1、影响转炉终点碳氧积的因素分析 发布时间： 2010-10-08 浏览次数：66 文字颜色: 字号: TTT 视力保护: 武 珣，包燕平，岳峰，冯 捷，唐德池 （北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083 ) 摘 要：为了提高转炉终点碳氧质量分数的控制水平，通过对某厂两座转炉现场生产数据的统 计，分析了转炉终点碳氧质量分数的分布状态，研究了炉龄、碳质量分数、终点温度等因素对终点 碳氧积的影响规律，对完善生产工艺提出了相应建议。 关键词：转炉； 碳氧积； 吹炼终点 中图分类号：TF703.8 文献标识码：A 文章编号：1001-1447 ( 2010 ) 02-0026-04 Study
2、 on factors to affect the product of carbon content and oxygen content at blowing end-point of BOF steelmaking WU Xun , BAO Ya-ping , YUE Feng , FENG Jie , TANG Dechi ( Metallurgical and Ecological Engineering School , University of Science and Technology Beijing，Beijing 10083 , China ) Abstract : I
3、n order to improve the control level of carbon and oxygen contents at blowing en - point of BOF steelmaking , production parameters obtained from two sets of BOF were statisticed and analyzed. Based on analyzing of carbon and oxygen contents at blowing end - point , analyzing of effects of BOF campa
4、ign life , carbon content at end - point and end - point temperature on the product of carbon content and oxygen content at blowing end - point , some suggestions to improve the production technology are put forward . Key words : BOF ; the product of carbon content and oxygen content ; blowing end-p
5、oint 转炉吹炼终点钢水中的氧质量分数对钢的纯净度和金属收得率有着重要的影响，根据反应平衡 的原理，随着钢中碳的降低其氧质量分数势必会增高，因此在出钢过程中，如何能在保证一定碳质 量分数的同时，尽量降低钢水中的氧质量分数，对于低碳钢和高附加值钢的冶炼有着重要意义 1-2。 而钢水终点的碳氧积又是评价转炉终点控制效果的 1 个重要指标，在碳质量分数一定时，它的高低 是衡量钢中氧质量分数的重要依据。终点碳氧积低有利于降低合金消耗，减少脱氧过程中形成的夹 杂物，提高钢水质量。为此，本文研究了炉龄、碳质量分数、终点温度等因素对终点碳氧积的影响 规律，从而为更好的控制终点碳氧质量分数提供参考依据。 1
6、 实验数据处理 对某钢厂容量为 300 t 的 2 号和 3 号顶底复吹转炉进行现场调研，选取 2008 年 1 月到 9 月 两转炉各 5000 多炉的生产数据。按照理论和统计的规律进一步对数据进行筛选： 1 ）对一些偏离正常范围的数据进行删除； 2 ）利用正态分布对数据进行筛选处理，其置信水平为 0.95 。 处理后 2 号转炉和 3 号转炉分别获得 4 352 炉和 4 431 炉合理完整的数据，然后根据需要对 这些数据进行合理的统计分析。 2 转炉终点碳氧质量分数 理论上，根据碳氧反应平衡理论，在一定温度和压强下转炉终点的碳氧积应该是 1 个定值。 但在转炉实际生产过程中，由于动力学原
7、因，碳氧质量分数分布一般情况都会在理论值附近的 1 个 范围内波动。 图 1 和图 2 所示为 2 号转炉和 3 号转炉冶炼终点碳氧质量分数分布状况。 由 1 和图 2 可见：2 号转炉和 3 号转炉实际生产中的碳氧分布偏离理想曲线的幅度还是比较 大的。在碳质量分数一定时，有大量炉次的终点氧质量分数值都远远的超出了理想的氧质量分数值。 氧质量分数过高会给后续的脱氧增加负担，影响钢的洁净度和合金的收得率。所以，两转炉的终点 碳氧控制水平都还有待进一步提高。为此，重点研究转炉终点碳氧积的影响因素以及这些因素的影 响规律是非常必要的。 3 转炉终点碳氧积影响因素分析 3 . 1 炉龄的影响 由于转炉
8、的炉龄是影响转炉冶炼过程的主要冶炼条件之一，为此本文对同一吹炼模式下不同炉 龄阶段的碳氧关系进行了统计分析，统计结果如图 3 和图 4 所示。其中，2 号炉的炉龄编号 1 50 ，代表炉龄 4 368 9 990 , 3 号炉的炉龄编号 1 50 代表炉龄 1 5 500 。每个炉龄编 号代表 100 炉，对应的碳氧积为这 100 炉的平均碳氧积。 由图 3 和图 4 可见：随着转炉炉龄的增加，终点碳氧积呈现有规律的波动，同时整体趋势是 不断缓慢增大的。终点碳氧积出现有规律的波动，这主要是由于在冶炼过程中，由于溅渣的工艺， 造成转炉炉底上涨，影响了底吹效果使得碳氧反应的动力学条件变差，从而使转
