高鐵鋼比下使用錳礦提高轉爐終點余錳生產實踐

陳達雙 陳偉 文玉兵 陳愛林

（武昆股份制造管理部）

1 前言

2020 后受新冠疫情和國內房地產企業發展放緩等因素的影響，各鋼廠生存壓力普遍上升，壓產、降本成為各鋼廠應對市場環境變化的主要措施。煉鋼作為鋼鐵企業的重要工序，其加工成本對企業的影響不言而喻，而合金成本又占煉鋼成本的50 %-65 %左右。目前各鋼廠降低合金成本的主要方法是提高終點碳含量降低終點氧含量以提高合金收得率、通過操作水平的提高來提高轉爐冶煉終點余錳的含量、降低出鋼溫度提高合金收得率等。目前，昆鋼高爐鐵水帶入的Mn 含量為0.3 %-0.4 %，平均0.36 %。轉爐冶煉后終點余Mn 含量0.07 %-0.18 %，平均0.14 %，終點殘余率38.9 %。為進一步提高轉爐終點余Mn 含量，降低轉爐脫氧合金化過程中Mn 系合金的消耗量，在高鐵鋼比（≥930 kg/t）生產組織模式下組織了在轉爐冶煉過程中加入錳礦提高終點殘余Mn 含量的生產實踐。

2 錳礦用于轉爐冶煉提高終點余Mn含量

2.1 轉爐內Mn 的氧化與還原反應

冶煉初期Mn 的氧化反應：

冶煉中期Mn 的還原反應：

冶煉后期Mn 的氧化反應

轉爐冶煉初期，熔池溫度較低，在C—O 反應來臨前，鐵水中的[Mn]處于處于氧化階段，鐵水中絕大部分Mn 被氧化進入爐渣中；吹煉中期，隨著熔池溫度升高，鋼水脫碳反應加速，前期被氧化進入渣中的MnO 部分被還原重新返回鋼液；吹煉后期，隨著鋼水碳含量和爐渣的氧化性增加，鋼水中的錳被重新氧化進入爐渣[3]-[5]。

式（2）在轉爐冶煉中期CO 不斷通過轉爐爐口排除，爐內CO 分壓可近似看作恒定，當△Gθ＜0（即熔池溫度＞1 690 K 或＞1 417 ℃）時，反應將向右進行。若將該反應看作可逆反應，要使反應持續向右發展的條件有：增加渣中MnO 含量、增加鋼水中C 含量、溫度＞1 417 ℃的基礎上持續升高。

2.2 高鐵鋼比條件下使用錳礦提高終點余錳的可行性

Mn 在轉爐內經歷了氧化、還原、氧化的過程，在轉爐冶煉溫度下，前后期Mn 的氧化為放熱反應、中期Mn 的還原為吸熱反應，從化學反應平衡移動原理上看，前后期低溫有利于Mn 的氧化，中期高溫有利于Mn 的還原[1]、[2]。因此，前后期要抑制Mn 的氧化需要適當高的溫度，中期Mn的還原也需要較高的溫度，轉爐冶煉過程要提高終點Mn 含量，全程需要較高的溫度?，F階段轉爐鐵鋼比從原來的870 kg/t 上升至912 kg/t、廢鋼比降低46 kg/t 左右，冶煉過程熱量呈現富余情況，為抑制轉爐冶煉過程熱量富余后造成的噴濺主要有兩種方式：一是增加轉爐渣料消耗來適當緩解，但造渣材料的增加加大了爐渣帶鐵量，噴濺現象雖有所緩解但仍未得到較好解決；二是冶煉過程發現過程溫度高時使用燒結礦或球團礦進行調節，但常因使用不當造成過程溫降大、噴濺、終渣FeO 含量升高的現象發生。結合Mn 在轉爐內的氧化與還原行為，若在轉爐冶煉熱量富余的條件下使用錳礦進行調節，進一步規范錳礦加入的時機、數量等，理論上可達到穩定轉爐冶煉操作的同時增加轉爐終點余Mn 含量的目的。

