电炉炼钢终点控制工艺实践

电炉炼钢终点控制工艺实践

李杨,陈平

西宁特殊钢股份有限公司青海 西宁 810005

摘要：为了响应国家“碳达峰”及“碳中和”的战略目标，电炉炼钢将会在钢铁生产企业得到越来越广泛的应用。不过电炉炼钢因其料型结构以及设备工艺特点，易造成冶炼终点钢水过氧化，对炼钢产品的质量产生较大的隐患。因此对电炉炼钢生产过程研究以控制电炉终点钢水质量十分重要的。其中，如何在电炉炼钢过程实现保碳脱磷是十分值得研究，如何实现高效脱磷和终点保碳，直接影响到了电炉炼钢的品质和效率。本文就某钢厂110tConsteel超高功率电炉冶炼工艺对电炉冶炼终点控制进行研究与探讨。

关键词：电炉炼钢；终点控制；Consteel电炉

引言：某钢厂采用110tConsteel电炉→70LF→70tVD→70t连铸机生产模式进行特殊钢的生产，其电炉的主要技术特点是半铁冶炼，Consteel输料道持续预热进料，EBT出钢，炉体快速回顷，炉壁超音速集束氧枪，超高功率直流电极，炉内喷碳，连续留钢操作。

1造渣工艺

1.1Si及Si氧化产物

由于Si元素与氧气结合能力很强，电炉冶炼起始带入的Si元素会很快的被氧化生产SiO2并进入渣中，结合各类物料Si含量及产生SiO2如表3-1-1所示：

经过计算可知，各类钢铁料中含有的Si经过氧化会形成约557kg SiO2进入渣中。

1.2泡沫渣成渣碱度确定

碱性渣中，SiO2属于表面活性剂，可以降低炉渣的表面张力，有利于炉渣发泡，但也会造成炉渣粘度降低，这又会不利于炉渣发泡。根据先前的研究表明，R=2.2-3.0的碱度时，炉渣的发泡性能最好[1]。

1.3 造渣工艺设计

以目标R=2.5计算，渣中的（CaO）=557kg×2.5=1393kg，按照某钢厂石灰平均活度92%计算，需要在硅锰氧化期结束时总共累计加入石灰量约1500kg。

因此制定以下造渣工艺：

兑铁后吹氧3-5min一次性加入石灰500kg，随着冶炼过程进行，根据炉内渣况，在随后的10min内，分批次按照每批次200-300kg加入总量1000kg石灰造渣，随后进入脱磷期，期间根据终点P控制要求分批次放渣及补充石灰3-5次总量800-1200kg保持炉内泡沫渣，持续15-20min后取预判样。

2脱磷及炉内温度控制

2.1 脱磷反应

电炉炉内脱磷反应式：

2[P]+8(FeO)=3FeOP2O(s)+5[Fe]

一般认为，温度≤1580℃对于脱磷反应是有利于进行的，但是较低的温度不利于泡沫渣的形成，因此，制定脱磷期温度为1540℃-1580℃。

2.2 炉内温度控制

制定以下吹氧及送电工艺，以保证炉内温度控制：

（1）硅锰氧化期：兑入铁水10-15t时开始送电吹氧，氧气流量1500m3/h。兑铁完成后，氧气流量4000-5000 m3/h，持续5-8min后测温，温度＞1520℃后进入脱磷期；

（2）脱磷期氧气流量3000-4000 m3/h，温度＞1540℃后调整为3000 m3/h后保持，期间测温如果温度超过1580℃则停止送电，温度＜1540℃开始送电。保持10-15min后取样分析P成分符合内控要求后，进入脱碳升温期；

（3）脱碳升温期：送电并调整氧气流量氧气流量4000-5000 m3/h，温度达到1620℃以上停电停氧出钢。

3喷碳工艺

3.1渣中（FeO）保持

由于渣中FeO不但是脱磷反应的重要反应物质，又是炉渣的表面活性物质，因此保证渣中一定含量的（FeO）又是很有必要的。渣中（FeO）在15-20%时，炉渣的发泡性能及脱磷效果良好[2]。

有研究表明[3]，钢液中[C]在0.2%-0.4%范围内时，吹入的氧气既会和钢液中的[C]发生反应，也会和钢液中的[Fe]发生反应。反之则偏向于与[C]或者[Fe]进行反应。因此为了保证渣中（FeO）含量稳定，既不造成钢铁料的过度损失和钢液过氧化，也不造成渣干不发泡，使用碳枪喷碳粉来保证熔池中的碳含量是很有必要的。

3.2喷碳工艺

取样结果报回后，[C]成分＞0.4%时不喷碳粉，[C]成分0.2-0.4%时，碳粉按照15kg/min速度喷入，[C]成分＜0.2%时，碳粉按照20kg/min喷入，[C]成分＜0.1%时，碳粉按照35kg/min喷入。

4工艺实践

4.1冶炼钢牌号20Cr。

配料如表4.1.1所示：

使用铁水成分如表4.1.2所示：

4.2电炉冶炼过程：

（1）硅锰氧化期：

①兑铁3min后送电，氧枪总流量1500m3/h；

②兑铁完成后氧枪调整总流量5000 m

3/h，吹炼3min后一次性加入石灰503kg，继续吹炼5min，期间分4批次加入石灰总量1012kg，测温1526℃。

（2）脱磷期：

①氧枪调整至总流量3000m3/h，保持7min，期间分3批次放渣加入石灰总量604kg，测温1559℃，取样；

②调整氧枪总流量2000m3/h，保持4min后试样结果返回，C成分0.462%，P成分0.026%；

③开碳枪流量15kg/min，氧枪总流量2000m3/h，继续保持5min，期间期间分2批次放渣加入石灰总量397kg，测温1594℃，取样分析，停止送电 ；

④关闭碳枪，氧枪总流量2000m3/h，4min后试样返回，C成分0.163%，P成分0.012%，测温1583℃。

（3）脱碳升温期：

打开碳枪流量35kg/min，送电，氧枪调整至总流量5000 m3/h，期间持续放渣，保持5min后停电及氧气，测温1626℃符合出钢条件出钢。

4.3冶炼结果验证

电炉相关KPI完成情况如表4-3-1所示：

电炉冶炼周期及终点控制KPI符合要求。

5结论

（1）通过合适的渣料配比，将炉渣碱度控制在2.2-3.0，有利于形成泡沫渣，提高脱磷反应的动力学条件；

（2）通过合理的吹氧及送电工艺，将脱磷温度控制在1540-1580℃，同时辅助以炉内喷碳工艺，将渣中FeO含量控制在15-20%范围内，有利于脱磷反应的进行，提高脱磷反应的热力学条件。

（3）通过提高脱磷反应的动力学条件和热力学条件，可以提高电炉脱磷期脱磷效率，避免长时间脱磷导致脱碳严重，可以避免出钢过氧化，有效提高电炉终点钢水质量。

参考文献：

[1]王维,胡尚雨.电弧炉炼钢脱磷的研究与实践[J].炼钢,2006(06):15-17..

[2]亓福川,叶飞来,谷昊等.电炉快速脱磷工艺的研究[J].山东工业技术,2018,No.256(02):55.

[3] 刘宗辉. 连续加料式电炉工艺技术研究[D].东北大学,2008.