赵洪伦，李生根

（山东钢铁集团淄博张钢钢铁有限公司，山东淄博256400）

摘  要：为满足帘线钢低P、低Ti 要求，冶炼过程中采用双渣留渣工艺，一次造渣碱度控制为1.5～2.0，FeO 控制在15%～20%，保证了炉渣良好的流动性；二次造渣时加入石英砂，促进化渣，提高炉渣流动性，提高脱磷能力；对留渣炉次采取炉渣固化操作，实行每炉确认制度，防止兑铁发生喷溅。冶炼过程平稳，终点C 0.12%、P 0.003 9%、Ti 4.5×10-6，脱磷率达到了95%以上，脱钛率达到了98%以上。

关键词：帘线钢；转炉冶炼；双渣＋留渣；脱磷；脱钛

1 前言

山东钢铁集团淄博张钢钢铁有限公司（简称张钢）为应对严峻的钢铁市场形势，2015 年开始转型升级，对产品结构进行调整，帘线钢成为重点开发的钢种。钢帘线主要用于轮胎子午线增强用骨架，具有强度高、韧性好的特点，也是线材制品中要求高、生产难度大的产品之一。由于帘线钢盘条要被拉拔成Φ0.15～Φ0.38 mm 的帘线，线材长度增加了1 400 倍，截面积缩小至原来的0.08%，接近拉拔工艺的极限，还要经过高速双捻机合股成绳，整个过程要求100 km 断丝率＜1 次。因此，对于原料线材组织及成分的均匀性、洁净度以及综合质量有着极为严格的要求，钢中不允许出现TiN 夹杂，同时尽量避免产生磷偏析，对终点P 和Ti 的含量要求极低^［1］，传统的单渣法炼钢无法满足产品质量要求。为此，探讨了在转炉生产环节采用“双渣+留渣”操作工艺，并针对生产中遇到的问题进行改进，取得了较好的脱磷脱钛效果，满足了帘线钢生产的要求。

2 帘线钢生产工艺开发

2.1 设备原料

张钢炼钢厂共有2 座120 t 顶底复吹转炉，炉底有6 块透气砖，底吹氮/氩气，供气量100～180 m³/h；采用4 孔拉瓦尔型氧枪。冶炼原料包括：铁水（成分见表1）、废钢，造渣材料有石灰、压球、烧结矿、轻烧白云石。张钢炼铁厂根据帘线钢的生产计划提前变料，使铁水条件满足表1 要求，大大缓解了转炉脱磷脱钛压力。

2.2 开发工艺参数

通过对脱磷热力学和动力学条件进行分析，转炉冶炼过程脱磷、脱钛反应基本是在钢渣界面上进行，脱磷、脱钛速率主要受渣钢两侧的传质速率控制，因此充分的搅拌能促进脱磷反应的动力学条件。顶吹氧气流对熔池升温影响最大，采用顶吹模式，虽然有利于金属熔池中的氧化去除，也有利于改善渣—金属界面传质条件，但由于受渣—金属界面温度快速提升的影响，也可能会激活熔池中碳氧化的整体反应提前发生，不仅与Si、P 争抢与氧气的反应机会，抑制P 的氧化脱除过程，还可能进一步引发熔池温度的整体快速提升，影响脱磷效果。因此应综合考虑，结合“双渣+留渣”工艺特点及相关钢厂生产经验^［2］，造渣工艺关键参数控制如下：

1）一次造渣。钢水中Si 微量，钢水温度1 350～1 400 ℃，炉渣碱度1.5～2.0，渣中FeO 含量控制在15%～20%，渣中MgO 含量6%～6.5%。

2）二次造渣。终渣碱度3.5～4.0，MgO 8%～10%，（FeO）14%～18%，（CaO）（/ FeO）2.5～3.0，出钢温度1 600~1 620 ℃，C 0.10%～0.25%。

2.3 “双渣+留渣”工艺路线

上一炉出钢全留炉渣→溅渣固化炉渣→加废钢确认固化效果→兑铁水→脱磷→倒出部分脱磷渣→脱碳→出钢→留渣→溅渣固化炉渣→加废钢确认固化效果→兑铁水进行下一炉冶炼。

3 生产中存在的问题及优化

3.1 兑铁水预喷控制

转炉终渣中含有一定数量的FeO，这种终渣留到下一炉，在兑入铁水时，就会同时发生以下反应：

（FeO）+［C］=［Fe］+CO； （1）

2（FeO）+［C］=2［Fe］+CO₂。（2）

根据生产经验，当终渣中（FeO）高于20%，式（1）、（2）反应十分剧烈，瞬间产生大量的气体附带着大量的炉渣、铁水冲出，造成爆发性喷溅事故。

要防止喷溅产生，最直接有效的办法是控制炉中气体，杜绝或减缓式（1）、（2）反应的进行。要实现这一目的，要减少式（1）、（2）中反应物含量。

减少兑铁水时炉渣中（FeO）含量方法：

1）通过工艺操作降低终渣（FeO）含量。根据供氧时间、炉口火焰等情况，延长压枪时间，把握好拉碳时机，提高终点碳含量，减少后吹次数等，降低炉渣氧化性。同时，优化底吹工艺，降低终渣（FeO）含量。

