碳锰合金增碳剂的开发及应用

攀 钢 技 术 33碳锰合金增碳剂的开发及应用 李平凡 （攀钢钒有限公司提钒炼钢厂） 摘 要： 开发出新型碳锰合金增碳剂，解决了转炉出钢采用无烟煤增碳剂增碳熔化时间长、碳的收得率不稳定的问题，并通过工业试验对其冶金效果进行了考察。试验结果表明，新型碳锰合金增碳剂熔化速度快，碳、锰的收得率高，采用新型增碳剂能保证钢水质量，降低出钢温度，缩短物流时间。 关键词：转炉炼钢；增碳；碳锰合金增碳剂；收得率 0 引言 “增碳法”是目前各大钢厂生产中、高碳钢最为普遍的冶炼方法。但是增碳过程增碳剂熔化速度慢及碳收得率低的问题，严重影响了钢水成分精度的控制1。攀钢中高碳钢的冶炼同样采用增碳法，通过出钢过程加入无烟煤对钢水进行增碳，存在影响钢水成分控制和严重制约攀钢生产组织的问题，尤其是在 2009 年 10 月方圆坯连铸机投产后，方坯了实现转炉吹氩站连铸流程的高效生产，开发出了一种熔化速率快、碳收得率较高的新型碳锰合金增碳剂来取代无烟煤增碳，并于 2010 年 1 月至 6 月开展了工业试验，以考察新型增碳剂的增碳效果及其对钢水质量的影响。 1 攀钢出钢增碳控制现状 目前，攀钢中高碳钢生产均采用增碳法冶炼，出钢过程加入无烟煤增碳剂对钢水进行增碳。出钢过程全程吹氩加强对钢水的搅拌以促进合金及增碳剂的熔化，然而在生产过程中发现，在较强的钢包底吹搅拌条件下仍有部分增碳剂以粉末或颗粒状浮于钢液面上，导致钢水中碳的收得率不稳定。图 1 为使用无烟煤增碳时碳的收得率分布图。从图1 可以看出，由于增碳剂未能完全熔化，导致了增碳剂碳的收得率较低，且波动范围大，这增加了钢水成分控制的难度。因此，为使增碳剂能更好地熔化，钢水必须经过 行加热。对于钢水质量要求不高的钢种， 作用主要是加热，而钢水温度可以通过转炉冶炼得以控制。因此，开发出一种易熔化、碳收得率稳定的增碳剂提高钢水成分控制精度，可减少 热化渣时间，节约电耗，也能缩短浇钢周期，为攀钢 程经济生产奠定基础。 85 85767978828986959293876065707580859095100603884603878603879603881603882703742703743703744603405703745703746平均值熔炼号碳收得率/%图1 无烟煤增碳剂碳的收得率 34 2013 年第 36 卷第 2 期2 碳锰合金增碳剂的开发 为满足新型增碳剂加入钢水中熔化速度快以及半钢炼钢多数钢种需进行锰合金化的要求，故进行成分设计时保证了增碳剂中含有相当含量的锰铁。同时为不影响钢水质量，要求严格控制增碳剂中杂质含量。试验用料碳锰球采用类石墨和锰铁按一定的比例充分混合后成球并烘干而成，烘干后的碳锰球粒度均匀，强度保证 2 度约为 2 930 kg/分稳定。碳锰合金球技术参数见表 1，形貌见图 2。 图 2 碳锰合金球形貌 表 1 碳锰合金球技术参数 C/% P/% S/% N/% 项目 水分/% 粒度/计成分 3240 3440 15 39 37 验料成分 15 3 工业试验 试验方案 增碳试验在攀钢 120 t 平均出钢量为 133.8 t，试验钢种为 45 号优质碳素结构钢，工艺流程为铁水预处理钢过程脱氧后碳锰合金增碳剂由合金料仓加入钢包与钢水混冲，每炉加入量按钢种碳含量中下限配加，并配加其它含锰合金使钢水锰元素达到钢种要求，吹氩站延长吹氩时间并增加钢包底吹供气强度以均匀钢水成分和温度，同时在吹氩站可根据钢水碳含量采用碳包芯线进行碳的微调。 试验结果及分析 增碳剂碳、锰收得率 增碳试验时，转炉出钢 1/3 时对钢水进行脱氧，然后加入碳锰合金增碳剂与钢水混冲，同时加入金对钢水进行硅合金化和部分锰合金化，出钢过程全程底吹氩，钢水过程碳含量变化情况和增碳剂碳、锰的收率如表 2 所示。 