转炉终渣成分的研究
胡文华，冒建忠
(马钢第二钢轧总厂炼钢分厂马鞍山243000)
摘要：转炉炼钢过程中终渣的碱度(R)、MgO及FeO含量是炉渣成分最重要的指标参数，合理的炉渣成分是保证冶炼过程脱P、脱S，溅渣护炉等冶金性能的基本前提，通过对马钢第二钢轧总厂炼钢分厂的大量现场终渣成分数据的分析研究，总结出FeO与R、MgO的关系，摸索出适合的终渣成分参数，为控制合理的炉型和提高冶金效果提供巨大帮助。
关键词：转炉终渣成分
0 引言
在整个转炉炼钢过程中炉渣起着十分重要的作用，其参与脱S、脱P等一系列反应，同时在冶炼过程中减缓氧气流对炉衬的冲刷，而且覆盖在钢水表面的炉渣能有效地阻止钢水氧化和有害气体进入钢液。
通过对终渣指标的研究可直接反映过程炉渣的控制合理与否，并且终渣成分将直接影响溅渣护炉效果，因此终渣研究在转炉炼钢生产中具有重要意义。
l 主要工艺条件及参数
公称容量：4×40t氧气顶底复吹转炉。
出钢量：平均出钢量为36~40t／炉。
出钢温度：1650~1700℃。
氧枪：拉瓦尔型三孔喷头。
氧气工作压力：0．65～0．85MPa。
冶炼周期：20～25min。
生产主要钢种为普通碳素结构钢、低合金钢，小方坯全连铸。
连铸比为100％。
铁水条件见表1。
2 转炉炉渣概述
2．1 炉渣的来源[1]
1)冶炼过程中根据铁水条件有目的地加入的造渣料，如石灰、轻烧镁球、白云石等；
2)铁水，废钢以及加人的矿石等材料中的Si、Mn、P、S和Fe等元素氧化产物；
3)吹炼过程中侵蚀的炉衬和溅渣层。
2．2 不同冶炼时期炉渣的矿物组成
1)吹炼前期，此时炉膛内铁水温度不高，加入的石灰、轻烧镁球等造渣料并未完全融化，由于Si、Mn与氧的亲和力强，所以其氧化速度比C快，同时Fe也被氧化，温度升高，石灰部分融化形成炉渣，生成的SiO2、MnO、FeO等氧化物进入渣中，此时碱度约为1．3～1．7，渣中的矿物组成主要是橄榄石(铁、表1铁水主要物化指标锰、镁、钙)SiO4和玻璃体SiO2。
2)吹炼中期，前期将铁水中的Si、Mn氧化，熔池温度升高，炉渣中石灰溶解，炉渣基本化好，由于CaO与SiO2的亲和力比其他氧化物强，CaO逐渐取代橄榄石中的其他氧化物，形成CaO·SiO2，3CaO·2SiO2，并且随着石灰不断溶解，炉渣碱度不断升高约为2．0～2．5，同时由于激烈的C一O反应消耗了炉渣中FeO，使ω(FeO)降低，渣中矿物形成了2CaO·SiO2，3CaO·SiO2等高熔点化合物(见表2)，此时易导致“返干”。
3)吹炼后期，C-O反应减弱，RO相急剧增加，生成的3CaO·SiO2分解为2CaO·SiO2和CaO，石灰进一步溶解，碱度上升为2．8～3．5，渣中产生低熔点Ca0·Fe2O3和2CaO·Fe2O3。
3 炉渣主要成分及相互关系
转炉终渣成分复杂，但通过国内外多年探索，目前认为影响其冶金性能主要指标为碱度R、FeO和MgO，三者之间的关系相辅相成。
3．1 全R与FeO关系
炉渣中的碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称之为炉渣碱度，其中碱性氧化物主要为CaO与MgO，酸性氧化物为SiO2和P2O5，如计算公式1。
(1)
对大量终渣数据分析，将终点C和MgO在规定范围内的渣样的R与FeO进行对比，并根据散点图进行相应拟合，拟合曲线如图l所示。
由图1看出，在不考虑终点C、MgO等因素的影响时，终渣ω(FeO)随R升高呈递增趋势。
原因是在不同碱度的条件下，由于共晶物的差别(如表3)，使固化温度发生了巨大变化，
随着碱度的升高，相对应的固化温度也随之升高。