2）在溅渣护炉结束后，加入1 000～1 500 kg 石灰或白云石，稀释（FeO）浓度，稠化炉渣；同时，降低炉渣温度。当炉渣温度低于1 508 ℃时，从热力学角度来说可以有效预防喷溅的发生^［3］。

3）采取每炉确认制度，溅渣完毕，对炉渣进行确认，对于过氧化程度严重、炉渣稀薄的炉次，加入适当调渣剂调渣。若溅渣完毕炉渣仍稀薄，可加入适当固化剂稠渣，确认炉渣不稀薄后再兑铁。

4）兑铁时采用先加废钢再兑铁水的方式，开始时缓慢。如果火焰较大，立即停止兑铁，待火焰稳定后再缓慢兑铁，防止炉内反应过快发生喷溅。

3.2 一次造渣工艺优化

初期冶炼过程中存在成渣速度慢、脱磷效率低、一次造渣结束时钢—渣不容易分离、倒渣时容易夹带钢水等问题。结合张钢自身条件及王新华^［4］在“双渣+留渣”法操作中提出的方法进行了改进。

1）含铁造渣料只采用烧结返矿。充分利用其熔化快、乳化性好、成渣速度快等特点。

2）根据石灰质量与铁水温度，用石灰石替代部分石灰。石灰石在高温下分解为石灰和CO₂，分解过程吸热既能降低炉内温度，产生的CO₂又能起到化渣和增加搅拌作用，达到提高脱磷效率和促进钢—渣分离的效果。

3）采用低枪位、高供氧强度吹炼方式。通过加强顶吹氧气对熔池搅拌，促进［P］向渣/铁界面传输，氧枪较常规操作前期枪位降低100～200 mm，供氧强度保持在3.0 Nm³（/ min·t）以上。

4）增加底吹强度进行强搅拌。

5）增加碱性烧结矿的加入量和加入批次。在开吹后加入石灰的过程中同时加入2.5～3.5 t 碱性烧结矿，在加强搅拌的同时使渣中含有足够量的FeO。为保证炉渣的流动性，前期渣中FeO 量控制在15%～20%。

3.3 二次造渣工艺优化

二次造渣过程中存在如下问题：

1）二次造渣过程易出现粘枪、返干等不利过程操作的现象。

2）部分炉次吹炼中后期脱磷困难，终点P 含量偏高（0.03%~0.04%）且处理困难。优化措施：

1）补加适量含SiO₂的造渣料，经过机理与实践分析，最终选取添加适量石英砂，确保渣中适宜的SiO₂含量以利于成渣与渣量的控制。

2）掌握造渣料加入时机，多批次小批量加入，以确保渣料熔化；加入制度根据过程化渣情况灵活掌控。主要依据炉口火焰、喷出物形态、炉内化渣声响等，合理调配造渣料加入时机与数量。

3）生产中为确保化渣的热力学与动力学条件，根据过程化渣情况，采取高、低枪位灵活交替操作的模式，以便兼顾熔池液面和内部搅拌的作用，消除炉渣面上出现的“死角”，消除渣料结坨，加快成渣。在确保合理的化渣动力学前提下，根据过程化渣情况，合理调控渣中FeO 含量与熔池过程温度控制，确保过程化渣的动力学条件。

4 生产效果分析

部分炉次一次造渣炉渣成分、碱度及终点钢水成分见表2。

由表2 可知：1）一次倒渣渣碱度大部分在1.5～2.0 之间，只有1 炉炉渣碱度高于2.0，基本满足目标要求。2）一次倒渣渣中FeO 在15%～18%。实践证明，炉渣具有良好的流动性，一次倒渣几乎可以全部倒净，起到了很好的脱磷脱钛效果，一次脱磷率达到了60%以上，一次脱钛率达到90%以上。终点C 含量平均0.12%，P 平均0.003 9%，Ti 为4.5×10-6，脱磷率达到了95%以上，脱钛率达到了98%以上，满足了帘线钢对终点P＜0.008%、终点Ti＜10×10-6的要求，为精炼环节控制夹杂物的含量尤其是TiN 含量创造了良好的条件。

5 结论

5.1 冶炼采用双渣留渣工艺，终点P＜0.008%，终点Ti＜10×10-6，满足了帘线钢对P 和Ti 的要求。

5.2 一次造渣碱度控制在1.5～2.0，FeO 控制在15%～20%，炉渣具有好的流动性，便于一次倒渣。

5.3 二次造渣时加入适当的石英砂，能够很好地促进化渣，提高炉渣流动性，提高脱磷能力。

5.4 对留渣炉次采取炉渣固化操作，实行每炉确认制度，可防止兑铁发生喷溅。

参考文献：

［1］ 王勇，王全礼，李永东，等. 帘线钢Lx72A 夹杂物控制技术［C］//炉外处理·炼钢·连铸，2005 年中国钢铁年会论文集：453-456.

［2］ 王杰，曾加庆，杨利彬. 复吹转炉双渣法脱磷冶炼工艺一次倒炉温度最优化选择［J］. 炼钢，2015，31（4）：34-37.

［3］ 刘效森，王念欣，贾崇雪，等. 济钢120 t 转炉留渣操作工艺的实践［J］.河北冶金，2010（4）：25-26.

［4］ 王新华. 氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术［C］//2014 年低成本炼钢共性技术研讨会论文集，南京：2014.