降低普碳結(jié)構(gòu)鋼轉(zhuǎn)爐爐渣堿度的理論研究及實(shí)踐

郭銀濤1  何生平2

（1 河鋼唐鋼不銹鋼有限責(zé)任公司，唐山，063000；2重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶，400000）

摘  要：唐山不銹鋼公司在生產(chǎn)普碳結(jié)構(gòu)鋼時(shí)存在著脫磷能力過(guò)剩問(wèn)題，為消除質(zhì)量浪費(fèi)，對(duì)轉(zhuǎn)爐渣的脫磷能力和爐襯侵蝕進(jìn)行了理論計(jì)算，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐目標(biāo)渣成分。經(jīng)過(guò)造渣方法的調(diào)整，轉(zhuǎn)爐爐渣平均堿度由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，綜合創(chuàng)效約24.5元/噸鋼，對(duì)國(guó)內(nèi)其他廠家普碳結(jié)構(gòu)鋼的低成本生產(chǎn)具有重要的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐，脫磷，爐渣，侵蝕

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

轉(zhuǎn)爐石灰消耗高，將增加轉(zhuǎn)爐冶煉渣量，降低熱量利用率，增加鐵損，所以，降低石灰消耗對(duì)轉(zhuǎn)爐低成本、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義[1-3]。在如何減少轉(zhuǎn)爐石灰消耗、降低渣量方面，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究[1,4-7]。但大多從提高活性石灰質(zhì)量、優(yōu)化裝入制度、調(diào)整渣料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化過(guò)程操作工藝等方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化[2,6,7]。本文將從爐渣成分優(yōu)化調(diào)整的角度入手，在保證爐渣脫磷能力、爐況順行的基礎(chǔ)上，減少石灰消耗，降低爐渣堿度。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

唐鋼不銹鋼公司為了進(jìn)軍高端汽車板市場(chǎng)，近幾年在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方面取得了顯著進(jìn)步，汽車高強(qiáng)鋼和深沖鋼占比近50%。但是，依然有年產(chǎn)近65萬(wàn)噸（約占25%）的普碳結(jié)構(gòu)鋼。普碳結(jié)構(gòu)鋼對(duì)成品[P]要求較低，僅需滿足≤0.03%即可。圖1示出了普碳結(jié)構(gòu)鋼轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]的控制情況。由圖可知，轉(zhuǎn)爐脫磷能力嚴(yán)重過(guò)剩，實(shí)際終點(diǎn)[P]＜0.02%，平均為0.013%，存在著質(zhì)量浪費(fèi)現(xiàn)象。轉(zhuǎn)爐終渣平均堿度為3.05，平均TFe為20.57%，屬于行業(yè)內(nèi)普遍水平。

3 理論研究

3.1 爐渣脫磷的理論研究

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，存在如下脫磷反應(yīng)[8]：

在鐵水[P]含量為0.11%，鋼渣重量比為10:1，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度為1650℃的條件下，借助FactSage軟件所構(gòu)建的脫磷熱力學(xué)模型，可得到不同成分爐渣下的[P]計(jì)算，再采用方程（2）所示的關(guān)系，即可預(yù)測(cè)出轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]含量。模型預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3所示，與Kishitaka[9]研究結(jié)果非常吻合。圖3散點(diǎn)示出了爐渣成分，可見(jiàn)爐渣幾乎都位于[P]≤0.01%的區(qū)間，表明爐渣具有過(guò)剩的脫磷能力。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

根據(jù)理論設(shè)定的目標(biāo)爐渣成分，對(duì)自動(dòng)化煉鋼系統(tǒng)中爐渣堿度計(jì)算方法進(jìn)行了優(yōu)化，該模型綜合考慮了鐵水[Si]、[P]含量，終點(diǎn)目標(biāo)[P]、[C]、溫度等。冶煉模型優(yōu)化后，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[P]的控制水平如圖7所示，終點(diǎn)[P]滿足鋼種要求，且脫磷能力過(guò)剩程度大幅降低。圖8示出了優(yōu)化前后轉(zhuǎn)爐終渣堿度和TFe的對(duì)比情況，由圖可知，堿度和TFe含量顯著降低，平均堿度由3.05降低至2.53，TFe由20.57降低至18.09。煉鋼綜合石灰消耗量由優(yōu)化前的52kg/t降低至43kg/t，每噸鋼綜合創(chuàng)效約24.5元。

5 結(jié)論

本文通過(guò)理論研究，設(shè)計(jì)出了新的轉(zhuǎn)爐目標(biāo)渣成分，對(duì)自動(dòng)煉鋼模型進(jìn)行了優(yōu)化，得到了以下結(jié)論：

（1）唐鋼不銹鋼公司普碳結(jié)構(gòu)鋼的轉(zhuǎn)爐渣脫磷能力過(guò)強(qiáng)，存在嚴(yán)重的質(zhì)量浪費(fèi)現(xiàn)象；

（2）為防止?fàn)t襯侵蝕過(guò)快，爐渣TFe應(yīng)低于19%，爐渣MgO飽和溶解量與爐渣粘度的比值應(yīng)低于25.24 %/poise。

（3）在保證爐況順行和滿足鋼種脫磷要求的條件下，對(duì)普碳結(jié)構(gòu)鋼的轉(zhuǎn)爐目標(biāo)渣成分進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)，目標(biāo)渣成分為堿度≈2.0，TFe≤19%。

（4）工業(yè)實(shí)踐表明，造渣模式優(yōu)化后，在終點(diǎn)[P]滿足鋼種要求的前提下，轉(zhuǎn)爐終渣的平均堿度由3.05降低至2.53，TFe由20.57降低至18.09。煉鋼綜合石灰消耗量由優(yōu)化前的52kg/t降低至43kg/t，每噸鋼綜合創(chuàng)效約24.5元。

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