维生素C含量_转炉吹炼终点含量的控制

　　摘要： 本文详细阐述了转炉吹炼终点[C]与钢铁料消耗、炉龄、出钢过程、回磷、废钢比等相关指标或参数的关系，进而指出了制定与不同钢种相对应的拉碳工艺的必要性。　　Abstract： This paper expounds the relationship between the end-point converter [C] and related indicators or the parameters， such as steel material consumption， prolong furnace life， the steel process， back top， scrap steel， and so on， and then points out the necessity of formulation of different kinds of corresponding pull carbon process.
　　关键词： 回磷；炉龄；拉碳工艺
　　Key words： back to phosphorus；reblow；pulling carbon process
　　中图分类号：TF4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）34-0032-02
　　0 引言
　　准确判断吹炼终点将影响产量、炉龄、质量和消耗等转炉各项主要经济指标[1]。钢中[C]含量是转炉吹炼终点最重要的控制参数之一。长期以来，国内钢厂普遍采用低拉碳的出钢工艺，分析其外在原因多是利用后吹提温的作用达到增加废钢比，降低铁水消耗的目的。而从本质上讲，人们对后吹所造成的危害认识不深或不清才是其根本原因。因此明确阐述终点[C]与各相关因素之间的关系，对制定合理的转炉吹炼工艺无疑具有重要的指导意义。
　　1 终点[C]与相关参数或指标的关系
　　1.1 终点[C]与渣中（FeO）的关系 众所周知，转炉吹炼终点[C]是决定钢中[O]含量的主要因素，二者之间的关系应该服从[C]—[O]平衡曲线，但受高温条件下的炼钢反应动力学条件限制，C、O反应很难达到平衡，因此钢中必然存在过剩[O]和（FeO）。
　　1.2 高拉碳工艺优势分析
　　1.2.1 终点[C]与钢铁料消耗的关系 钢铁料消耗作为钢铁企业最重要的成本指标，降低钢铁料消耗对钢铁企业的效益乃至生存显得尤为重要，特别是在钢材市场疲软的形势下尤其如此，成为企业挖潜增效、降低钢的成本的首要措施。但是钢铁料消耗是一受综合因素影响的多元函数，本文在此不作详细的展开综述，仅就吹炼终点[C]对钢铁料消耗的影响作重点的分析与讨论。
　　由[C]-（FeO）关系图可见，随着终点[C]的降低，渣中（FeO）呈升高的趋势，[C]0.06～0.08%，锰元素吸收率稳定于95%以上的水平，而后吹时因[O]的分布明显加大，使元素吸收率呈现以下两个特点，一是吸收率明显下降，二是吸收率波动大，使配料计算难以把握，从而大大降低了成品成分的稳定性。
　　单从合金吸收率对成本的影响来看，吸收率每降低10%，吨钢成本升高：普碳钢11～12元；低合金钢27～28元。而后吹与正常情况相比，吸收率降低幅度可达20%以上，由此可见推行高拉碳工艺仅对合金料消耗而言，其中所蕴含之潜力极为可观。
　　1.2.3 终点[C]与炉衬寿命的关系 众所周知，对炉衬寿命影响最大的操作因素是渣中（FeO），或者进一步说是终点[C]。渣中（FeO）升高除通过直接与炉衬成分进行化学反应而侵蚀炉衬外，对炉衬寿命的影响还表现在其作为目前推行的大幅度提高炉龄的新技术措施—溅渣护炉的关键控制参数，对溅渣效果起着至关重要的作用方面，如太钢、鞍钢、首钢、莱钢等炉龄均已达到或超过万炉大关，从最新报道看，目前国内炉龄记录已突破15000炉的水平。炉龄大幅提高得出的共同经验之一即是降低终渣（FeO）含量，因为高（FeO）的铁质渣不仅直接降低溅渣层的耐高温性能，而且一定程度上抵消了MgO在渣中所发挥的作用。因此，（FeO）成为溅渣护炉最重要的技术参数。综合各研究机构及现场实践得出的结论：溅渣时终渣（FeO）的最佳控制范围为13～18%，不采用高拉碳出钢工艺很难达到上述要求。
　　由上所述，终[C]对炉龄的影响一是吹炼过程炉衬的化学侵蚀，二是溅渣后溅渣层的熔化性温度，实行高拉碳出钢工艺是提高炉龄的前提条件。
