铁质渣料对转炉造渣工艺的优化实践.pdf

(2)第45 卷第4期2023年8 月试验研究铁质渣料对转炉造渣工艺的优化实践*胡砚斌,胡新福,黄芳,侯中晓,何赛1（1 钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所，北京1 0 0 0 8 1;2 宁夏钢铁（集团）有限责任公司技术质量部，宁夏中卫7 5 1 7 0 0）摘要：介绍利用转炉渣磁选回收的精铁矿、除尘灰制备的铁皮球及烧结矿筛下物优化转炉造渣工艺，将这些成分以铁氧化物为主的铁质料在转炉吹炼1.5 min时，在加石灰同时加人铁质渣料3 4kg/t钢，在6.5 8.5 min时，加3.5 kg/t钢左右。铁质料的加人能够改善转炉化渣效果，降低钢水终点磷含量，减少石灰消耗。对钢铁企业转炉脱磷及处理回收的铁质料具有一定的参考意义。关键词：转炉；脱磷；造渣；铁质料中图分类号：TF713.31 前言转炉渣中含有较高的铁氧化物及部分金属铁颗粒，在磁选回收后得到的铁精矿中铁品位可以达到5 0%7 5%，具有一定的回收利用价值；转炉除尘灰2-4 及烧结矿筛下物也主要以铁元素为主5 ,具有较高的回收利用价值。同时，由于上述长流程钢铁企业生产过程中产生的副产物中铁元素主要以铁氧化物的形式存在，返回转炉直接利用可以作为一种良好的化渣剂6-7 ,有利于提高转炉冶炼过程中脱磷效果。某企业针对转炉生产过程中石灰消耗高、脱磷率低的问题，利用转炉渣磁选回收得到的铁精矿、转炉除尘灰以及烧结矿筛下物，造球后作为转炉造渣料用来优化转炉造渣，从而提高脱磷效果。通过工艺优化前后生产数据对比，证明以铁氧化物为主的铁质原料作为转炉造渣料具有一定的实际意义。2转炉脱磷原理及生产优化2.1转炉脱磷的基本理论在转炉生产过程中的脱磷反应如式（1)所示8 。从式(1)可以看出，铁水中脱磷过程为氧化脱磷，主要过程为吹人氧气氧化钢液中铁，形成FeO进渣中,渣中FeO提供磷氧化所需的氧，氧化后的磷与CaO生产高熔点化合物磷酸三钙(CsP)进人渣中；同时，由于脱磷反应为放热反应以及铁水中C、S i含量高有助于提高P的活度系数,所以在转炉生产过程中大部分脱磷任务在冶炼前期完成。2P+5(Fe0)+3(Ca0)=3Ca0P,0s+5Fe;(1)基金支持：钢铁研究总院专项基金项目（事2 0 1 6 1 1 90 ZD)基金项目名称：现代生态智能电炉与电炉短流程关键技术开发项目(事2 0 1 6 1 1 90 ZD)收稿日期：2 0 2 3-0 1-2 9作者简介：胡砚斌，男，1 97 5 年生，现为钢铁研究总院有限公司高级工程师，从事钢铁企业冶金工艺优化、冶治金设备开发等方面工作。山东冶金Shandong Metallurgy文献标识码：A文章编号：1 0 0 4-46 2 0(2 0 2 3)0 4-0 0 2 5-0 3计算公式，a3Cao-P20svacao及arco为分别对应钢渣中3CaOP,Os、C a O 和FeO的活度;arp)对钢液中磷的活度;从式(2)可以看出钢渣中FeO和CaO含量的提高有利于脱磷反应的进行，但是在一定温度下，CaO含量越高钢渣熔点升高，钢渣流动性变差不利于脱磷反应的进行,增加渣中FeO可以促进石灰熔化，降低渣的熔点，改善钢渣的流动性，所以转炉炼钢过程需要前期“早化渣”，中期减少喷溅，后期避免“返干”8 ，这一冶炼思路主要控制手段就是通过控制好冶炼过程中渣中FeO的含量。因为在转炉冶炼过程中，钢渣熔点高动力学条件差，不利于渣中CaO及脱磷产物的传质,所以在冶炼过程中控制渣中FeO含量是转炉生产的一个关键指标之一。某企业在实际HRB400E生产过程中，对某月份连续生产数据统计发现成品磷含量0.0 35%的比例为1 2%，平均磷含量为0.0 2 9%，磷含量波动较大，需要提高转炉控制水平，以提高螺纹钢成品磷含量控制稳定性。图1 为转炉工艺优化前石灰消耗情况的记录数据。从图1 中结果可以看出，平均石灰消耗为45.4kg/t，其中石灰消耗 45 kg/t的炉次占比为45.5%，而石灰消耗45.4 kg/t55_占比45.5%45352501020304050炉次图1转炉石灰消耗情况Vol.45 No.4August 2023式(2)为反应式(1)平衡状态时平衡常数Kp的40kg/t占比1 0.9%252023年8 月式（3)为计算磷在渣铁间分配经验公式，也称为Healy公式。为了利用炉渣成分估算转炉炼钢中磷在渣-钢之间的分配，很多冶金工作者进行了大量研究9-1 4。根据熔渣的离子理论，影响磷在渣铁间分配比的因素很多，在实际反应过程中，磷在渣铁间很难达到完全平衡，许多研究工作者9-1 41 推导了许多关于磷在渣铁间的分配的经验公式。这些公式适用性最广泛是Healy公式，许多经验公式都是在基于Healy公式推导而来。lgLp=22 350/T-23.7+7lg(%Ca0)+2.5lg(%TFe),(3)式中：T为温度，K；（%C a O)为渣中CaO质量分数，%；（%TFe）代表渣中全铁质量分数，%。