20211新疆钢铁157
徐韬1，姜新平1，王强2，俞海明3，谭广志4
(1.新疆八一钢铁股份有限公司炼钢厂;2.北京璞域环保科技有限公司；
3.新疆中合大正冶金科技有限公司;
4.新疆工业职业技术学院)
摘要：钢包顶渣的改质，是防止钢水二次氧化、对于钢液深度脱氧和优化钢液夹杂物去除的重要工艺方法，文章介绍了120t板材生产线生产低碳铝镇静钢采用碳铝改质剂的工艺实践。 关键词：钢包顶渣；复合改质剂；泡沫渣；钢液增碳
中图分类号:TF761+.2文献标识码:A文章编号：1672-4224(2021)01-0020-03 Discussion on Application of Carbon Aluminum Top Slag Modifier
in Low Carbon Steel Production
XU Tao1,JIANG Xin-ping1,WANG Qiang2,YU Hai-ming3,TAN Guang-zhi4
(1.Steelmaking Plant,Xinjiang Bayi Iron&Steel Co.,Ltd.；2.Beijing Puyu Environmental Protection Technology Co.,Ltd.；
3.Xinjiang Zhonghe Dazheng Metallurgy Technology Co.,Ltd.；
4.Xinjiang Tudustrial Vocational and Technical College) Abstract：The modification of ladle top slag is an important technological method to prevent secondary oxidation of molten steel，deep deoxidization of molten steel and optimize the removal of molten steel inclusions.This paper introduces the process practice of using carbon and aluminum modification agent in the production of low carbon aluminum killed steel by120t plate production line.
Key words：ladle top slag；composite modifier；foamed slag；liquid steel carbonization
优特钢的生产过程中，在转炉和电炉出钢工序加入渣辅料造渣，是粗炼钢水脱氧脱硫的最佳工艺环节，也是去除钢液夹杂物的主要工艺环节。
钢包顶渣的主要组成来源：加入的造渣材料、出钢脱氧工艺产生的金属氧化物和非金属氧化物、剥落的钢包耐火材料、出钢过程中进入钢包的转炉(或电炉)冶炼渣。故转炉(或电炉)出钢后，钢包顶渣中中
含有(FeO)和(MnO)。这两种物质含有氧的总和，通常认为是衡量炉渣全部氧含量的重要指标。
文献研究证明[1]
，炉渣中间的过渡性金属氧化物(FeO)能够加速环境气氛中间的氧向熔渣渗透，同比条件下渗透量可以提高1010倍，造成钢液的二次氧化。所以降低顶渣中的(FeO)和(MnO)，是钢渣改质的首要任务。
钢包顶渣有覆盖钢液、防止钢液吸气降温和产生二次氧化的作用，还要具有吸附钢液夹杂物、深脱硫等功能，所以钢包顶渣的改质也是生产优特钢中重要的工艺之一。
在低碳铝镇静钢的顶渣脱氧工艺中，为防止钢液增碳，大多数企业采用铝质顶渣改质剂。采用铝质顶渣改质剂改质顶渣，存在改质成本高、改质初期白烟浓烈造成污染、改质时间长、钢液增氮的缺陷，在LF精炼工艺过程中，也存在钢液增碳问题。1碳铝复合顶渣改质剂的特点 1.1钢包顶渣的改质脱氧技术
顶渣改质脱氧的常见元素是铝质脱氧剂和碳质脱氧材料，二者的脱氧改质特点不同。
(1)铝质顶渣改质剂的特点是脱氧反应迅速，其脱氧反应的热力学反应[2]
:
3(FeO)+2A1t A12O3+3[Fe](1)
A G e=-947514+168.91T
3(MnO)+2A1T A1O+3[Mn](2)
