高铁脱磷化渣剂试验报告

2024-03-19 13:33:28

高铁脱磷化渣剂试验报告

一、炼钢工艺简介
XX钢厂坐落于XX省中部，为华南地区特大型钢铁联合企业。装备有国内先进的炼钢工艺装备，在产量、品种、质量上面已达到国内同类企业先进水平。2017年，钢产量达到 1300万吨，品种涵盖了建筑、造船、桥梁、汽车、及其它工业用材。炼钢厂的主要装备有：三个生产作业区（相当于炼钢分厂），第一作业区装备三座150吨转炉，年产钢500 万吨，第二作业区装备三座120吨转炉，年产钢450万吨，第三作业区装备两座 150 吨转炉，年产钢 350 万吨。全厂共计8座转炉，配备铁水预处理、LF 精炼、RH精炼、全连铸等工艺装备及辅助生产设备。

炼钢生产工艺流程为：铁水→转炉冶炼→出钢→氩站→精炼→连铸。
转炉造渣是炼钢生产的重要环节。转炉造渣的主要目的是去除有害杂质磷和硫。造渣熔剂主要以石灰、生白云石为主, 以萤石等为辅助化渣。由于萤石对炉衬有严重的侵蚀作用，目前国内转炉炼钢逐步淘汰萤石。近年来，炼钢生铁硅含量都有走低的趋势，这虽然对钢铁工业降低生产成本有利，但给转炉炼钢造渣化渣增加了难度。在这样的情况下，需要探索新的造渣化渣工艺。下面是XX钢厂的铁水条件及造渣工艺，见表1所示。
表1 铁水条件及现有造渣工艺参数 (%)

平均温度	Sic	p	S	铁水耗	废钢耗	石灰耗	白云石	矿石	助熔	造渣方法
1250	0.15-0.85	0.01-0.017	0.020-0.05	880-920	160-185	35-45	15-25	5-25	无	单渣双渣留渣

表2 高铁脱磷渣剂试验情况 （%）

试验
情况

试验炉数

加入量（Kg）

铁水硅（ % ）

铁水温度（℃ ）

起渣
时间

返干
时长

添加

100

平均
494

最大
589

最小
398

Si
0.45

最大
0.80

最小
0.15

平均
1322

最大
1407

最小
1210

15秒

不加

100

0.44

0.76

0.23

1390

1403

1250

220

表3 试验终点对比情况

试验项目	终渣成分					终点钢水成分
试验项目	碱度	CaO	SiO₂	Al₂O₃	P₂O₅	TFe	P	S	终点O PPm
添加炉次	3.05	51.9	17.08	2.51	3.87	10.3	0.012	0.024	308
不加炉次	3.1	49.8	15.08	1.88	3.34	14.35	0.023	0.026	379
对比	－0.05	2.1	1.92	0.63	0.53	－4.05	0.011	0.002	－79

二、脱磷化渣剂用于转炉造渣的可行性分析
转炉造渣主要以CaO、SiO₂、FeO三元渣系为基础，查看相图可知，在炼钢温度下，该三元渣系相图液相区的窗口不大，随着炉渣碱度的提高，炉渣熔点会落入高熔点区域，出现炉渣不化或“返干”的现象。铁水硅含量的走低以及过分追求大废钢比冶炼，加剧了化渣难度，容易导致粘枪、粘烟罩、磷高、硫高等冶炼事故，从而影响生产顺行。萤石作为化渣剂固然效果明显，但其侵蚀炉衬、化渣持续性有限、污染环境等负面影响比较突出而逐渐被淘汰。
脱磷化渣剂富含Al₂O₃、FeO、TiO₂、SiO₂、Na₂O等成分，研究表明，加入脱磷后，显著扩大显著扩大CaO-SIO渣系的液相区

图1脱磷化渣剂对CaO-SiO2-FeO渣相区的影响
脱磷化渣剂中的Al₂O₃为两性氧化物，研究表明，转炉渣系中加入一定量的脱磷后，可以促进富磷离子团的富集，从而对脱磷有利。此外，脱磷与萤石化渣剂相比，对炉衬侵蚀作用小，对护炉提高炉龄有利。
综上所述，脱磷化渣剂作为炼钢熔剂完全可行。

三、脱磷化渣剂高效化渣剂造制造流程
1、脱磷制造工艺流程如下：
晾晒—加粘接剂和配料—混匀—成型—晾干—成品入库。生产工艺简单，成品制成球后得到的脱磷基化渣剂理化指标如表4所示。
表4 脱磷的理化指标

