( 馬鞍山鋼鐵股份有限公司 第一鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243000)

摘   要: 為實現效益最大化，馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠 120 t 轉爐采用高鐵水比冶煉低碳低磷系列鋼種時，應用煙氣分析動態控制和礦石加生燒溫控技術，解決因熱量富余而產生的成分溫度波動大、噴濺機率高、終點命中率低等問題，實現出鋼鋼液中 w( P) ＜ 0． 015 %，終點 C-T 雙命中率達91． 2 % ，石灰等渣料消耗從87． 1 kg / t 降低到79． 5 kg / t 以下，吹損率從10． 3 % 降低到8． 7 % 以下，成本及消耗降低的良好效果。

關鍵詞: 高鐵水比; 煙氣分析; 冶煉控制; 效果

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠( 以下簡稱“馬鋼”) 120 t 轉爐自2011 年9 月起，采用高鐵水比裝入制度即采用少廢鋼冶煉模式，鐵水比由原來的81． 06 % 提高到94． 70 %，冷料比由原來的18． 94 % 降為5． 30 %。由此帶來轉爐冶煉時存在明顯熱量富余，噴濺頻繁、成分和溫度控制難度大、終點命中率低等一系列的問題，為此，馬鋼 120 t 轉爐應用煙氣分析動態控制和礦石加生白云石溫控技術［1］，優化供氧造渣制度，確保終點鋼水 w( P) ≤0． 015 %，終點 C-T 命中率從82． 7% 提高到91． 2 % ，實現吹煉平穩，成本降低效益提高等效果。

1 高鐵水比冶煉存在的主要問題

由于高鐵水比打破了原來冶煉低磷低碳鋼熱量平衡模式，存在熱量明顯富余的特點，由此帶來以下問題:1) 被迫增加石灰等散狀料消耗量，使之渣量大化渣困難，易產生噴濺，返干粘槍等生產事故;2) 導致升溫速度快，易產生溫度-碳、溫度-磷平衡失控，造成脫磷困難，反復拉磷過吹，終點命中率低;3) 吹煉過程不宜控制，易造成物料消耗高、鐵損大，同時造成吹煉時間長，影響生產節奏。

2 冶煉低碳低磷鋼工藝及終點要求

馬鋼鐵水條件: w ( C) = 4． 0 % ～ 4． 5 %;w( Si) = 0． 20 % ～ 0． 60 % ; w ( Mn) = 0． 25 % ～0． 40 % ; w ( P ) = 0． 08 % ～ 0． 14 % ; w ( S ) =0． 020 % ～ 0． 040 % ，溫度為1 280 ～ 1 350 ℃ 。

工藝路線: 鐵水→轉爐→吹氬→LF→薄板坯連鑄，轉爐冶煉周期為 38 min。

終點鋼水要求: w( C) =0． 04 % ～0． 07 %，w( P) ≤0． 015 %，出鋼溫度要求1 610 ～1 640 ℃。

3 采用礦石加生白云石溫控技術

由于采用高鐵水比冶煉模式，即原裝入制度由107 t 鐵水 + 25 t 廢鋼調整為 125 t 鐵水 + 7 t 廢鋼，造成熱量明顯富裕，由于礦石和生白云石分解吸熱量大，同時礦石中鐵可還原提高鋼水收得率，而且生白云石價格很低，對造渣料從原來以石灰、輕燒白云石、鎂球為主調整為石灰、生白云石、礦石為主，即可有效平衡富裕熱量而且造渣料成本下降。

基于上述思路采用生白云石加礦石溫控技術的核心是: 利用礦石和生白云石中主要成分分別是 Fe2O3、Fe3O4和 CaCO3、MgCO3，還原分解需吸收大量的熱量［2］。

CaCO3= CaO + CO2

ΔH = 178． 3 kJ/mol    ( 1)

MgCO3= MgO + CO2

ΔH = 100． 59 kJ/mol   ( 2)

Fe3O4( s) =3Fe ( s) +2O2

ΔH = 1103． 12 kJ/mol  ( 3)

Fe2O3( s) =2Fe( s) +3/2O2( g)

ΔH = 815． 023 kJ/mol  ( 4)

應用煙氣分析動態控制模型熱平衡計算，確定合理造渣料配比包括生白云石和礦石加入量，根據煙氣分析指導造渣料加入量和時機，優化供氧造渣制度，合理控制溫度及脫磷所需要的渣堿度和渣中 FeO 含量，保證最終脫磷效果和終點 C-T 雙命中目標，達到既可以有效平衡富裕熱量，減少造渣料加入量和成本，又最大限度吸收礦石還原分解出來的鐵，提高鋼水收得率降低鋼鐵料消耗的效果。