根据公式1看出，R上升主要是提高碱性氧化物或降低酸性氧化物，冶炼反应中酸性氧化物主要来自于铁水和废钢，在反应前期已氧化完毕，故对于整个中后期为定值，MgO在数据分析时已筛选为较小范围，所以导致R上升主要是CaO的提高，炉渣中形成了2CaO·SiO2等高熔点矿物，使炉渣黏度增加，冶炼中必须提高枪位增加渣中ω(FeO)，以保证炉渣的流动性，所以提高炉渣R间接促使ω(FeO)升高。
3．2 MgO与FeO关系
由表3可知，在吹炼初期，MgO在低碱度高FeO渣系中以MgO·SiO2、FeO·SiO2形式存在，此时MgO可有效降低炉渣熔点，有利于初期成渣，故我厂要求在吹炼开始便将轻烧镁球全部加入，促进表3碱度、相组合及对应固化温度闭化渣并提高过程炉渣ω(MgO)，减缓吹炼时对炉衬的侵蚀，同时为溅渣护炉提供合理炉渣，但在生产实践中发现，终渣ω(MgO)的不同影响着ω(FeO)，在R、终点C等因素一定的情况下，ω(FeO)与ω(MgO)相互关系如图2所示。
由图2看出，通过大量现场数据分析，随着ω(MgO)上升，ω(FeO)随之升高，拟合曲线当ω(MgO)由3．6％～10．7％变化时，ω(FeO)由16．0％上升为26．3％，其原因是：
在一定R和ω(FeO)的条件下，当ω(MgO)≥8．0时，增加渣中。
MgO含量，可以提高炉渣的熔点(如图3)，导致化渣困难，冶炼中为保证脱P、脱S效果被迫提枪增加渣中ω(FeO)，使形成熔点较低的FeO·SiO2等矿物。
3．3 炉渣参数控制
通过以上R与ω(MgO)对ω(FeO)影响的分析，在转炉冶炼造渣过程中，必须控制合理的R与ω(MgO)，理论上考虑钢水收得率炉渣中ω(FeO)应越低越好，将一年500个终渣渣样成分与一倒P，一倒温度进行分析，结果如表4所示。
从表4中看出，当一倒温度在1610—1680℃、炉渣R大于2．8时，一倒P在不同范围的炉次其一倒温度和碱度并没有很大差异，而终渣ω(FeO)波动较大，根据脱磷反应式：
可以看出，提高ω(FeO)有利于脱磷，同时为确保炉渣的合理流动性，顶底复吹转炉应
将渣中ω(FeO)控制在15．0％～20．0％。
4 炉渣主要成分与溅渣护炉效果
为了提高溅渣护炉效果炉渣中ω(FeO)、碱度R、ω(MgO)应控制在一定的范围内，ω(FeO)过高炉渣熔点降低溅渣护炉效果不好；ω(FeO)过低炉渣流动性变差溅渣护炉效果也不好，同时影响冶炼效果。
实践证明，每个厂的原材料条件、冶炼钢种、终点状况不同炉渣中ω(FeO)、碱度R、ω(MgO)的控制范围应该有所区别；根据我厂的实际情况ω(FeO)应控制在15．0％～20．0％，ω(MgO)：6．0％～8．0％，碱度R：2．8～3．5。
生产过程中在一定的范围内通过调整炉渣碱度R和ω(MgO)含量，改变溅渣护炉效果，从而达到控制合理炉型的目的效果较好。
5 结论
1)终渣ω(FeO)不但受终点状况的影响，同时与R和ω (MgO)有密切的关系，并且呈递增趋势。
2)根据研究可在一定的范围内通过控制炉渣R和ω(MgO)含量来改变终渣ω(FeO)，改变溅渣护炉效果，从而达到控制合理炉型的目的。
3)实践证明每个厂的原材料条件、冶炼钢种、终点状况不同炉渣中ω(FeO)、碱度R、ω(MgO)的控制范围应该有所区别。
参考文献
[1] 朱苗勇．现代冶金学[M]．北京：冶金工业出版社，2005．
[2] 冯捷，张红文．转炉炼钢生产[M]．北京：冶金工业出版社2006．
[3] 高泽平．转炉溅渣护炉技术的工艺参数优化[J]．湖南冶金2002(5)：3l~34．
[4] 刘根来．炼钢原理与工艺[M]．北京：冶金工业出版社，2004．。