A G e=-471919+66.02T
铝脱氧的反应时间短，反应时产生的白烟雾大，脱氧量与碳脱氧相比，脱氧量小，并且在顶渣的改质过程中，脱氧反应依靠扩散反应，反应的动力学条件受钢包吹！的工艺因素控制。
联系人：徐韬，男,46岁，本科，工程师。乌鲁木齐(830022)新疆八一钢铁股份有限公司炼钢厂第二炼钢分厂E一mill:
20
20211157
(2)碳质脱氧材料的特点是同比条件下脱氧量大，反应速度较慢，反应是吸热反应，其中碳在顶渣改质过程中的脱氧反应如下⑶：
2FeO(s)+C(s)二2Fe(s)+CO2(g)(3)
AG0二123880—125.64T
FeO(s)+C(s)二Fe(s)+CO(g) (4)
AG0二145215-148.32T
由质量守恒定律及化学反应方程式(1)、(3)计算可知,1kg的金属铝能脱除炉渣中0.88kg的氧, 1kg的碳能够脱除2.6kg钢渣中的氧，其脱氧量和脱氧成本的对比差距显著。
低碳钢采用碳质材料脱氧的技术，已在多家企业应用。文献⑷介绍了敬业集团采用电石对于顶渣脱氧的工艺实践，实践结果证明，采用碳质脱氧剂，能降低脱氧成本，同时减少了钢液的增氮。
文献⑸介绍了选用CaO-SiO2-A12O3系碱性渣作为基础渣系，通过改变钢包顶渣的碱度及碳含量，研究了钢液中氮含量的变化规律。结果表明，渣中的碱度和碳含量对钢液氮含量都有一定的影
图1顶渣碱度、碳含量与钢液氮含量的关系
1.2碳质钢包顶渣改质剂对于钢液增碳的分析
碳质材料对于钢液增碳的过程，符合物质扩散溶解的基本原理，即碳质材料与钢液接触后，碳元素溶解进入钢液，其中增碳的相关热力学数据见表1⑹。
系泊系统
表1钢液增碳的热力学关系
mum-147反应:C二[C]l△G e/J•mol-1适用温度/K Cl%26778-40.58T1718-2273
[C]0.5%26778-48.12T1808-2273
[C]0.1%26778-62.38T1812-2273
C]0.01%26778-19.48T1812-2273
通过表1以及对现场十组顶渣的检验成分，认为一般顶渣中的(FeO+MnO)在0.8%-7.2%，顶渣中(FeO+MnO)的含量取决于转炉的挡渣效果。
包装内托扫把头按照精炼渣的渣量为吨钢12kg，顶渣改质剂的使用量为吨钢1.5-3kg计算，假设将顶渣中60%的(FeO+MnO)由碳元素参与反应，对标工业电石的产品实物质量，将顶渣改质剂中的碳含量控制在24%-30%，金属铝的含量控制在5%-15%，顶渣改质剂的主要成分见表2。
表2顶渣改质剂的主要成分%
SiO2Al2O3Al C CaF2H2O
W5.0>35 5.0-15.024.0-30.0 6.0-12.0W0.5其中添加CaF2主要是为了化渣，确保液态钢渣能够覆盖钢液，减少碳元素与钢液的接触。
2铝碳质钢包顶渣改质剂的应用实践介绍某厂120t板材生产线，为优化精炼工艺，降低冶炼成本，采用铝碳质顶渣改质剂应用于低碳钢的生产。铝碳质顶渣改质剂分别在冶炼生产冷轧彩涂板SPHC和车轮钢330CL两个钢种上应用，试验钢种的成分见表3。
表3SPHC和车轮钢330CL钢种的化学成分%
钢种C Si Mn P S Als SPHC0.045-0.10W0.030.15-0.35W0.015W0.0150.025-0.045 330CL0.055-0.09W0.040.15-0.30W0.020W0.0100.020-0.050
顶渣改质剂在转炉出钢后加入部分改质剂，对于顶渣改质，钢水在LF工位进行测温取样，并且用钢棒粘渣冷却后，确定炉渣的氧化性。对于控制情况较好的，钢水直接上连铸机浇铸，需要精炼的炉次，在LF精炼处理后钢水上连铸机浇铸。处理工艺过程总计跟踪50炉，过程的数据如表4所示。
表4应用顶渣改质剂后的效果对比
项目
用量/
kgt-1钢
增碳量/增氮量/脱硫率/精炼时间/
%%%min
顶渣改质
甲基铝氧烷
剂试验
2.2W0.005<0.00145<25
无碳
改质剂
2.5>0.005
0.0005-
0.0015
4020-35由表4可知，碳铝复合顶渣改质剂的精炼综合效果明显优于无碳铝质改质剂，达到了预期目的。
分析跟踪的炉次冶炼实绩，有以下特点：1)转炉出钢后，使用铝碳质顶渣改质剂，大部分的炉次