　　1.2.4 终[C]与钢的质量 高[C]出钢的优势还表现在对钢的内在质量的影响。如前所述，[C]—[O]之间存在相关关系，随着[C]的降低，钢中氧位升高，脱氧后钢中氧含量也高，这意味着一方面对不具备炉外精炼设施的企业而言，势必造成最终产品的全氧含量增加，从而使钢的总体水平下降，如PC钢（30MnSiV），通过市场跟踪，发现终[C]与盘条的拉拔性能二者之间存在明显的对应关系，盘条拉拔断裂和镦头开裂严重的炉次往往与终点[C]低有关，而终点[C]较高的炉次，发生质量异议的机率明显减少，经取样化验，后吹钢中氧含量增加1倍以上，因此可以说[C]低是导致钢的内在质量下降的根源。另外，从另一角度来讲，即使对具备炉外精炼设施的企业，钢中氧含量高也会增加精炼处理的负担，进一步降低氧含量需要付出更大的代价，从而增加钢的成本。后吹钢对钢质量的影响还表现在使钢的可浇性变差，生产中多次发现，普碳钢因钢水流动性差而导致浇注中断事故多与后吹有关，这主要是由于后吹钢脱氧后产生大量的一次夹杂物所致，现场表明，采用高拉碳出钢工艺，浇注水口结瘤现象大为减少甚至消失。 　　1.3 高拉碳出钢工艺劣势分析
　　1.3.1 废钢比的确定 由于铁水与废钢之间往往存在一定差价，钢厂曾一度采用低拉碳靠Fe元素氧化放热达到增加废钢入炉量，从而达到降低铁耗降低钢成本的目的。Fe元素氧化放热见式①、②。
　　Fe+1/2O2=FeO 5016kJ/kg ①
　　2Fe+3/2O2=Fe2O3 6662.92kJ/kg ②
　　氧化一公斤Fe元素可放热2/3×5016+1/3×6662.92=5567.76kJ，而将1公斤废钢加热至出钢温度约吸热1463 kJ，由此可以得出每氧化1公斤Fe元素多吃4kg废钢的结论。
　　可见，采用后吹的手段增加废钢比降低铁耗的作用确实是明显的，但如前所述，后吹所带来的最大弊端是钢铁料消耗升高、炉衬寿命降低、合金料消耗增加等。但如废钢量加入量不足，也会造成铁水带入热量过剩，使渣料消耗及吹炼过程因温高引发的喷溅事故增加，还会使高温钢比例增加，这与当前普遍推行低温快注和高效化连铸的发展趋势显然是相悖的。因此，根据本厂的原材料条件通过过程热平衡及物料平衡计算，在高拉碳工艺原则下确定出自己的废钢比是很有必要的。
　　1.3.2 终点[C]与回磷的关系 成品钢中的磷含量一般高于冶炼终点的磷含量，这种现象称为回磷[3]。根据P氧化反应的热力学条件，钢中[C]低，钢及渣中氧化性高，渣中（FeO）升高有利于反应向脱P方向移动，且从动力学角度看在炼钢条件下P的氧化反应速度非常快，因此不难推断热力学条件基本决定了渣钢间P的分配比。以上分析说明终[C]与出钢过程回磷二者之间存在[C]高回磷倾向大，[C]低回磷倾向小的相关关系，这一规律与大生产实践数据是相吻合的，如低合金钢较普碳钢、高碳钢较低碳钢、镇静钢较沸腾钢等均具有出钢过程回P量大的普遍规律。
　　综上所述，确定吹炼终点[C]含量必须兼顾诸如本企业铁水供应情况、具体冶炼钢种、对炉龄的要求等等。
　　2 高拉碳与后吹两种操作工艺效益比较
　　根据以上分析，高拉碳与后吹两种操作工艺效益对比可从钢铁料、合金料、废钢比等多方面进行分析。为直观起见，这里仅对二者之间直接经济效益予以对比，计算过程忽略了炉衬寿命、钢的质量、回磷等因素的影响。计算公式如下：
　　Q=Q1-Q2=（Q钢+Q合）-Q废
　　其中：Q1—高拉碳工艺增加的效益；
　　Q2—后吹工艺增加的效益；
　　Q钢—高拉碳降低钢铁料消耗效益，以27元/吨计；
　　Q合—高拉碳降低合金料消耗效益普碳钢以11元/吨，低合金钢以27元/吨计；
　　Q废—后吹工艺增加废钢比效益，以8元/吨计（炉容量按40吨，渣量按占10%，废钢、铁水差价按100元计）。
　　由此计算出与后吹操作相比，采用高拉碳工艺产生的效益普碳钢为30元/吨，低合金钢为46元/吨。还应指出，以上计算仅为保守计算而已。
　　3 结语
　　终点[C]的控制与钢铁料消耗、合金料消耗等密切相关，采用高拉碳操作有利于降低上述原材料消耗；对提高钢的内在质量有好处；同时高拉碳操作对提高炉衬寿命大有益处；采用采用高拉碳操作不利于提高废钢比；终点高拉碳出钢过程回磷倾向较大。
　　参考文献：
　　[1]马竹梧，邹立功，孙彦广，邱建平.钢铁工业自动化（炼钢卷）[M].北京：冶金工艺出版社，2003.
　　[2]彭向红.采用高拉碳降低成本提高钢水质量[J].河北冶金，2000，02.
　　[3]紫焰.转炉出钢防止回磷的措施[J].天津冶金，2011，03.

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