電爐煉鋼加燒結礦洗爐探討與實踐

彭高獻，蔡雅娟，施軍賢，趙小軍

（江蘇沙鋼集團有限公司，江蘇 張家港 215625）

0 引言

高碳鋼因其硬度高、強度大、耐磨性好和耐腐蝕性強等特點，被廣泛應用于不同領域。夾雜物是影響鋼質量的關鍵指標之一，既要控制鋼中夾雜物數量盡量少[1]，又對鋼中夾雜物的類型、尺寸及形態等有很高的要求。為了減少鋼液中不變形夾雜的產生，電爐冶煉高碳鋼需要控制終渣堿度，但堿度低的爐渣流動性差，會出現爐底上漲的現象，隨著爐底上漲，爐膛空間縮小，限制了電爐標準化操作。

1 爐底上漲的原因及危害

電爐冶煉高碳鋼采用鐵水質量配比≥60%配料工藝，電爐熱兌鐵水后，爐內配碳量增加。隨著冶煉過程供氧強度提高，爐內碳氧反應更加劇烈，爐內熔池渣相傳氧速率小于碳氧反應耗氧[2]，由于渣中FeO快速消耗，從而出現返干現象。電爐長時間采用高鐵水比模式冶煉高碳鋼，爐渣易沉積并滯留在爐底，從而造成爐渣黏結成塊，致使爐底積渣逐漸加厚，爐膛縮小，嚴重時妨礙正常的冶煉操作。在氧槍吹氧強度不變的情況下，爐膛縮小會加劇爐內碳氧反應，造成脫碳速度快。在總裝入量不變的情況下，漲爐導致熔池深度減少，爐門口就會夾雜有大量鋼水隨著鋼渣排出，嚴重影響鋼水收得率，無法保證出鋼量。因此，連續生產過程中需要定期洗爐。

2 洗爐對燒結礦的要求

采用燒結礦作為洗爐料，通過電爐加料系統入爐。一般采用粒度為5～10 mm 的成品燒結礦，將成品燒結礦溫度冷卻至50 ℃以下，再運輸至煉鋼廠，通過地下料倉上料皮帶進入高位料倉，保證進入上料皮帶前燒結礦不結塊、表面不發紅，防止高溫燒結礦對上料皮帶造成影響。從表1 燒結礦主要成分含量數據可以看出，燒結礦中的硫、磷含量高，最高的分別能達到1%、1.2%。因此，洗爐冶煉過程中要合理控制加入量。

3 燒結礦洗爐原理

電爐洗爐是通過調低爐渣熔點，降低爐渣黏度，提高爐渣流動性，盡可能將爐底積結的渣鐵熔化，恢復爐膛的正?？臻g。通常，在堿性爐渣中加入酸性氧化物可使黏度降低，加入堿性氧化物則會使黏度提高，而酸性爐渣的情況則與此相反。但也有例外，FeO雖屬堿性氧化物，卻可使堿性爐渣的黏度降低，這是因為FeO 本身的熔點低，FeO 能大大降低爐渣熔化溫度和黏度，起到稀釋爐渣的作用。而燒結礦主要成分為鐵的氧化物，主要為Fe2O3、FeO、CaO 和SiO2等，w（TFe）＞55%，加入燒結礦就是直接向爐渣中提供FeO，能有效緩解氧化過程中由于碳氧反應劇烈而產生的返干現象，抑制爐底上漲。通過2～3 爐鋼連續加入的反應，清除爐內積渣，恢復爐膛正常，其反應機理為：C+FeO＝Fe（液）+CO（氣）。