指标	FeO₃	AIO₃	TFe	CaO	SiO₂	Na₂O	H₂O
含量%	32	20.94	23.42	15.12	12.23	3.26	＜5

四、脱磷化渣用于转炉造渣、化渣试验试验方法
1、吹炼过程中加入一定量的脱磷化渣剂参与造渣。
2、观察吹炼过程的化渣效果，比对终点情况。
3、观察终渣状态并取样分析成分。
4、分析加入脱磷化渣剂评估其它冶金效果。
5试验结果
在XX钢厂120吨转炉上进行了试验，试验数据经过汇总后如表3所示。
（1）、化渣效果：试验结果表明，加了脱磷化渣剂的炉次成渣速度明显加快，吹炼过程“返干”程度明显降低，化渣效果得到改善。在同一钢种上对转炉终渣取样分析发现，加入脱磷化渣剂炉次的渣中Al₂O₃、SiO₂有升高趋势，终渣TFe有下降趋势，终点渣明显改善。如表 4所示。
（2）、双渣操作：双渣操作在硅高铁水及冶炼低磷钢上经常被采用，双渣操作存在的技术问题主要是冶炼前期炉温低，前期渣不容易形成高碱度渣，脱磷效率低，熔渣流动性不好，排渣时带出的铁多，铁损耗较大。脱磷化渣剂在双渣炉次上具有出色的冶金效果，主要体现在促进前期渣早化渣，提高炉渣的流动性和钢渣分离效果，很好地解决了上述双渣操作存在的问题。
(3)、压渣效果：试验过程中发现，脱磷化渣剂对终点泡沫渣具有良好的抑制作用。通过多炉反复试验，验证了其出色的压渣效果，与原来外购的压渣剂功能相当或更优。分析认为，冶金过程中熔渣的泡沫、乳化现象较为常见，转炉炼钢正是利用了炉渣发达的乳化现象极大提高了钢-渣接触面积，为冶炼过程中化学反应提供了良好的动力学条件。然而冶炼达到终点，人们又希望抑制炉渣的发泡程度，从而有利于出钢操作和溅渣护炉。相关研究表明，影响炉渣泡沫化的主要因素是炉渣表面的张力、粘度、以及炉渣的比重。泡沫化程度与炉渣的粘度成正比，与炉渣的表面张力和密度成反比。脱磷化渣剂良好的化渣效果降低了炉渣的粘度，因而能制止炉渣的泡沫化。炉渣中存在气泡和固体质点对炉渣泡沫化也有促进作用，泡沫渣是一种亚稳态，加入脱磷化渣剂后，因其本身含有水分，加入高温的炉渣后会产生强烈的炸裂作用，破坏了渣中的气泡和固体质点的稳定状态，从而抑制了炉渣的泡沫化程度。
结论：由于脱磷化渣剂同时具备了化渣、双渣造渣、出钢压渣等多种冶金功能，试验取得了良好的
冶金效果。

五、溅渣护炉试验
实践证明，通过优化渣料结构及加入顺序，改进溅渣护炉技术和加强炉衬维护，炉龄得到大幅度提高，试验表明三座转炉的炉龄均稳定在11000炉左右，不仅降低了护炉成本，而且提高了炼钢作业效率，取得了显著的经济效益。

六、其它方面试验
主要研究脱磷化渣剂对炉衬的侵蚀、对钢质量的影响、以及扩大使用规模的讨论。1、侵蚀炉衬试验,实践表明，脱磷化渣剂基与萤石相比，对炉衬没有侵蚀，实践过程验也证了这一结论。在作用于化渣吨钢用量10kg/t；作用于压渣吨钢用量2kg/t的前提下，不会对炉衬侵蚀造成影响。
2、增氢试验：鉴于脱磷化渣剂含有水分，可能对钢中的氢含量有所影响。为此笔者做了跟踪对比和分析，结果表明，加入脱磷化渣剂的炉次和不加的炉次，钢中的氢含量没有差别。分析原因认为，由于在整个吹炼过程大量中大量的脱碳反应释放大量的CO气泡，为钢中氢的去除创造了良好的条件，因而对增氢不会造成影响。而压渣的加入量小，而且与钢液没有紧密接触，因此该化渣剂不会发生增氢作用。

七、结论
脱磷化渣剂出色的化渣能力、较高的氧化性，是良好的脱磷剂，应用于铁预处理、转炉双联工艺、双渣工艺，少渣冶炼工艺等，势必是良好的应用途径。
脱磷化渣剂在XX钢厂试验成功，应于转炉化渣剂、压渣、冷却，并在双渣冶炼操作时能作脱磷剂和钢-渣分离剂，已规模化应用于炼钢生产，获得良好的效果，具有成本低、冶金效果好的优点，并对炉衬及钢水质量均无负面影响。