3 錳礦用于轉爐冶煉生產實踐

3.1 錳礦理化檢驗情況

錳礦理化檢驗指標見表1 所示。

表1 錳礦理化檢驗指標

3.2 錳礦轉爐使用方法研究

（1）加入量的控制：錳礦的冷卻效應理論為廢鋼的3.0 倍，為適當提高冶煉過程溫度為Mn的還原創造條件，使用過程中冷卻效應按3.5-4.0倍控制。廢鋼比降低46 kg/t，錳礦加入量按11.0-14.0 kg/t 控制；

（2）加入時機的控制：為提高冶煉中期爐渣MnO 含量以利于中期Mn 的還原，錳礦應在冶煉前期加入。同時，冶煉后期在C 含量降低后爐渣中FeO含量升高將影響Mn 的還原，加大轉爐內Mn 的氧化。綜合以上情況，錳礦在冶煉前期加入時機最佳；

（3）轉爐供氧制度的調整：轉爐冶煉后期，為減少FeO 的產生轉爐氧槍控制以適當低的槍位進行控制，應盡量避免高低槍位滑槍操作；

（4）轉爐終點控制：提高轉爐終點C 含量和溫度，有助于減少渣中FeO 的生成，控制冶煉后期Mn 的氧化。

3.3 錳礦轉爐冶煉實際應用情況

3.3.1 錳礦加入前后轉爐造渣材料的變化情況

錳礦使用過程中直接取消原造渣料中冷卻系數較高的生白云石的加入量，增加了錳礦和輕燒白云石的用量（見表2），轉爐非含鐵渣料加入總量減少6.5 kg/t。

表2 造渣材料使用情況

3.3.2 使用錳礦前后轉爐冶煉終點變化情況

使用11.4 kg/t 的錳礦參與冶煉后，相同鐵水Mn 含量的條件下轉爐終點Mn 含量提高0.08 %、Mn 的還原率為23.4 %；終點溫度、終點C 含量、終點P 含量均有不同程度的改善(見表3)。

表3 轉爐冶煉終點情況

3.3.3 使用錳礦前后轉爐冶煉終渣情況

從轉爐終渣情況(見表4)看TFe 含量無明顯變化，未出現因錳礦的加入造成轉爐終渣TFe升高的現象，錳礦帶入的含鐵氧化物未對轉爐終渣TFe 含量產生較大影響。轉爐終渣變化較為明顯的為MnO 含量增加4.38 %，未還原的錳礦進入爐渣中。

表4 轉爐冶煉終渣情況

3.3.4 錳礦使用對成本的影響

（1）轉爐終點Mn 含量提高0.08 %，降低錳鐵（單價：7 500 元/噸）合金消耗1.11 kg/t，降低生產成本8.33 元/噸；

（2）加入錳礦11.4 kg/t 后，帶入金屬鐵2.5 kg/t 即彌補冶煉過程鐵損，降低鐵損2.5 k/t，降低生產成本約7.50 元/噸（鐵水單價約3 000 元/噸）；

（3）加入錳礦11.4 kg/t，增加成本約9.12 元/噸（錳礦單價約800 元/噸）；

合計加入11.4 kg/t 的錳礦可降低生產成本約6.71 元/噸。

4 結語

（1）高鐵鋼比條件下可使用錳礦提高轉爐終點余錳；

（2）高鐵鋼比條件下使用錳礦參與造渣可有效降低轉爐渣料消耗量，提高轉爐造渣材料的有效利用率，改善轉爐終點控制水平；

（3）錳礦加入后帶入部分金屬Fe，可減少或彌補轉爐冶煉過程的鐵損；

（4）高鐵鋼比下加入一定量的錳礦可降低鋼廠生產成本約6.71 元/噸。