4 洗爐操作要點

某電爐煉鋼廠100 t 電爐冶煉高碳鋼加燒結礦洗爐，采用鐵水質量配比≥60%的配料工藝，洗爐情況見表2。

表2 加燒結礦洗爐情況

在總裝入量不變的情況下，當出現出鋼量明顯降低波動時，說明爐底已經明顯上漲，由于爐底上漲導致爐門跑鋼水多，鋼水收得率下降。一般情況下，熱裝鐵水工藝電爐冶煉鋼水收得率不能低于91%[3]。當鋼水收得率低于91%時，如表2 中1-5652 爐，應從其次爐（如表2 中1-5653）開始加燒結礦進行洗爐。

燒結礦的還原反應要直接消耗鋼水中大量的碳[4]，燒結礦洗爐配碳量要保證碳平衡，采用鐵水比≥60%的配料工藝，適當提高入爐鐵水比，鐵水含碳量能滿足要求，在原料中不另外增加配碳，冶煉過程中根據泡沫渣情況向爐內適量噴碳粉即可滿足碳平衡需要。為保證洗爐效果，洗爐期間鋼水溫度控制要比正常冶煉高30～50 ℃，一般洗爐期間電爐出鋼終點溫度為1 650～1 680 ℃為宜，終點w（C）≥0.06%。

一般來說，電爐渣中w（MgO）應控制在6%～9%較為適宜，過高會造成爐底上漲、脫磷效率下降。加入燒結礦會造成渣中w（MgO）下降，而渣中w（MgO）過低會造成爐襯侵蝕加劇。從表3 可以看出，使用燒結礦的爐渣中w（MgO）最低降至5.41%，燒結礦的用量不宜再增加。洗爐冶煉的爐渣堿度約2.60 為宜，堿度過高，不利于有效去除鋼水中雜質。

表3 電爐爐渣成分

燒結礦的熔化和分解是吸熱反應，必須在熔池達到一定高的溫度時，再分批次適量加入。否則，加入過早或加入越多，熔池溫度溫降越大，會抑制脫碳反應速度。重新升溫后，反應速度急劇上升，會引起沸騰，爐門易出現跑鋼水問題。因此，一般入爐燒結礦總量控制在1.3～1.5 kg/t，一般在兌鐵后爐底區域形成熔池后開始加第一批燒結礦，每爐分成3 個批次或4 個批次間斷或連續加入，如表4 所示，每個批次加入量不宜超過400 kg。

表4 燒結礦分批加入情況 單位：kg

5 結論

1）電爐加燒結礦洗爐是解決爐底上漲的一個有效手段，由于洗爐冶煉時鋼液溫度偏高，會縮短爐襯壽命。黏度低、流動性好的爐渣對爐襯的直接侵蝕和沖涮作用也很強烈，要防止因爐渣外溢而造成耐材燒穿事故。因此，一般要在冶煉2～3 爐之間完成洗爐。

2）由于燒結礦自身密度小，易漂浮于熔池之上，不能完全進入鋼液，電爐爐渣的強氧化性使得燒結礦中的金屬鐵無法得到充分利用，部分氧化于爐渣中，隨爐渣裹挾流失，燒結礦本身含鐵量對提高鋼水收得率不會有明顯影響。

3）鐵水比≥60%是進行燒結礦洗爐的必要條件之一，在此基礎上進行洗爐操作，能達到較為理想的效果。對燒結礦的加入批次、加入量和加入時機的把握尤為重要，是洗爐操作中最重要的環節，尤其是兌完鐵水后，爐內碳氧反應劇烈，溫度不斷升高，燒結礦加入量過大可能會造成爐內沸騰。

4）燒結礦洗爐對冶煉電耗、物料消耗、冶煉時間和出鋼成分等會有一定程度影響，這些因素應在洗爐前充分考慮，并采取應對措施。如具備條件，將洗爐的鋼水用于生產低牌號鋼種，可規避洗爐鋼水帶來的質量風險。

5）電爐加燒結礦可以實現安全、快速、高效洗爐，對于解決電爐高鐵水比生產高碳鋼出現的爐底上漲問題具有顯著效果，有助于改善連續生產的電爐標準化操作。