21
20211新疆钢铁157
顶渣出现不同程度的泡沫化，顶渣结壳的现象得以缓解，钢水在LF精炼的初炼工艺条件得到改善。
(2)L F精炼工艺过程中，送电冶炼开始，电极起弧，加入石灰后开始加入改质剂，炉渣的泡沫化效果好，炉渣能够稳定埋弧，脱氧效果良好。(3)顶渣改质后，炉渣中的AI2O3含量控制在15%-32%，对于炉渣脱硫和吸附夹杂物的工艺条件都能够满足。3碳铝复合顶渣改质剂精炼效果简析分析碳铝复合顶渣改质剂应用实践，认为精炼渣的泡沫化过程是碳质改质剂取得良好精炼效果的关键。
3.1主要作用机理
(1)与传统的无碳改质剂相比，无碳改质剂加入后，电极附近的炉渣与电极接触，发泡的炉渣仅仅局限于电弧区极心园区域，并且发泡时间短。碳铝复合改质剂加入后，炉渣从发泡到消泡，钢包顶渣完全覆盖了钢液，减少了炉气与钢液接触的几率，并且泡沫渣使得渣层厚度增加，炉气通过渣层扩散接触钢液的几率同样减少，这是钢液增氮量减少的原因。
(2)精炼钢水的增碳，从增碳的碳源来看，碳铝复合改质剂中的碳质材料扩散，是改质剂增碳的原因。控制改质剂中的含碳量，提高其中的碳与炉渣中(FeO+MnO)的反应效率，使得其中的碳在脱氧过程中
被反应，减少或者杜绝扩散进入钢液增碳的风险。在改质剂中，使用粒度较小的含碳原料(膨胀石墨效果最好)、添加碳酸盐，是控制材料增碳的关键技术。
(3)精炼渣的泡沫化，炉渣的马恩果尼现象，促进炉渣运动，为炉渣中的(FeO+MnO)与改质剂中的碳反应提供了良好的动力学条件，这也是碳质材料在精炼脱氧过程中独有的特点，防止了碳质材料扩散进入钢液。与传统的无碳改质剂相比，精炼时间缩短，减少了电弧接触钢液造成钢液的增碳，是使用碳铝复合改质剂同比减少增碳量的主要原因。
3.2钢液增碳的解决措施
在使用碳铝复合改质剂的工艺过程中，也出现过精炼时间过长，造成钢液碳含量增加的炉次，经过分析这些炉次增碳的原因，主要是：(1)顶渣中(FeO+MnO)的含量降低，炉渣产生的气泡量减少，炉渣的泡沫化程度减弱，此时继续加入铝碳质改质剂，其中的碳没与炉渣中的(FeO+MnO)反应，就会扩散进入钢液，造成钢液增碳。(2)部分炉次转炉出钢后，顶渣中的石灰没熔化，初炼钢水的温度低，钢水到LF精炼开始，加入的改质剂，部分与裸露的钢液接触，加上精炼时间长，造成钢液有增碳现象。
角钉依据分析，采用了对应工艺措施，解决碳铝质改质剂对于低碳钢的增碳问题：(1)根据加入改质剂后，炉渣发泡的情况，控制改质剂的使用量，或者换用无碳改质剂，即在炉渣发泡情况减弱，炉渣变白作以后，少量使用或者不再使用碳铝复合改质剂。(2)对于初炼温度较低，顶渣没有完全熔化的炉次，首
先加入化渣剂化渣，然后使用碳铝复合改质剂脱氧。采取措施后，使用碳铝质顶渣改质剂精炼低碳钢，增碳问题得到了解决，在降低精炼成本的同时，钢水的增氮量同比降低。
4结论
通过在低碳钢顶渣改质工艺中使用铝碳质改质剂的生产实践，含碳改质剂具有以下功能：
(1)在顶渣的改质工艺中，炉渣的泡沫化能够提高钢-渣界面反应能力，有助于提升钢水的精炼效果。
(2)低碳钢的精炼工艺过程中，使用含碳的改质剂改质顶渣，能够有效减少精炼过程中的增氮问题，同时大幅度降低精炼成本。
(3)使用含碳的改质剂，采用合理的工艺，能够解决碳质材料对于钢液增碳的问题，有助于降低钢水的精炼成本。
参考文献
[1]高运明，郭兴敏，周国治.熔渣中氧传递机理的研究[J].
钢铁研究学报,2004(4)1-5.
[2]李燕龙，张立峰，杨文，等.铝灰用于钢包渣改质剂试验
[J].钢铁,2014(3):19.
[3]徐匡迪.电炉炼钢扩散脱氧工艺改革的理论解析[J].
上海冶金,1980(1):32-36.
[4]安增卫，窦为学，何颖，等.CaC2在低碳含铝钢脱氧工艺
中的应用[J].河北冶金,2012(5):33-35.
[5] 王世俊，黄小东，章华兵，等.钢包顶渣中的碱度和碳含
量对钢液氮含量的影响[J].钢铁研究学报,2006(4)：15-18.
[6]陈家祥.炼钢常用图表数据手册[M].北京：冶金工业
出版社,2010:706.
22
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议