宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠)

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轉(zhuǎn)爐碳粉脫氧工藝的開發(fā)及實(shí)踐

宋林海

(山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠)

簡(jiǎn)要介紹了山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐(以下簡(jiǎn)稱濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū))碳粉脫氧工藝。分析認(rèn)為：對(duì)碳氧反應(yīng)來(lái)說(shuō)，增加反應(yīng)物碳的濃度，以及出鋼過程中鋼水溫度降低和氣相中CO分壓降低是反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行的有利因素。因此，在出鋼前期加入一定量的碳粉，可以降低鋼中氧含量，能達(dá)到減少脫氧劑鋁的消耗，降低生產(chǎn)成本的目的。

碳粉脫氧脫氧劑消耗降低

0　前言

濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)有120 t轉(zhuǎn)爐3座，平均出鋼量140 t。2015年以前，濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)煉鋼全部用鋁進(jìn)行脫氧；鋁不僅價(jià)格昂貴,而且固態(tài)的脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜很難完全上浮去除，鋼水中殘存的Al2O3夾雜對(duì)鋼水的澆鑄和鋼的性能產(chǎn)生不利影響，造成鋼水在澆鑄過程中絮流、粘結(jié)報(bào)警、甚至使鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷。為此，2015年以來(lái)，濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)摸索碳粉脫氧工藝。碳粉脫氧是利用碳粉中的[C]與鋼水中的[O]反應(yīng)生產(chǎn)成CO氣體，從而降低鋼水中氧含量。方法是在出鋼前期，使用價(jià)格便宜的碳粉替代部分鋁進(jìn)行脫氧，不僅降低了鋁的消耗，而且脫氧產(chǎn)物CO在鋼液中無(wú)殘留，達(dá)到了既降低生產(chǎn)成本又提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1　碳粉脫氧原理

無(wú)論何種煉鋼方法，氧化結(jié)束時(shí)熔池內(nèi)的碳氧反應(yīng)均未達(dá)到平衡，一定溫度下，當(dāng)鋼中碳含量高時(shí)，與之相平衡的氧含量就低[1]，鋼液的實(shí)際氧含量高于在該情況下與碳平衡的氧含量。過剩氧的存在是發(fā)生碳氧反應(yīng)的必要條件。碳氧反應(yīng)的方程式為：

[C]+[O]={CO} 放熱

由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，環(huán)境溫度降低有利于反應(yīng)向生成 CO 方向進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，鋼水溫度降低以及氣相中CO分壓降低，這是實(shí)施碳粉脫氧的有利因素。出鋼時(shí)隨著鋼水溫度的降低，平衡向右側(cè)即生成CO方向移動(dòng)，促進(jìn)碳和氧反應(yīng)，反應(yīng)物[C]和[O] 會(huì)同時(shí)降低。出鋼時(shí)加入碳粉，增加了反應(yīng)物[C]的濃度，進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，這樣就進(jìn)一步降低了鋼中氧含量，減少了脫氧劑鋁消耗。

2　碳粉脫氧實(shí)施方法及步驟

經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實(shí)踐，濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)把碳粉脫氧實(shí)施方法歸納為“一保，二控”?！耙槐！奔创_保安全；“二控”即控制脫氧碳粉加入量和控制碳粉加入時(shí)機(jī)與鋁加入量。

2.1碳粉脫氧“一?！?/p>

碳粉脫氧“一?！奔幢ＷC人和設(shè)備的安全。使用碳粉脫氧即要保證人不被火焰灼傷又要保證設(shè)備不被損壞。碳粉脫氧要生成大量的CO，CO在出鋼環(huán)境下燃燒產(chǎn)生很大的火焰。所以，實(shí)施碳粉脫氧時(shí)，操作人員與加料孔要保持安全距離，避免火焰灼傷。同時(shí)，如果出鋼過程產(chǎn)生大量的CO不能及時(shí)排出，會(huì)造成鋼水在鋼包內(nèi)劇烈翻騰，嚴(yán)重時(shí)可能翻出包外甚至燒毀鋼包車。為此，為了避免發(fā)生安全事故，出鋼前備好100 kg左右的鋁粒，放在爐后合金溜槽加料孔附近備用。進(jìn)行碳粉脫氧時(shí)，密切關(guān)注鋼包內(nèi)情況，如果鋼包內(nèi)鋼水劇烈翻騰要及時(shí)加入鋁粒脫氧，鋁為強(qiáng)脫氧劑，會(huì)減緩碳氧反應(yīng)，可確保安全。

2.2碳粉脫氧“二控”

2.2.1控制脫氧碳粉加入量

2.2.1.1根據(jù)鋼種確定脫氧碳粉加入量

濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)根據(jù)成品的碳含量和合金加入量，將目前所冶煉的全部鋼種劃分為低碳低合金鋼系列、低碳無(wú)合金鋼系列、低合金鋼系列及普碳鋼系列等四個(gè)系列。各鋼種特點(diǎn)及脫氧碳粉的加入量見表1。