表 2 增碳试验碳、锰收得率 w wC/% % 碳锰增碳剂加入量/收得率/% 锰收得率/%终点 氩后 终点 氩后 均 3061563 从表 2 可以看出，采用碳锰球增碳时，吹氩站处理后碳收得率较稳定，平均为 ；而统计的使用无烟煤增碳剂增碳炉次的收得率平均为 因此，与现用无烟煤增碳剂相比，使用碳锰合金增碳时碳的收得率提高了 百分点； 间，平均 一般的锰合金（硅锰、高碳锰铁）锰收得率平均为 因此采用碳锰合金球增碳的同时，锰的收得率比一般锰合金提高了 百分点。图 3 为使用碳锰球增碳和使用无烟煤增碳时碳收得率的波动情况。从图3 可以看出，使用碳锰球增碳较无烟煤增碳碳的收得率要高，且稳定。因此采用碳锰合金增碳剂增碳钢水成分控制更加稳定。 钢水成分控制 增碳试验过程为确保试验炉次钢水成分控制 攀 钢 技 术 35合格，要求入炉铁水（半钢） wS 保证冶炼过程平稳，减少返干和避免喷溅次数；冶炼终点控制炉渣碱度在 0%左右；在吹氩站保证吹氩时间不小于 10 强钢水搅拌和促进夹杂物的上浮，并根据钢水碳含量采用碳线对钢水碳进行微调。通过采用以上措施后所有试验炉次钢水成分均满足钢种要求。试验炉次钢水成分控制情况如表 3 所示。 707580859095100碳锰合金球 无烟煤增碳剂类型碳收得率/%图3 使用碳锰球增碳和使用无烟煤增碳波动情况 表 3 钢水成分控制情况 % C n P S i 成分 337钢中夹杂物含量及形貌 为考察碳锰合金增碳剂的使用对钢中夹杂物的影响，试验期间随机抽取部分炉次铸坯样进行夹杂物分析，钢中夹杂物尺寸及数量见表 4，夹杂物典型形貌及电镜形貌见图4 、图 5，钢中夹杂物电镜成分见表5 。 表 4 夹杂物尺寸及数量 不同夹杂物及数量/ 个 试样号 形貌 2030 0 m 4050 m 50 m 1#球状、链状 32 23 1 4 2#球状、链状 40 14 8 3 3#球状、链状 43 16 10 6 100 1#试样夹杂形貌 图5 1#试样夹杂物电镜形貌 36 2013 年第 36 卷第 2 期表 5 钢中夹杂物（图 5）电镜成分 % O l a n 在图 5 的位置 总的 1 表 4 及夹杂物形貌图可以看出，钢中夹杂物以球状、链状为主，尺寸大于 50 数为小尺寸夹杂物；由表 5 夹杂物电镜成分可知，夹杂物均为复合型夹杂物，含有O 、从各个组分所占比例来看，过程时间及钢水温度 采用新型碳锰合金球增碳剂增碳后钢水不经过 热，从出钢结束到浇钢开始过程时间间隔平均为 38 传统转炉 程该时间间隔平均为 77 此，采用碳锰合金增碳剂增碳工艺在减少 热能耗的同时节约了过程时间 39 验期间钢水温度控制情况如图 6 所示，从图 6 可以看出，虽然钢水不经过 热，但由于新工艺浇钢周期明显缩短，过程温降降低，在平均出钢温度降低了 10 的条件下，中包温度仍然满足浇钢要求，钢水过程温度得到了有效控制。 和与采用无烟煤增碳时铸坯中夹杂物含量及形貌相当。因此，采用碳锰球增碳不会使钢中产生大颗粒夹杂物，吹氩站长时间的吹氩利于均匀钢液的成分和温度以及注过程不会出现堵水口和变流的情况，铸坯中夹杂完全能满足钢的质量要求。因此，采用碳锰合金增碳剂进行增碳的工艺完全满足转炉 吹氩站 连铸流程高效生产需要。 16201606157715251622153116851675158715001550160016501700出钢 氩前 氩后 包工位温度/无烟煤增碳碳锰合金球增碳图6 不同增碳工艺条件下钢水温度控制情况 4 结论 1）转炉出钢过程用碳锰合金增碳剂进行增碳及锰的合金化工艺可行，碳锰球在钢水中熔化速度快，碳、锰元素收得率稳定，其中碳的平均收得率为 百分点；锰的平均收得率为 比其它锰合金中锰的收得率高 百分点。 2）采用碳锰合金增碳剂增碳工艺后，通过对工艺的调整，钢水成分和铸坯质量得到了有效控制，完全满足钢种要求。 3）使