4 高鐵水比冶煉生產實踐

4． 1 造渣料加入量

根據馬鋼120 t 轉爐冶煉低磷低碳鋼時采用高鐵水比的裝入制度，應用煙氣分析動態控制模型熱平衡計算和生白云石加礦石溫控技術，在確保轉爐出鋼磷和終點碳溫雙命中的要求下，確定終點溫度為1 610 ～ 1 640 ℃，終點鋼水 w( C) = 0．04 % ～0． 07 % ，終渣堿度達到3． 2 ～ 3． 5，終渣 w( FeO) 控制在15 % ～25 %，終點 w( P) ≤0．015 %，將鐵水成分與溫度、廢鋼以及造渣料石灰、生燒白云石、礦石等成分輸入控制模型，計算出確保達到終點要求所需要散狀料加入量及配比。

4． 2 控制噴濺

針對噴濺主要分為前期泡沫渣噴濺和中期爆發性金屬噴濺，原因分別是前期鐵水中硅優先氧化生成高 SiO2含量酸性泡沫渣，占據有效空間噴出爐口而形成; 吹煉中期噴濺主要是高鐵水比冶煉熱量富裕使碳氧易提前進行并反應激烈升溫快，渣中( FeO) 低，化渣不良金屬裸露，短時間內產生大量的一氧化碳氣體急劇排除，帶動鋼渣噴出爐口而形成［3］。采用高鐵水比冶煉低碳低磷系列鋼時，控制噴濺的要點: 1) 由于采用生白云石加礦石溫控技術，根據熱平衡計算在吹煉過程中加入了所需的生白云石加礦石，使總渣量由原87． 1 kg / t 降到79． 5 kg / t，熔池上部自由空間有所擴大為減少噴濺創造條件; 2) 實行留渣操作開吹時不加料，吹氧 3 ～5 min 左右選擇適當時機倒去泡沫渣避免前期泡沫渣噴濺的發生; 3) 針對高鐵水比冶煉升溫速度快特點，倒去泡沫渣后迅速加入總量 2/3 的生白云石和礦石及石灰，吹氧過程根據槍位和氧量不斷連投生燒和礦石，控制升溫速度達到碳氧均衡反應，使一氧化碳氣體平穩排出; 4) 經過對煙氣分析曲線變化趨勢的研究與轉爐冶煉操作相關研究，掌握了噴濺的發生與曲線變化的對應關系，開發對可能出現噴濺的預報模式［4］，煉鋼操作人員可以直觀地了解到爐內的冶金反應情況，及時采取措施短時間提槍加料降低碳氧反應速度防止噴濺發生，轉爐噴濺率明顯下降，根據噴濺預報模型，在 2011 年 12 月—2012年 2 月期間，跟蹤統計了 328 爐次的數據，噴濺率由原來的18． 2 %降低到5． 6 % 以下，吹損率由原來的10． 3 %降低到現在的8． 7 %。

4． 3 脫磷

根據冶金學原理可知: 2［P］+ 5( FeO) + 4( CaO) = ( Ca4P2O9) +5［Fe］，脫磷需要爐渣中有較高的氧化鐵和堿度，以及較低熔池溫度有利于脫磷，此外，由于脫磷反應屬于界面反應需加強攪拌動力學條件，以加大渣與金屬的接觸面積［5］。

根據馬鋼鐵水 w( P) =0． 08 % ～0． 14 %，終點鋼水 w( P) ≤0． 015 %的目標，冶煉高鐵水比模式時: 1) 應用生燒加礦石溫控技術，倒去初期渣后立即加入總量 2/3 的生燒和礦石及石灰，礦石有助化渣提高堿度和生燒分解成氧化鈣、氧化鎂以利用前期溫度較低的有利時機進行脫磷，同時控制溫度平緩上升逐漸命中終點溫度; 2) 實行留渣操作以幫助化渣，同時要求所使用石灰質量要達到二級以上，即 w( CaO) ≥90 %、w( MgO) ≤2 % 、w( SiO2) ≤2 %、w( S) ≤0． 05 %、IL≤5 %、活性度達到 360 mL，終點堿度控制在3． 2 ～ 3． 5;3) 造渣制度實行鐵質成渣路線即保證吹煉過程和吹煉終點渣中有較高的氧化鐵［6］，槍位實行“低→高→低”模式并結合底吹攪拌強度如表 1，控制渣中w( FeO) 在吹煉前期15 % ～18 %，中期12 % ～ 15 % ，后期15 % ～ 25 % ，實現 ( FeO) 含量由吹煉前期到中期的緩慢下降再到后期平緩上升的過程如圖 1，特別是要避免在吹煉中期由于碳-氧激烈反應，渣中( FeO) 激劇下降而易出現爐渣返干，造成脫磷困難甚至出現回磷及粘槍現象;4) 利用生燒和礦石還原分解不僅能吸收高鐵水比冶煉產生大量富裕的熱量，而且分解后生成CO、CO2氣體和氧化鐵、金屬鐵對加強熔池攪拌和化渣脫磷及提高金屬收得率起到促進作用; 經過實踐，轉爐脫磷率達到90 % 以上，保證終點鋼水w( P) ≤0． 015 % 。

