无氟化渣剂在转炉炼钢中的应用.doc

无氟化渣剂在转炉炼钢中的应用陆志坚 杨正府摘 要：在转炉炼钢中，成渣速度的快慢、化渣效果的好坏直接影响到冶炼过程冶金效果。为改善化渣效果，目前普遍使用的助熔剂为萤石或矿石、污泥球等含（FeXOY）材料。萤石化渣有利于快速成渣，不降低炉渣碱度，对热平衡影响小等优点，但存在加快炉衬侵蚀，易造成喷溅及污染环境等缺点。含（FeXOY）材料对环境污染小，但成本高，化渣慢，对热平衡影响大。为更好的提高冶炼过程控制的稳定性，改善化渣效果，降低生产成本，柳钢转炉厂通过新型无氟化渣剂应用到炼钢造渣操作，改进现行造渣工艺，经过多次试验，来验证采取新型无氟化渣剂作为冶炼助熔剂的可行性，取得较好效果。Application of fluoride-free slag in converter steelmakingLu Zhijian Yang ZhengFu Abstract: Converter, speed, the speed of slag into slag metallurgical effects have a direct impact on the effect of smelting process. To improve the effect of slag, now commonly used fluxes containing such as fluorite, sludge balls or ore (FeXOY) material. Fluorite slag slag conducive to quick, does not reduce the basicity of slag, advantages of a small impact on the thermal equilibrium, but speed up the lining erosion, prone to shortcomings such as spatter and pollute the environment. (FeXOY) small materials on environmental pollution, but at a high cost, slag slow effect on heat balance. In order to better improve the stability of smelting process control to improve effect of slag, reduce production costs, liuzhou steel factory through the application of novel fluorine-slag in converter steelmaking slag operation, improvements to the current process of slag, through a series of tests, to verify that the new non-CFC slagging agents as the feasibility of refining fluxes, achieved good results.1、 前言转炉炼钢过程中，石灰（CaO）及白云石（MgO）的有效熔化、成渣速度的快慢、化渣效果的好坏直接影响到冶炼过程冶金效果。为改善化渣效果，目前普遍使用的助熔剂为萤石或氧化铁皮、矿石、球团矿、烧结矿、污泥球等含（Feo）材料，使用萤石化渣有利于快速成渣，不降低炉渣碱度，对热平衡影响小等优点，但使用萤石也存在加快炉衬侵蚀，过程控制稳定性不好，易造成喷溅，萤石中CaF2与渣中SiO2反应生成的SiF4气体污染环境等不利因素。使用含（Feo）助熔剂不侵蚀炉衬，对环境污染小，但成本高，化渣慢，对热平衡影响大，主要作为冷却剂使用。目前柳钢转炉厂120吨系统除使用球团作为冷却化渣剂外，还使用冶金复合助熔剂（CaO：3.37，TFe：15.52，MnO：23.45，H2O：8.88）辅助造渣，使用该材料可改善化渣效果，提高终点余锰，但成本高，且因含H2O容易造成钢中气体增加。2、 现有工艺条件及材料条件2.1现有工艺设备情况柳钢120吨转炉系统公称吨位120吨，出钢量：110吨；四孔喷头，煤气回收，无副枪系统。2.2工艺参数基本枪位1.41.8m，供氧压力：0.780.95mpa，供氧强度：2.8.03.5m3/min.t，冶炼周期38min/炉，供氧时间14min。