表1 为连续生产的4炉次钢渣成分及钢水中磷含量,利用表1 中数据通过式(3)所示的Healy公式对实际生产过程中lgLp值进行计算分析。表1 生产炉次渣成分及钢水中磷含量炉号T/TFe/%Ca0/%IP.0,/%P/%1165723.14 42.822166023.38 39.823165218.0246.064166516.4548.341.35图2 为利用式(3)所示Healy公式计算得到的lgL的实测值和理论值对比。从图2 可以看出，实际生产过程中渣中Fe和Ca含量较高，从而利用Healy公式计算得到的磷分配lgL理论值高于实测值，理论上在转炉炼钢过程中提高钢渣碱度有利于脱磷，但实际生产过程中虽然石灰加人量较高，但未实现较高的脱磷效果，一方面转炉炼钢的脱磷反应是处于非平衡状态，所以渣-钢中的磷分配不能山东冶金达到平衡状态，但钢渣的流动性提高可以促进其接近平衡状态；另一方面是因为磷在氧化后形成的磷酸三钙(C,P)需要与渣中的硅酸二钙(CS)相结合形成富磷相固溶体C2S-C,P（2 C a 0 SiO2-3CaOP2O,)15,C2S相的形成需要化好渣，所以基于这两方面的原因转炉在脱磷过程中转炉渣化渣的好坏直接影响转炉脱磷的效率1 6 ,为了优化转炉脱磷工艺以及回收利用企业内部铁质副产物，采用以铁氧化物为主要成分的铁质造渣料来优化转炉造渣。3.5(d jm/(d)ma2.51.50.5图2 磷分配（IgLp）实际值和理论计算值2.2车转炉造渣工艺优化1.110.0181.120.0171.340.0160.027第45 卷理论计算值实测值12炉号表2 为炉次2 和炉次4钢渣的成分分析结果。从表2 的钢渣成分数据可以看出,转炉终渣中的钢渣碱度较高，但炉渣中五氧化二磷含量较低；钢渣中全铁为1 6.45%2 3.38%，含量较高，有进一步降低的空间。表2 取样炉次的钢渣成分炉号Ca0/%TFe/%SiO/%IMg0/%Mn0/%6P.0:/%R239.8223.3812.847.44448.34 16.45图3为分别为炉次2 和炉次4钢渣的岩相图片。从图3可看出，转炉终点钢渣中主要的岩相组成是硅酸三钙、硅酸二钙、RO相、游离氧化钙和含铁相。32.029.9510.3241.123.102.031.35 4.86a炉次2 钢渣岩相图图3工艺改进前炉次2 和炉次4渣岩相照片表3为图3中炉次2 和炉次4钢渣各岩相的含量。通过对图3中炉次2 和炉次4的分析，其中硅酸三钙占40%5 0%，硅酸二钙占5%1 0%，R0相占2 0%2 5%，铁酸二钙占3%1 0%，游离氧化钙占5%1 0%。从表3数据可以看出，渣中硅酸二钙比例较低，而转炉脱磷过程中形成的磷酸钙主要富集在硅酸二钙中1 7 ,所以生产过程中炉渣中硅酸二钙含量较低，不利于脱磷。为了优化造渣，提高转炉终点的脱磷效果,某26b炉次4钢渣岩相图表3炉次2 和炉次4钢渣中各岩相含量%炉次硅酸三钙硅酸二钙RO相铁酸钙游离氧化钙240 4544550企业通过添加铁质造渣料优化造渣，具体的操作如下，加料1.5 min时，转炉加入石灰的同时加入3 4kg/t钢左右的铁质造渣料,提高渣中FeO含量,降低钢渣熔点，有利于前期钢渣脱磷；由于转炉整体吹氧时间在1 2 1 4min，所以在6.5 0 8.5 0 min时,加51020 2551051020 2535510510胡砚斌，等3.5kg/t钢左右铁质造渣料，防止返干。铁质造渣料的加人不仅有助于化渣，同时可以加快吹氧时间和减少氧枪的波动，保证吹炼过程中氧化铁含量较小，有助于提高钢水的收得率。图4为工艺改进后炉次5 和炉次6 钢渣岩相分析照片，由图4可知，转炉终渣中主要的岩相组成是硅酸三钙、硅酸二钙、RO相、游离氧化钙及含铁相。100uma炉次5 钢渣岩相图b炉次6 钢渣岩相图图4工艺改进后炉次5 和炉次6 渣岩相照片表4为图4中炉次5 和炉次6 钢渣各岩相的含量，其中硅酸三钙占35%40%，硅酸二钙占1 0%20%，R 0 相占2 0%2 5%，铁酸二钙占3%5%，游离氧化钙占5%1 0%。根据试验的结果可以看出，通过改进操作过程的加料，转炉前期加入铁质炉料。一方面渣中FeO含量的提高可以有效降低钢渣的熔点，也给钢液中磷的氧化提供了氧化性氛围；另一方面对比铁质渣料加人前后的岩相图可以看出，铁质渣料加人后渣中硅酸二钙(CS)有一定幅度的升高,可以促进磷酸三钙(CsP)溶解在硅酸二钙(C2S)中并形成固溶体,降低炉渣中磷的活度，从而有利于脱磷反应的进行。表4炉次5 和炉次6 钢渣中各岩相含量%炉次硅酸三钙硅酸二钙RO相铁酸钙游离氧化钙535 40635 40表5 为试验炉次5 和6 钢渣的主要成分，从表5中可见，改进工艺后，终渣中P2Os含量平均为1.835%，而常规炉次的P.0s含量平均为1.2 35%，炉渣中P.Os含量有所增加；同时改进工艺后,渣中TFe略有降低；对工艺优化后连续生产的7 30 炉数据进行了统计，平均吨钢石灰消耗量约为39.5 kg，通过铁质料的加入石灰消耗量降低约6 kg/t钢；成品磷含量0.0 35%的比例为97.8%，成品平均磷含量为0.026%，平均磷含量相比于转炉工艺优化前也有一定幅度的降低。