降低普碳结构钢转炉炉渣碱度的理论研究及实践

降低普碳结构钢转炉炉渣碱度的理论研究及实践

郭银涛1  何生平2

（1 河钢唐钢不锈钢有限责任公司，唐山，063000；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆，400000）

摘  要：唐山不锈钢公司在生产普碳结构钢时存在着脱磷能力过剩问题，为消除质量浪费，对转炉渣的脱磷能力和炉衬侵蚀进行了理论计算，优化了转炉目标渣成分。经过造渣方法的调整，转炉炉渣平均碱度由3.05降至2.53，平均TFe由20.57降至18.09，石灰消耗由52kg/t降至43kg/t，综合创效约24.5元/吨钢，对国内其他厂家普碳结构钢的低成本生产具有重要的借鉴作用。

关键词：转炉，脱磷，炉渣，侵蚀

Theoretical Study and Practice of Reducing Basicity of Converter Slag for Plain Carbon Structural Steel

Yintao Guo, Shengping He

Abstract：It was existed in the production of plain carbon structure steel that excess dephosphorization capacity of concerter slag in Tangshan Stainless Steel co. LTD. In order to eliminate the quality waste, the target composition of converter slag was optimized, basing on the theoretical study about the dephosphorization capacity and lining erosion of converter slag. The slagging method was improved in the steel plant. Consequently, the average basicity of converter slag decreased from 3.05 to 2.53, the average TFe content decreased from 20.57 to 18.09. Simultaneously, the lime consumption per ton steel decreased from 52kg to 43kg, and overall economic benefits reached about 24.5 RMB/ton steel. It has an important reference for the low-cost production of plain carbon structure steel in other domestic steel plants.

Key words: converter; dephosphorization; slag; erosion

1 引言

转炉石灰消耗高，将增加转炉冶炼渣量，降低热量利用率，增加铁损，所以，降低石灰消耗对转炉低成本、稳定运行具有重要的意义[1-3]。在如何减少转炉石灰消耗、降低渣量方面，国内外进行了大量的研究[1,4-7]。但大多从提高活性石灰质量、优化装入制度、调整渣料结构、优化过程操作工艺等方面来进行优化[2,6,7]。本文将从炉渣成分优化调整的角度入手，在保证炉渣脱磷能力、炉况顺行的基础上，减少石灰消耗，降低炉渣碱度。

2 现状调查

唐钢不锈钢公司为了进军高端汽车板市场，近几年在产品结构调整方面取得了显著进步，汽车高强钢和深冲钢占比近50%。但是，依然有年产近65万吨（约占25%）的普碳结构钢。普碳结构钢对成品[P]要求较低，仅需满足≤0.03%即可。图1示出了普碳结构钢转炉终点[P]的控制情况。由图可知，转炉脱磷能力严重过剩，实际终点[P]＜0.02%，平均为0.013%，存在着质量浪费现象。转炉终渣平均碱度为3.05，平均TFe为20.57%，属于行业内普遍水平。

3 理论研究

3.1 炉渣脱磷的理论研究

在转炉炼钢过程中，存在如下脱磷反应[8]：

在铁水[P]含量为0.11%，钢渣重量比为10:1，转炉终点温度为1650℃的条件下，借助FactSage软件所构建的脱磷热力学模型，可得到不同成分炉渣下的[P]计算，再采用方程（2）所示的关系，即可预测出转炉终点[P]含量。模型预测结果如图3所示，与Kishitaka[9]研究结果非常吻合。图3散点示出了炉渣成分，可见炉渣几乎都位于[P]≤0.01%的区间，表明炉渣具有过剩的脱磷能力。

4 现场实践

根据理论设定的目标炉渣成分，对自动化炼钢系统中炉渣碱度计算方法进行了优化，该模型综合考虑了铁水[Si]、[P]含量，终点目标[P]、[C]、温度等。冶炼模型优化后，转炉终点[P]的控制水平如图7所示，终点[P]满足钢种要求，且脱磷能力过剩程度大幅降低。图8示出了优化前后转炉终渣碱度和TFe的对比情况，由图可知，碱度和TFe含量显著降低，平均碱度由3.05降低至2.53，TFe由20.57降低至18.09。炼钢综合石灰消耗量由优化前的52kg/t降低至43kg/t，每吨钢综合创效约24.5元。

5 结论

本文通过理论研究，设计出了新的转炉目标渣成分，对自动炼钢模型进行了优化，得到了以下结论：

（1）唐钢不锈钢公司普碳结构钢的转炉渣脱磷能力过强，存在严重的质量浪费现象；

（2）为防止炉衬侵蚀过快，炉渣TFe应低于19%，炉渣MgO饱和溶解量与炉渣粘度的比值应低于25.24 %/poise。

（3）在保证炉况顺行和满足钢种脱磷要求的条件下，对普碳结构钢的转炉目标渣成分进行了理论设计，目标渣成分为碱度≈2.0，TFe≤19%。

（4）工业实践表明，造渣模式优化后，在终点[P]满足钢种要求的前提下，转炉终渣的平均碱度由3.05降低至2.53，TFe由20.57降低至18.09。炼钢综合石灰消耗量由优化前的52kg/t降低至43kg/t，每吨钢综合创效约24.5元。

参考文献

[1] 董卫民，王海霞，寿业红．降低转炉石灰消耗生产实践[J]．河南冶金，2006，14（3）：36-38．

[2] 黄映荣．降低转炉冶金石灰消耗的对策与实践[J]．涟钢科技与管理，2006（1）：34-36．

[3] 王多刚，虞大俊．转炉石灰利用率影响因素分析[J]．梅山科技，2014（5）：56-59．

[4] OGAWA Y, YANO M, KITAMURA S, et al. Development of the continuous dephosphorization and decarburization process using BOF[J]. Testu-to-Hagane, 2001, 87(1):          21-28.

[5] 孙凤梅，管梃，刘飞，等．减少渣量的转炉工艺研究与实践[J]．炼钢，2013，29（2）：6-8．

[6] 谢基表，宋合湘，李亮．120t转炉降低石灰消耗实践[J]．山东冶金，2010，32（4）：75-75．

[7] 潘建设，吴本胜，黄琼．降低转炉石灰消耗对策探讨[J]．鄂钢科技，2013（1）：22-24．

[8] 马伟杰．少渣冶炼工艺基础研究[D]．马鞍山：安徽工业大学，2016：9-17．

[9] KISHITAKA H. The 43 nishiyama memorial lecture series[J]. Trans ISI, 1977, 17(1): 50-55.

[10]代文彬，李宇，苍大强．转炉钢渣热态改性对镁质耐火材料的侵蚀行为[J]．耐火材料，2013，47（2）：81-87．

[11]吴政，兰天．转炉渣中 MgO 的饱和溶解度分析与研究[J]．工程技术研究，2016（3）：13-16．

[12]夏云进，马伟杰，李杰．低碱度转炉渣对镁质耐火材料的侵蚀行为[J]．安徽工业大学学报（自然科学版），2016，33（4）：303-308．

[13]陈肇友．炉渣对氧气转炉炉衬的侵蚀[J]．硅酸盐学报，1980（4）：77-88．