冶炼过程采取变枪变压操作，2.3现使用造渣料情况材料名称sSiO2CaOMgoTFe活性度球团矿0.0116.120060.890石灰0.01 0.51 94.80 1.33 0.00 362.33 轻烧白云石00.4653.236.4302623、 新型无氟化渣剂造渣机理分析3.1新型无氟化渣剂SiO2Al2O3CaOMgOSP熔点515203540554100.60.0213303.2造渣机理及控制目标渣系3.2.1降低炉渣熔点，良好的助熔效果顶吹氧气转炉的炉渣中，CaO、siO2和E (FeO)之总量约为8O%，它们对炉渣的物理化学性质影响最大。其余的氧化物中MgO性质与CaO相似，P2O5与SiO2相似，MnO与FeO相似，因此可以利用CaOIFeOSiO2，三元相图对石灰的熔化熔解过程进行分析(见图1)。从图中可以看出，CaO熔点虽然高达2570C，但当它与FeO、Sio2等氧化物形成炉渣后熔点大为降低，最低仅l150 左右。也就是说调整炉渣成分就可以改变其熔点。加入新型无氟化渣剂，利用新型无氟化渣剂中的 Al2O3、CaF等组元与基础渣中的CaO、FeO等组元共同作用，可进一步降低炉渣熔点，形成更低熔点的化合物，以达助熔化渣的目的。相图：同时，由于冶炼初期石灰块表面硅酸二钙层（C2S）的生成造成石灰溶解缓慢，为了加速石灰溶解过程，必须设法破坏并去除C2S壳层。其中一个有效的办法就是加人能够急剧降低C2S熔点的组元(见图3)。新型无氟化渣剂中的A1203 能够促使C2S的形态发生改变，形成分散的聚集体状态直至解体。促进冶炼前期早化渣。各种组元对2CaO.SiO2熔点熔点的影响3.2.2 新型无氟化渣剂自熔性好，对熔池平衡影响小一般造渣材料加入炉内，从固相到液相过程必须经历以下4 个阶段: (a) 低温下的固相反应; ( b) 烧结反应;(c) 液固两相反应; (d) 液相中的反应。由于冶炼过程熔池反应是个动态平衡状态，因此加入固态造渣料和助熔剂，反应过程因此反应过程吸热大，对炉内反应平衡破坏大，易造成熔池局部不均匀出现喷溅或返干。而新型无氟化渣剂为均匀低熔点化合物，成分均匀稳定，熔点低，经测定熔点在1350以下。，因此在加入炉内后熔化过程中仅仅是被加热和熔化,吸热少，可减少对熔池热平衡和反应平衡的破坏，确保冶炼过程的稳定。另外，出现过程“返干”的情况下，加入新型无氟化渣剂后快速熔化，可提高对氧气射流的吸收和保护，提高氧气利用率，达到快速抑制“返干”的效果。3.2.3新型无氟化渣剂稳定性好，易于助熔效果的保持在日常炼钢生产中，作为助熔物质，FeO和MnO由于与C-O反应生成的CO发生还原反应消耗，要保持化好炉渣，必须靠氧化钢水中Fe元素或外加含FeO和MnO助熔剂，且要保持冶炼过程FeO和MnO生成和消耗的动态平衡较为困难，控制不当就容易造成FeO和MnO不足出现返干或FeO和MnO聚集出现喷溅，控制稳定性不好且对操作工控制能力要求较高。而新型无氟化渣剂中的Al2O3在转炉炼钢条件下，既不发生氧化反应，也不发生还原反应，炉渣的稳定性好，不发生突变，具有持久稳定的助熔效果。3.2.4提高炉渣粘度，改善炉渣溅渣护炉的可溅性有资料表明 ，当渣中MgO910，A12O3在5-6时能使碱性炉渣变粘，终渣挂在炉衬上起到保护炉衬的作用。同时，当新型无氟化渣剂中的Al2O3与轻烧白云石中的MgO结合形成高熔点的镁铝尖晶石，对炉衬也有良好的保护作用。3.2.5可降低石灰用量由于新型无氟化渣剂碱度（R）高，CaO一般在50%以上，因此加入新型无氟化渣剂后可替代部分石灰，同时由于加入新型无氟化渣剂后化渣效果改善，也提高了加入石灰的利用效率。3.2.6成渣路线及控制目标渣系针对不同的铁水原材料条件，为了尽快得到具有一定性能的炉渣，需要选择合理的成渣路线。目前我厂铁水Si低P高，废钢比大，热量不足，既要保证熔池快速升温，又要解决冶炼前期快速去P的要求，因此无论选择钙质成渣途径B或铁质成渣途径B，冶炼控制均较为困难。因此需要在冶炼过程较低的FeO条件下，改善化渣效果，可在冶炼过程根据渣况加入新型无氟化渣剂，降低炉渣熔点，改善过程化渣效果。