表5试验炉次炉渣成分%炉号CaoTFeSiO2MgOMnoP.O;541.76521.1410.437.832.381.81645.3116.9112.916.693.25 1.86铁质渣料对转炉造渣工艺的优化实践3结论3.1通过本文分析可以看出，转炉渣磁选精铁矿、除尘灰及烧结返回料返回转炉使用，不仅可以使其得到回收利用，同时有利于降低石灰消耗。3.2通过在冶炼1.5 min及6.5 8.5 min时加人适量的铁质渣料来降低钢渣熔点，促进渣中C2S相的形成，从而有利于提高转炉钢渣脱磷率。参考文献：1王亮，卜显忠,陈伟，等.转炉钢渣磁选回收试验研究J.矿业研究与开发,2 0 2 2,42(1 1)：48-5 3.2李士靖.莱钢转炉LT除尘灰的利用实践J.山东冶金,2 0 2 3，45(1):6567.3张建松，张玉柱，龙跃，等.转炉除尘灰碳热还原试验研究J.烧结球团,2 0 2 2,47(6)：7 6-8 3.4王少军，周朝刚，蒋朝敏，等.基于干法除尘灰返回转炉的应用实践J.中国冶金，2 0 2 0 30（4）：7 4-7 8.5刘燕霞，张志旺，郭建梅，等.提高烧结矿成品率生产实践J.山东冶金，2 0 2 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i v e l y.W h e n t h e c o o l i n g r a t e i s h i g h e r t h a n 15 C/s,t h e f e r r i t e t r a n s i t i o n w i l l s t o p.When the cooling rate is greater than 20 C/s,begin to occur martensitic transformation temperature is 238 C.When the cooling rateis less than 10C/s,the microstructureispearlite plus a small amountofferrite.When the cooling rate is higherthan 15C/s,allaustenite forms pearlite.When the cooling rate exceeds 20 C/s,the martensite content is increasing,and the hardness is alsoincreasing.The controlled cooling process for 75 steel hot rolled wire rod is to first cool the wire at a cooling rate of 10-12 C/s to560-585,a n d t h e n s l o w c o o l i n g.T h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e m a s s p r o d u c t i o n o f 7 5 St e e l w i r e r o d i s 1 0 38-1 12 6 M Pa,t h e s e c t i o nshrinkage rate is 42%-53%,the structure is sortenite+pearlite+a small amount of ferrite,no formation of central martensite ornetwork cementation,sortenite is grade 1-1.5,the comprehensive performance of the wire rod is good.Key words:75 Steel;thermal simulation test;CCT curve;phase transformation(上接第2 7 页）Optimization Practice of Slagging Process of Converter with Ferrous Materials(1 Metallurgical Technology Institute,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China;Abstract:This paper mainly introduces the improvement of slag-making process of converter by using ferrous materials recovered bymagnetic separation of converter slag,ferrous ball prepared by dedusting ash and sinter underscreen material,these ferrous materialsmainly