9、炉的终点碳氧乘积 增加。但同时随着转炉化炉底操作，底吹效果又有所改善，所以碳氧积又有所减小。随着转炉炉龄 的增加，终点碳氧积的整体趋势是不断增大的。因为随着炉龄的增加使得转炉底吹设备受损，从而 导致转炉的底吹效果不断变差。因此在实际生产中，应该对底吹供气元件进行定期的维护和合理的 改进，这样既可以改善复吹转炉内碳氧反应的动力学条件，降低终点碳氧积，提高钢水质量，又可 以延长转炉寿命。 3 . 2 终点碳质量分数的影响 终点碳质量分数的分布和对应的平均碳氧积的关系如图 5 、6 所示。 观察图 5 和图 6 可得出一个共同的变化规律：在碳质量分数小于 0.03 时，碳氧积相对较 低，且随着终点碳
10、质量分数的增加碳氧积显著增加；当碳质量分数大于 0.03 时，碳氧积的变化 就趋于平缓，没有了显著变化；当碳质量分数过高时（大于 0.13 % ) ，碳氧积值很高，碳氧积又 开始随着终点碳质量分数的增大而出现较明显增加。 在实际生产中随着吹炼终点目标碳质量分数的不同，复吹转炉的顶底吹炼模式将发生不断的变 化。目标碳质量分数较低时，为了达到脱碳目标，对应的吹炼模式对熔池的搅拌能力就会很强。随 着吹炼终点目标碳质量分数的增高，吹炼模式对熔池的搅拌能力就会不断的降低。在碳质量分数小 于 0.03 时，由于吹炼模式对熔池的搅拌能力很强，为碳氧反应提供了很好的动力学条件，所以 碳氧积相对较低。随着碳质量
11、分数的增高，吹炼模式对熔池的搅拌能力变差，影响了碳氧反应的动 力学条件，因此会出现随着终点碳质量分数的增加碳氧积显著增加的现象。 在转炉吹炼过程中存在铁碳的选择性氧化问题。在转炉熔池内，同时存在 2 个氧化反应 3 : C O CO和Fe O ( FeO ) 合并以上两个反应得： ( FeO ) C F CO 其中：G 99 000 - 90.72T RT (P CO/FeOC) 在 1 650 时，取 Pco101.325 kPa， FeO0.31，fC1 代入上式并令G0 ，计算 得临界碳质量分数 (C)0.0287 。也就是说当碳质量分数大于 0.0287 时，以上反应就会向 右进行，这
12、样就使得渣中的 FeO 质量分数有所降低，使得钢水的过氧化程度减轻，这就在一定程度 上减小了终点的碳氧积。但同时终点碳氧积的值又有受吹炼强度减弱而减小趋势。所以，当终点碳 质量分数在大于 0.03 时，在这两个影响因素的共同作用下，终点碳氧积的变化趋于平缓。当碳 质量分数过高时（大于 0.13 % ) ，碳氧积很高，且开始随着终点碳质量分数的增大而出现较明显 增加。这主要是因为终点目标碳质量分数太高，对应的吹炼模式使得气体的搅拌能力变的太弱而造 成的。 由上面分析得出，出钢时应该控制合适的碳质量分数范围和稳定的碳质量分数值。碳质量分数 过低（小于 0.03 % ）则会给转炉的吹炼造成较大压力，
13、并容易产生钢水的过氧化而影响合金的收 得率。碳质量分数过大则会造成转炉终点碳氧积过高，而影响钢的洁净度。结合理论分析和生产经 验得出，出钢时碳质量分数的范围一般控制在 0.03 % 0.05 为较佳范围。 3 . 3 终点温度的影响 取终点温度变化范围为 1610 1 700 ，每隔 10 为 1 个温度范围，取每个温度范围 对应碳氧积的平均值为纵坐标，温度分布为横坐标，得到了平均碳氧积随转炉终点温度的变化曲线， 如图 7 、8 所示。 由图 7 和图 8 可以看出相同的变化规律：转炉终点的碳氧积随着转炉终点温度的增加而不断 增加这种规律可以用热力学的原理来解释。转炉炼钢中主要的脱碳反应为：
14、C OCO G -22000 - 38.34 T 可以看出碳氧反应为放热反应，温度的升高会促进反应向左进行，从而使得碳氧积增加。因此 在实际生产中，在满足其他条件的基础上，要尽可能的降低出钢温度，以便降低终点的碳氧积，提 高钢水质量。 4 结论 1 ）在实际生产过程中，转炉终点碳氧积总是在理论碳氧积值附近的 1 个范围内波动。 2 ）随着转炉炉龄的增加，终点碳氧积呈现有规律的波动，整体变化趋势是不断缓慢增大的。 建议在生产中，对底吹供气元件进行定期的维护和合理的改进。 3 ）在碳质量分数小于 0.03 % 时，碳氧积相对较低，且随着碳质量分数的增加而显著增加； 碳质量分数大于 0.03 时，碳
15、氧积的变化就趋于平缓；碳质量分数过大时（大于 0.13 % ) ，碳氧 积值很高，且随着终点碳质量分数的增大而出现较明显增加。在生产中，出钢碳质量分数的范围在 0.03 % 0.05 % 为较佳范围。 4 ）转炉终点的碳氧积随着转炉终点温度的增加而不断增加。建议在生产中，在满足其他条件 的基础上，要尽可能的降低出钢温度。 中国钢铁测控网（ ） 参考文献 1 薛正良，李正邦，张家雯，等用氧化钙增锅真空感应熔炼超低氧钢的脱氧动力学J钢铁 研究学报，2003,15(5):5 - 8 , 13 . 2 杨文远大型电弧炉炼钢用氧的模拟实验及其工业应用 J 钢铁研究学报，2002 , 14 ( l ) : 125 . 3 黄希枯钢铁冶金原理M北京：冶金工业出版社，1990 . 195 - 198