4． 4 提高終點 C-T 命中率

在高鐵水比條件下應用煙氣分析動態控制冶煉低磷低碳鋼，代表鋼種為 SPHC，鋼種要求w( C)= 0． 04 % ～ 0． 07 % ，要提高終點 C-T 的命中率即 w ( C) ± 0． 01 %，T ± 16 ℃ 的 目 標，關 鍵是控制好吹煉過程溫度-碳、溫度-磷平衡，采用生燒加礦石溫控技術和上述合理脫磷參數以確保終點 w( P) ≤0． 015 %。另外采取以下措施: 1) 保持轉爐底吹攪拌與長壽爐齡同步技術，以使熔池鋼水成分和溫度攪拌均勻，并使煙氣中 CO、CO2和氧濃度能真實的反應轉爐熔池氧化反應過程，保持煙氣分析全程準確有效; 2) 加強對入爐鐵水和造渣材料化驗檢測，強調其成分、溫度、質量的準確和及時性，在兌鐵前須傳輸到爐前計算機進行模型計算，3) 規范轉爐冶煉操作，高鐵水比冶煉時倒完初期渣后，要求全程降罩操作，首批料生燒、礦石和石灰要達到總量的 2/3，其余可根據情況分批加入，終點前 3 min 不得加料，氧槍模式選為自動控制，以確保煙氣曲線與熔池成分對應的準確性。經過實踐 857 爐次中實現碳溫雙命中達91． 2 % ，冶煉周期可控制 38 min 以內，滿足工序要求。

4． 5 控制脫硫和擋渣

馬鋼鐵水中 w( S) 一般在0． 02 % ～0． 04 %，在高鐵水比冶煉低碳低磷鋼時，要求轉爐出鋼w( S) ≤0． 025 % ，應采取以下措施: 1) 利用脫硫的熱力學條件在吹煉中后期高溫、高堿度、低氧化性的有利條件脫硫; 2) 嚴格控制含硫高的爐料加入量，廢鋼以自循環廢鋼為主; 3) 可依靠鐵水預處理脫硫，將鐵水終點 w( S) 脫至0． 005 %，做到轉爐終點出鋼 w( S) ≤0． 025 %以下; 4) 對個別硫高爐次可利用 LF 造還原渣脫硫處理。出鋼雙擋渣，吹煉前用擋渣帽堵出鋼口，防止搖爐出鋼時下渣，出鋼快結束時，用擋渣塞擋渣，控制下渣量小于 5 kg/t。

5 高鐵水比冶煉效果

分別跟蹤統計了采用低鐵水比( 107． 4 t 鐵水+ 25． 2 t 廢鋼) 、高鐵水比( 125． 5 t 鐵水 + 7． 3 t廢鋼) 模式冶煉 512 爐和857 爐數據，對其爐料和渣料結構消耗成本進行計算對比，如表 2。

按照當前市場價格，由表 2 可以粗略計算出，由爐料和渣料消耗所降低的成本可降低13．16元/t( 不包括鐵損由10．3 %降低到8．7 %的效益) 。

6 結 論

1) 煉鋼爐料是鋼廠成本最主要的構成，根據效益最大化原則對爐料結構進行調整是降本一個重要方面，轉爐煉鋼對爐料結構的變化要有針對性技術和措施，可實現冶煉平穩、終點命中率提高、消耗下降等顯著效益。

2) 采用高鐵水比冶煉低碳低磷鋼時，應用煙氣分析動態控制和礦石加生燒溫控技術，礦石消耗可達30 kg/t，噴濺控制在5．6 %，吹損從10．3 %降低到8．7 %以下，總渣料控制在79．5 kg/t，僅爐料結構可降低成本13．16元/t，實現出鋼鋼水w( P) ＜0． 015 % ，終點 C-T 雙命中率達91． 2 % 的目標。

參 考 文 獻

［1］  吳明，梅忠． 轉爐煙氣分析動態控制煉鋼技術［J］． 冶金設備，2006( 4) : 71．

［2］  李自權，李宏，郭洛方，等． 石灰石加入轉爐造渣的行為初探［J］． 煉鋼，2011，27( 2) : 33-35．

［3］  鄭沛然． 煉鋼學［M］． 北京: 冶金工業出版社，1994: 74-76．

［4］  吳明，李應江，吳發達，等． 煙氣分析動態控制煉鋼技術的實踐應用［J］． 中國冶金，29，19( 4) : 23-27．

［5］  曲英． 煉鋼學原理［M］． 北京: 冶金工業出版社，1987． 153．

［6］  萬雪峰，李德剛，曹東，等． 260 t 復吹轉爐單渣深脫磷工藝研究與實踐［J］． 煉鋼，2011，27( 2) : 1-5．