加入过多后明显降低炉渣熔点，对溅渣护炉和炉衬维护不利，因此应控制合理的新型无氟化渣剂加入量，合理的冶炼终点渣系控制结果如下：CaOSiO2MgOMnOTFeAl2O3R485314167935141723.53.03.84、 新型无氟化渣剂应用的工艺模式4.1枪位及供氧模式4.2布料控制模式新型无氟化渣剂的加入分两个时期，一是在前期布料中直接加入新型无氟化渣剂的50%（300500kg），促进前期早成渣，在吹炼到540600秒左右加入剩下50%（300500kg），保证后期炉渣活性，减少返干的发生。5、 新型无氟化渣剂应用的冶金效果5.1冶炼过程的成渣特点从化渣情况看，冶炼前期加入新型无氟化渣剂2.55kg/t造渣，起渣时间一般在180220秒，比不加新型无氟化渣剂的炉次缩短3060秒，可实现快速成渣。这主要由于Al2O3的作用，阻止了石灰表面C2S硬壳的形成，加速前期石灰熔化。吹炼中期，正常情况下由于Al2O3以及加入矿石增加FeO的共同作用，使炉渣保持稳定的氧化性和较好的流动性，减少了喷溅的发生。在出现炉渣“返干”的情况下，加入新型无氟化渣剂后火焰迅速“变软”，这主要由于新型无氟化渣剂自熔性好，加入后迅速熔化并促进石灰熔化，起到“渣种”的作用，改变化渣状况，可有效的预防和解决返干的问题。从终点渣况看，由于冶炼过程化渣良好，冶炼终点炉渣均匀稳定，熔池平稳，无明显的炉渣分层及炉膛翻滚的情况。因此，加入新型无氟化渣剂的炉次，在相同条件下与不加新型无氟化渣剂相比更易于实现前期早化渣、化好渣、冶炼过程全程化渣，并能更有效的控制终点炉渣化好化透，倒炉熔池稳定。5.2物料消耗及炉渣情况对比5.2.1物料消耗对比5月份冶炼物料消耗情况（kg/t）对比项目铁水Si石灰轻烧生白矿石新型无氟化渣剂未加新型无氟化渣剂0.850.11 31.59 10.20 31.91 0.00 合计44.30 30.16 3.07 24.79 0.00 加入新型无氟化渣剂0.847.80 26.39 6.24 27.25 1.74 合计39.32 26.80 1.40 21.28 4.80 对比0.82.31 5.20 3.95 4.67 -1.74 合计4.98 3.36 1.67 3.50 -4.80 由上表可以看出。加入新型无氟化渣剂的炉次，石灰、轻烧、矿石等物料均有一定程度的降低。5.2.2炉渣情况随机统计2011年5月5#炉使用新型无氟化渣剂前后各50炉次渣情况对比项目TFeSiO2CaOMnOMgORAl2O3加入新型无氟化渣剂最大值20.1214.1150.443.3610.564.457.45最小值12.310.6646.172.296.793.482.55平均值15.42 12.80 48.59 2.67 8.83 3.81 4.76 标准偏差2.36 0.72 1.25 0.34 0.91 0.23 1.63 未加新型无氟化渣剂最大值27.6818.15503.9812.265.962.3最小值14.778.3740.32.496.82.60.75平均值19.07 12.73 47.01 3.19 9.24 3.76 1.34 标准偏差2.26 1.77 1.65 0.29 1.15 0.55 0.37 从对比来看，加入新型无氟化渣剂的炉次，相同条件下，石灰减少4.98kg/t，轻烧降低3.36kg/t，但渣中CaO和R反而增加，这主要是由于加入新型无氟化渣剂后，一方面增加了渣中CaO含量，另一方面吹炼过程化渣状况改善，石灰和轻烧白云石的利用率明显提高，炉渣成分更均匀稳定。随机分析加入新型无氟化渣剂炉次炉渣w(TFe)与w(Al2O3)对应关系从分析数据看，加入新型无氟化渣剂的炉次，随着渣中Al2O3的增加，终点炉渣TFe降低，特别是渣中Al2O3的增加到2.5%以上时，(TFe)降低幅度更加明显。5.3冶炼终点控制变化5.3.1终点倒炉情况对比随机统计5月份5#炉使用新型无氟化渣剂前后各100炉倒炉成分及温度对比项目C，%P，%S，%一倒温度，供氧次数，次未加新型无氟化渣剂0.0994 0.0251 0.0289 1631.342.116 加入新型无氟化渣剂0.1060 0.0225 0.0239 1638.522.042 对比0.0066 -0.0026 -0.0050 7.18 -0.07 从上表可以看出，加入新型无氟化渣剂的炉次，在倒炉C和倒炉温度提高的情况下，倒炉P、S和补吹次数降低，这主要是由于加入新型无氟化渣剂以后，冶炼过程化渣效果改善，后期炉渣氧化性降低，炉内脱磷和脱硫反应的热力学和动力学条件改善。5.3护炉效果对比使用新型无氟化渣剂前，4月中旬到5月中旬5#炉底和渣面侵蚀严重，累计护炉作业率达到3.81%。且由于频繁投入补炉材料、冶炼终点炉渣状态不好出钢过程粘结在钢面炉衬，使炉膛变