫氧，在鋼水中發(fā)生如下反應(yīng)：CaC+O=CaO+2C C+O=CO由于在煉鋼溫度下 Ca的蒸汽壓非常高，故反應(yīng)比較激烈，加上有部分脫氧產(chǎn)物為氣 體CO對鋼液攪動(dòng)比較強(qiáng)，有利于合金的快速熔化和成份的均勻。在使用鈣系脫氧劑過 程中，合金成分穩(wěn)定、波動(dòng)小，沒有發(fā)現(xiàn)鑄坯有氣孔現(xiàn)象，連鑄大包取樣時(shí)樣模內(nèi)鋼水 平靜

8、，不冒漲；這說明脫氧效果良好。鈣系脫氧劑中CaC在鋼液中發(fā)生如下脫 S反應(yīng)：CaC+S= （CaS +2C其脫硫效果見表3:表3使用鈣系脫氧劑后脫硫效果鋼種爐數(shù)/爐鐵水S/%終點(diǎn)鋼水S/%成品鋼S/%脫硫率/%HRB335200.0540.0380.02923.68考慮到錳鐵中 Mn也有部分脫S能力，因而CaC實(shí)際脫S率應(yīng)在20%左右。3.3 增碳效果CaC在鋼液中不論脫氧還是脫硫，反應(yīng)產(chǎn)物都有C，增C量穩(wěn)定在0.015%0.03%,這一點(diǎn)在使用拉碳法生產(chǎn)HRB335（C在0.17%0.25%）時(shí)作用很好，可減少或取代使用碳粉增碳。3.4 凈化鋼水，改善鋼水流動(dòng)性脫氧產(chǎn)物主要是 CO和CaO

9、AI2C3夾雜也被 Ca變性成液態(tài)12CaO 7AI2Q。其中CO不 但不會(huì)產(chǎn)生夾雜物，而且CO氣泡在從鋼液溢出過程中能促使其它夾雜物隨之上浮，同時(shí)該脫氧齊假計(jì)的脫氧產(chǎn)物為低熔點(diǎn)鋁酸鈣，能及時(shí)從鋼液中上浮排出。這些特性可以改 善鋼水流動(dòng)性。3.5 力學(xué)性能測定表4中列出抽查3種規(guī)格螺紋鋼的機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果。表4使用鈣系脫氧劑生產(chǎn)的H級螺紋鋼的機(jī)械性能規(guī)格/mm樣本數(shù)/個(gè)a s /MPaa b /MPa5 5/%冷彎（180） 22803654255407 63520 28d=3a完好 25803604405307 64518 29d=3a完好 28503754355707 65021 28d=

10、4a完好脫氧工藝優(yōu)化前后所生產(chǎn)的鋼材力學(xué)性能對比見表5:表5不同脫氧方法所生產(chǎn)的螺紋鋼力學(xué)性能對比脫氧劑規(guī)格/樣本數(shù)a s /a b /5 5/mm/個(gè)MPaMPa%鈣系 228036542554063520 28注：表5中的Ceq均在0.420.44之間由以上兩表可知，使用鈣系脫氧劑進(jìn)行終脫氧所生產(chǎn)的HRB335鋼種，其軋材的機(jī)械性能完全符合GB1499-1998，而且抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均有一定程度的提高。4經(jīng)濟(jì)效益分析在使用鈣系脫氧劑來優(yōu)化脫氧工藝后，通過與使用硅鋁鋇成本分析見表6:表6使用兩種脫氧劑后的成本對比脫氧劑單位成本/元/噸鋼節(jié)約增碳劑單位成本/元/噸鋼鈣系6.0270.25硅鋁鋇7.14使用Ca系脫氧劑僅在直接材料上節(jié)約7.14-6.027+0.25=1.363（元/ 噸鋼）如果考慮到Mn Si吸收率的提高帶來合金加入量的減少，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。5結(jié)論與原脫氧工藝相比，使用鈣系脫氧劑來優(yōu)化脫氧工藝后有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：1）脫氧效果更好，可以提高合金元素的回收率；2）可改善鋼水流動(dòng)性，有效去除鋼中夾雜物，提高鋼水純凈