表1　各鋼種特點(diǎn)及脫氧碳粉加入量對(duì)照

2.2.1.2根據(jù)終點(diǎn)鋼水氧含量確定脫氧碳粉加入量

終點(diǎn)氧含量是決定脫氧碳粉加入量的主要因素。根據(jù)表1所劃分的四個(gè)鋼種系列，將每個(gè)鋼種系列的終點(diǎn)氧含量按照一定梯度細(xì)分為若干個(gè)區(qū)間段。碳粉加入量見表2。

表2　終點(diǎn)氧含量與脫氧碳粉加入量對(duì)照

2.2.1.3根據(jù)出鋼時(shí)間調(diào)整脫氧碳粉加入量

濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間一般在3′50"～6′，出鋼時(shí)間長(zhǎng)短決定了脫氧碳粉和鋼中氧反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。理論上出鋼時(shí)間越長(zhǎng)越利于碳粉脫氧方案的實(shí)施。為此，將出鋼間劃分為≤4′30″和>4′30″兩個(gè)等級(jí)，當(dāng)出鋼時(shí)間≤4′30時(shí)，出鋼時(shí)間短，碳氧反應(yīng)不充分，容易增碳，特別是對(duì)于低碳鋼，此時(shí)實(shí)施碳粉脫氧易導(dǎo)致碳出格。脫氧用碳粉加入量不大于20 kg /爐。當(dāng)出鋼時(shí)間>4′30″時(shí)，實(shí)施碳粉脫氧時(shí)間充裕，出現(xiàn)異常情況也有充足的反應(yīng)時(shí)間，有利于碳粉脫氧方案的實(shí)施，按表1和表2要求加入脫氧碳粉。

2.2.2控制碳粉加入時(shí)機(jī)與鋁加入量

2.2.2.1碳粉加入時(shí)機(jī)

要保證碳氧反應(yīng)充分進(jìn)行，脫氧碳粉必須早加，因此必須嚴(yán)格控制脫氧碳粉加入時(shí)機(jī)，出鋼30 s內(nèi)須將用以脫氧的碳粉加完；低碳鋼系列鋼種要待鋼包內(nèi)碳-氧反應(yīng)趨于平靜后再加入脫氧劑，以防碳粉氧化不徹底造成鋼水增碳。中、高碳鋼系列鋼種根據(jù)合金的加入時(shí)機(jī)以及鋼包內(nèi)C-O反應(yīng)情況，所加碳粉按照0～20%的增碳考慮。

2.2.2.2確定鋁的加入量

理論計(jì)算10 kg碳粉與15 kg純鋁的脫氧量相當(dāng)，但考慮到碳與鋁脫氧能力的差別，碳粉的脫氧效率和純鋁的脫氧效率可以按1∶1換算，實(shí)施碳粉脫氧爐次脫氧完全，避免脫氧不良。在使用碳脫氧的爐次，鋁塊的加入量也應(yīng)該做相應(yīng)減少，調(diào)整后的鋁塊加入量可以按下式計(jì)算：鋁塊加入量=根據(jù)規(guī)程計(jì)算的鋁塊加入量-脫氧碳粉的加入量。

3　取得效果

2015年8月，濟(jì)鋼120作業(yè)區(qū)共冶煉鋼水2071爐，實(shí)施碳粉脫氧爐次1366爐次，占比65.96 %。其實(shí)施爐次，脫氧用碳粉最少10 kg /爐，最多50 kg /爐，平均34 kg /爐。共節(jié)約鋁47 000 kg。噸鋼鋁塊消耗降低了0.16 kg，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。

4　結(jié)論

1)出鋼時(shí)加入碳粉，能增加了反應(yīng)物[C]的濃度，進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)[C]+[O]={CO}向右進(jìn)行，能降低鋼中氧含量，減少脫氧劑鋁的消耗。

2)出鋼30 s內(nèi)須將用以脫氧的碳粉加完，并根據(jù)鋼種和轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水氧含量及出鋼時(shí)間調(diào)整脫氧碳粉加入量，碳粉的脫氧效率和純鋁的脫氧效率按1∶1換算，能保證碳粉脫氧爐次脫氧完全。

3)通過生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)施碳粉脫氧后，鋁塊消耗可降低0.16 kg/鋼，脫氧產(chǎn)物CO在鋼液中無(wú)殘留，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。

[1]馮捷，張紅文. 煉鋼基礎(chǔ)知識(shí)[M] . 北京 :冶金工業(yè)出版社，2005：146-148.

RESEARCH AND PRACTICE OF CARBON DEOXIDATION PROCESS

Song Linhai

(Jinan branch, Shandong Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The powdered carbon deoxidization process was introduced in the jinan branch steel 120 tons converter of Shandong steel. The analysis indicated: For carbon and oxygen reaction, increasing the carbon concentration of the reactant, decreasing molten steel temperature and reducing CO pressure were the favorable factors to the right of reaction, a certain amount of carbon powder adding at the early stage of the tapping to reduce the oxygen content in steel. It reduces deoxidizer aluminum consumption, lower production cost.

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2016—2—25

聯(lián)系人：宋林海，助理工程師，山東.濟(jì)南(250101)，山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南分公司煉鋼廠；