composed of FetO are added to 3-4 kg/ton of steel in converter when the blowing starts for 1.5 min,and the lime is added atthe same time.At 6.5-8.5 min,about 3.5 kg/ton of steel is added.The slag melting effect and dephosphorization rate are improved,and lime consumption is reduced.This paper has certain reference significance for dephosphorization process and treatment of therecovered ferrous materials in iron and steel enterprises.Key words:converter;dephosphorization;slagging process;ferrous materials（上接第30 页）Effect of Rare Earths on Coastal Atmospheric Corrosion BehaviorAbstract:The effect of rare earth on the corrosion resistance of the steel for automobile sheet steel was studied by using the simulationof the Inlandcoastal atmospheric corrosion test.Through the observation and analysis of XRD and SEM,the morphology and corrosionproducts were observed and analyzed.The electrochemical behavior and corrosion kinetics were analyzed by using polarization curvemethod and gravimetric method.The experimental results show that the corrosion potential of steel used for automobile panelscontaining rare earth is more compact and continuous,and the corrosion potential is higher than that of non-containing rare earth.Under the experimental conditions,the rare earth can improve the corrosion resistance of the steel used in the automobile industry.Key words:rare earths;automobile steel sheet;coastal atmospheric corrosion;polarization curve34山东冶金线的影响J.金属热处理，2 0 11,36(12)：4-8.5付军，郝芳，王福明，等.变形温度对高碳钢8 2 B动态CCT曲线的影响J.金属热处理，2 0 11,36(10)：55-58.6江畅，王子波，王杨，等.冷作硬化非调质钢的连续冷却相变规律J.钢铁,2 0 2 2,57(3):91-96.7孙本荣，朱荣林，赵佩祥，等热变形对动态CCT曲线的影响J.钢铁,19 8 7(5):16-2 2.8齐福利.优质硬线轧后控冷过程中组织演变规律及力学性能研究D.贵阳：贵州大学,2 0 0 9.9张亚君，杨红来，邹锦忠，等.一种中高碳钢盘条及消除中高碳钢盘条芯部网状铁素体的方法：中国，CN114369708AP.2022-04-19.10 刘金源，李祥龙.6 5Mn弹簧钢盘条相变组织分析J.物理测试,2 0 19,37(1):18-2 3.(Xinyu Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Xinyu 338001,China)HU Yanbin,HU Xinfu,HUANG Fang,HOU Zhongxiao,HE Sai2 Ningxia Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Zhongwei 755000,China)(Shandong Steel Group Rizhao Co.,Ltd.,Rizhao 276826,China)第45卷of Automobile Steel SheetSUN Shuai,WANG Jinbo